增益可调的差动放大器设计与仿真

集成电路

摘要： 增益可调差动放大器的设计与仿真

本课题设计利用增益可调放大器 uA709 芯片为设计核心（也可以利用 LM709CN 芯片 等），根据 uA709 的放大原理，利用公式计算出放大倍数，然后利用专业软件（如 ORCAD 或者 Multisim）模拟和仿真增益可调放大器电路，并测出其电压及电压增益的实际值！ 关键字：UA709 LM709CN ORCAD Multisim

一﹑课题背景： 差动放大电路又叫差分电路，他不仅能有效的放大直流信号，而且能有

效的减小电源

波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移，因而获得广泛的应用。特别是大量的应用于 集成运放电路，他常被用作多级放大器的前置级。 基本

差动放大电路由两个完全对称的共发射极单管

放大电路组成，该电路的输入端是两个信号的输入，这两

个信号的差值，为电路有效输入信号，电路的输出是对这

两个输入信号之差的放大。设想这样一种情景，如果存在

干扰信号，会对两个输入信号产生相同的干扰，通过二者

之差，干扰信号的有效输入为零，这就达到了抗共模干扰

的目的。 差动放大电路的基本形式对电路的要求是：两个电路的参数完全对

称两个管子的温度特性也完全对称。它的工作原理是：当输入信号 Ui=0

时 ，则 两管 的电 流相 等， 两管 的集点 极电 位也 相等 ，所 以输 出

电压 Uo=UC1-UC2=0。温度上升时，两管电流均增加，则集电极电位均下

降， 由于它们处于同一温度环境，因此两管的电流和电压变化量均相 等，其

输出电压仍然为零。

运算放大器 LM709 系列是一个单片机的运算放大器在-通用的应

用往往。操作 completely 指定范围内的电压的普遍使用对于这些

设

备。设计,除了提供高偏移电压增益、消除都和偏置电流。毛皮声，B

类输出级给大输出能力用最小的功率消耗。外部元件用于频率补偿放

大器。虽然单位增益补偿网络无条件地指定将使放大器。稳定反馈配

置、补偿可以量身定做,以适合高频性能优化为任何增益设定

选用 UA709 芯片用 ORCAD 软件模拟仿和真增益可调差动放大器电路。

（一）电路原理连接图如下： 利用直流电源作为增

益可调差动放大器的输入端

（下图为可调增益放大器实际电路图，其中电压源 U1=5v U2=3V）

集成电路

通过仿真测得的输出电压如下:

当电位器滑到50%位置时，仿真图像如下 ：

当电位器滑到30%位置时，仿真图像如下 ：

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（二）利用交流电源作为增益可调差动放大器的输入端

（下图为可调增益放大器实际电路图，其中电压源 U1=5V U2=3V）

通过仿真测得的输出电压如下:

当电位器滑到50%位置时，仿真图像如下 ：

集成电路

当电位器滑到30%位置时，仿真图像如下 ：

集成电路

公式推导

差动放大原理图如下

：

推导公式：

由理想运放的条件可导出以下关系式

I1=I3，(Ui1-U)/R=(U-UA)/mR （1） --

I2=I4,(Ui2-U+)/R=(U-U)/mR （2） +B

由式（1）和式（2）分别解出U-和U+的表达式，再由U-=U+,得 UA-UB=m(Ui2-Ui1) (3)

I3=I5+I6,(U--UA)/mR=(UA-UB)/(R+pR)+(UA-UB)/nR

(4)

由式2减去式3，再代入式4，得

U0=2m(1+m/(1+p))(Ui2-Ui1) (5)

通常选m=n,则上式变为，

集成电路

U0=2m(1+m/(1+p))(Ui2-Ui1) (6)

增益的理论计算与仿真比较

在本设计的原理图中，取m=n=5,p=10A (A为电位器的百分比)

1、直流源分析：

(Ui2-Ui1)=5V-3V=2V

当电位器滑到50%位置时，P=5，由公式计算出增益为 2*5(1+5/6)=18.26 U0= 2*5(1+5/6)(Ui2-Ui1)=36.4V

而仿真测得的电压为36.67V ,增益为18.33

当电位器滑到50%位置时，P=5，由公式计算出增益为 2*5(1+5/4)=22.5 U0= 2*5(1+5/4)(Ui2-Ui1)=45V

而仿真测得的电压为45.015V ,增益为22.5

2、交流源分析：

(Ui2-Ui1)=5V-3V=2V 因为是交流，取最大值计算，则取

1.4(Ui2-Ui1)=2.8V

当电位器滑到50%位置时，P=5，由公式计算出增益为 2*5(1+5/6)=18.26

1.4 U0= 2*5(1+5/6)(Ui2-Ui1)*1.4=50.96V

而仿真测得的电压最大值为50.44V ,增益为18.01

当电位器滑到30%位置时，P=3，由公式计算出增益为 2*5(1+5/4)=22.5

1.4 U0= 2*5(1+5/4)(Ui2-Ui1)*1.4=63V

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而仿真测得的电压最大值为63.13V ,增益为22.55

结论：理论和仿真有差别

当滑动器滑动时实现了增益可调

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