说明
书上的放大电路图很多都是理论图,和实际应用有所差异。比如下面这个同向放大电路:
理论分析没有问题,但是我们实际应用的图应该是下面这样:
需要多增加一个续流电阻。如果没有续流电阻,则放大器正向端的电容没有电流输入,无法工作。因此,本文基于proteus仿真,做了此文来记录实际应用中的放大电路。其中示波器各通道命名为OS1、OS2等,本文电路中出现OS1等就表示接到了示波器的通道1。
同向放大电路
理论图如下:
实际图如下:
其中电容C1为耦合输入电容,如果其值比较小,根据电容阻抗公式:
电容容值越小,其容抗越大,则只有更高频率的信号才可以通过。
而如果电容值选择过大,则低频噪声信号也可以通过。
反向放大电路
如下:
实际电路图如下:
注意:此时不能加续流电阻R3,电容C1充电是通过R1进行充电的
效果如下:
放大器滤波电路
放大器的一个重要应用就是滤波效果,我们假设有以下三个正弦信号混叠在一起,如下图:
其中5K50mV意思是频率是5KHZ,振幅是50mV。则其在示波器中形状如下:
我们下面选择各种滤波电路来将信号还原出来。
低通滤波电路
实际电路图如下:
我们选择滤波器的截止频率为1khz,则:
R
1
×
C
1
=
1
2
2
×
π
×
f
R_1 \times C_1 =\frac{1}{2 \sqrt{2} \times \pi \times f}
R1×C1=22
×π×f1
代入f=1000HZ,则:
R
1
×
C
1
=
1
8.8857
×
f
=
1
8885.7
=
1.125
×
1
0
−
4
R_1 \times C_1 =\frac{1}{8.8857 \times f}=\frac{1}{8885.7}=1.125 \times 10^{-4}
R1×C1=8.8857×f1=8885.71=1.125×10−4
选择 R1=R2=100
Ω
\Omega
Ω
则 C1=
1.125
×
1
0
−
6
F
=
1.125
u
F
1.125 \times 10^{-6}F=1.125uF
1.125×10−6F=1.125uF
由于电容容值一般不连续且精度没有电阻高,而电阻可选,因此互换:
R1=R2=112.5
Ω
\Omega
Ω
则 C1=
1
×
1
0
−
6
F
=
1
u
F
1 \times 10^{-6}F=1 uF
1×10−6F=1uF
则 C2=
2
×
1
0
−
6
F
=
2
u
F
2 \times 10^{-6}F=2 uF
2×10−6F=2uF
proteus仿真
此时proteus仿真效果如下:
其中黄色是输入的信号,包括1K、3K、5K的正弦波。蓝色是滤出来的信号,我们发现其频率为1us。因此该滤波电路设计正确。
除此之外,还可以使用更专业的模电仿真软件:这里选择TINA TI,软件才100M大小,可以很方便的分析出电路响应。
TINA TI仿真
如下图所示的是一个500KHZ的低通滤波器,来源为OPA357的数据手册:
我们分析其电路响应为:
输入信号为50KHZ的方波,则输入输出信号为:
可以发现该软件特别方便设计滤波器。
我们设计我们上面在proteus的电路,分析其电路响应:
分析结果如下:
可以看到对于5KHZ的信号,其滤波效果是比较好的。
对于1KHZ的信号,其稍微有所衰减。
对于500HZ的信号,基本上没有衰减。
分析其频域特性:可以发现其较好的低通滤波特性。
窄带滤波电路
preteus仿真
同样的,我们设计一个3KHZ的窄带滤波电路,将1K、3K、5K等信号中的3K滤除出来。
我们选择滤波器的通带频率为3khz,则:
R
1
×
C
1
=
1
2
×
π
×
f
R_1 \times C_1 =\frac{1}{2 \times \pi \times f}
R1×C1=2×π×f1
代入f=3000HZ,则:
R
1
×
C
1
=
1
6.28318
×
f
=
1
18849.54
=
5.305
×
1
0
−
5
R_1 \times C_1 =\frac{1}{6.28318 \times f}=\frac{1}{18849.54}=5.305 \times 10^{-5}
R1×C1=6.28318×f1=18849.541=5.305×10−5
选择 R1=R2=100
Ω
\Omega
Ω
则 C1=
5.305
×
1
0
−
7
F
=
0.5305
u
F
5.305 \times 10^{-7}F=0.5305uF
5.305×10−7F=0.5305uF
由于电容容值一般不连续且精度没有电阻高,而电阻可选,因此互换:
R1=R4=530.5
Ω
\Omega
Ω
则 C1=
1
×
1
0
−
7
F
=
0.1
u
F
1 \times 10^{-7}F=0.1 uF
1×10−7F=0.1uF
则 C2=
1
×
1
0
−
7
F
=
0.1
u
F
1 \times 10^{-7}F=0.1 uF
1×10−7F=0.1uF
则 R3=
19
×
R
1
=
19
×
530.5
=
10.079
k
Ω
19 \times R_1=19 \times 530.5=10.079 k\Omega
19×R1=19×530.5=10.079kΩ
则 R2=
R
1
/
19
=
530.5
/
19
=
27.92
Ω
R_1/19=530.5/19=27.92 \Omega
R1/19=530.5/19=27.92Ω
实际的电路图如下所示:
仿真效果如下:
一个横格0.2ms,则滤除出来的周期大致为0.3ms,即3KHZ。
TINA TI仿真
同样的,我们也在TINA TI上进行仿真:
电路图如下:
对于1K 0.1V的正弦信号,其响应如下:
有稍微的放大作用。
对于3K的信号,其响应如下:
有将近10倍的放大作用。
对于5K信号,其响应如下:基本无放大作用。
对于10K信号,其响应如下:基本无放大作用。
看其频率特性,如下:
发现其有很好的窄带滤波效果。
参考
proteus 放大器仿真
赵工
Tina TI
SPICE模型
导入模型
TI官网设计资源
包含滤波器等各种电路设计资源:
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