增益为1的放大器仿真

1

增益可调差动放大器的设计与仿真

摘 要：本课题设计利用增益可调放大器 uA709 芯片为设计核心，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 Protues等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；Protues；放大器；增益可调

一﹑课题背景

近年来随着计算机和互联网的迅速发展和普及，多媒体信息的高速传输呈现迅速增长的趋势。放大器作为集成电路的一种重要的组成部分是国内外研究的热点。目前集成放大器的研究主要集中在多级运放的补偿、宽带高速运放、满足专用放大器的特殊结构和提高通用放大器指标的方法等这几个方向。但是可调增益放大器的研究国外开展较多，国内目前已有少量关于可调增益放大器的研究，主要是基于CMOS工艺的可调增益放大器的设计放大。宽带放大器在光纤通信、电子战设备及微波仪表等方面应用越来越广泛。这些系统一般要求放大器具有增益可调、宽频带、低噪音、工艺稳定等特点。可调增益放大器是一种通过改变电路某一参对量对放大器增益进行调节的放大器，广泛应用于无线通讯、医疗设备、助听器、磁盘驱动等领域。

二、电路介绍

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

word专业资料-可复制编辑-欢迎下载

作业1： 测量放大器的设计

1.电路分析：

经过分析，该电路主要由四部分构成：

第一级测量放大器，第二级中放，第三级后放以及第四级低通滤波器。其中，第一级增益为1，第二级增益为1/5000—100可调，第三级同第二级,第四级增益为1，故电路理论总增益为（1/25M—10000）可调。

2.电路仿真设计：

用mulitism仿真软件设计的电路图如下：

第一级放大图为： word专业资料-可复制编辑-欢迎下载

第二级放大图为：

第三级同第二级，略。

第四级为二级巴特沃斯低通滤波器如下： word专业资料-可复制编辑-欢迎下载

3.仿真结果：

4.所用器件一览表： word专业资料-可复制编辑-欢迎下载

器件名称 数量 参数

电阻1 3 500Ω

电阻2 6 10KΩ

电阻3 3 20KΩ

电阻4 2 330Ω

电阻5 2 5KΩ

电位器 2 500KΩ

电容2 1 0.1μ

电容1 2 4.7μ

OP07 6 /

OP07数：

运放类型:低噪声

带宽:0.6MHz

针脚数:8

工作温度范围:0°C to +70°C

封装类型:SOIC

-3dB带宽增益乘积:0.6MHz

变化斜率:0.3V/μs

器件标号:7

工作温度最低:0°C

工作温度最高:70°C word专业资料-可复制编辑-欢迎下载

电源电压 最大:18V

电源电压 最小:3V

输入偏移电压 最大:0.15mV

5.参数计算：

1.Avd：

Avd为（1/25M—10000）可调。

2.BWA：0.6MHz

3.电源：+12Ｖ，-12V。

作业2： 低频振荡器

设计图如下： word专业资料-可复制编辑-欢迎下载

仿真结果：

仿真增益带宽-通用运算放大器模型

信号信号链工程师 David Zhao (赵大伟)

运算放大器的增益带宽积(GBW)会怎样影响你的电路并不总是显而易见。宏模型有固定的增益带宽积。虽然你可以深入观察这些模型，当然最好不要瞎弄它们。那么你可以做什么？

你可以使用SPICE中的通用放大器的模型来检测你的电路对增益带宽积的灵敏度。大多数基于SPICE的电路仿真器包含一个简单的运算放大器模型，因此你很容易就可以修改。TINA的仿真界面。

首先将DC开环增益设置为1M(120dB)。然后，主极点的频率(单位为Hz)与其相乘将得到放大器的增益带宽积(单位为MHz)。在这个例子中，10Hz的主极点对应10MHz的增益带宽积。对于5MHz，10MHz和100MHz三种不同的增益带宽积，图2分别给出了对应的开环响应。

注意这个简单的模型存在第二个极点(有些人称它为不受欢迎的极点)。有时候，你会想要第二个极点处在一个非常高的频率，比如说10GHz。对于任何合理的增益带宽积，这将会形成一个理想的90°的相位裕量。在这个范例中，我将第二个极点设定为100MHz，等于我仿真时最大的增益带宽积的值。在100MHz增益带宽积的响应中，你可以看到第二个极点的影响，它将会使得开环响应在100MHz的地方开始弯曲。它使得单位增益带宽大约为78MHz，和一个具有78MHz增益带宽积的运算放大器的情况很相似。运算放大器的单位增益带宽和增益带宽积并不一定是相同的值。

对于有源滤波器的设计，很难判断增益带宽积的需求，它是一个可以应用这种技术的很好的例子。图3中使用FilterPro来设计切比雪夫滤波器，它会给出一些增益带宽积值的推荐，然而它的设计准则可能会比一些情况更严格。对于这个设计而言，它推荐了100MHz或更大的增益带宽积来达到近乎理想的滤波器设计特性。，我设定三种增益带宽积(5MHz，10MHz，100MHz)来对设计进行仿真。从结果中可以得出小于100MHz的增益带宽积已经是符合要求的。对于最终的仿真，你应该使用你所选择的运算放大器的宏模型。

课题：增益可自动变换放大器的设计和实现

课题任务：

1、信号的输入及信号的输出显示；

2、放大器增益可在1、2、3、4倍四档间调节。

原理叙述：

运算放大器的增益（gain）是一个重要的设计指标，有时会直接影响负反馈系统的精度，课题中对于增益的实现，可采用反相比例放大器实现对信号的放大。而由反相放大器的原理可以知道，所需放大器应为串联型负反馈放大器，电压增益为Av=Vo/Vi=-Rf/R。假定R不变，则改变反馈电阻Rf，电压的增益就会随之改变。如图1：

当R=Rf时，Av=-1，能实现反相器功能，故将反相放大器与其串联，即可实现信号的正相放大。

系统框图：

各模块功能： 模拟开关电路 电阻网络

增益放大电路 时钟脉冲电路

译码电路及显示等

信号输入 信号输出 放大器及模拟开关电路：

（放大器及反馈电阻网络）

如图所示，从控制端A﹑B输入的信号经选择后输出到反馈网络进行放大，输出相应的信号，则有：

当控制端A和B为不同数值时，电路的几种工作状态：

当A=0，B=0时，即Y与Y0接通，即此时的增益为1倍。

当A=1，B=0时，即Y与Y1接通，即此时的增益为2倍。

当A=0，B=1时，即Y与Y2接通，即此时的增益为3倍。

当A=1，B=1时，即Y与Y3接通，即此时的增益为4倍。

（双4选1模拟开关电路）

这个电路由CD4052实现，CD4052是一个双4选1的模拟开关集成芯片。此部分电路图如下所示：

参考文献：

《模拟电路应用设计》 胡圣尧 关静著 科学出版社

《电子线路实验：模拟电路实验》沈小丰 余琼蓉著 清华大学出版社

《通用电子电路应用400例》 何希才﹑邹炳强 电子工业出版社

《电子器件》 Thomas L.Floyd 著 科学出版社