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:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/1d3036b25359475e8d3fc8503e99426f.png)
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:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/0e5219e10d88411e9213299cf57d9a51.png)
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。
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/3347d43b98e14d87bf1e42abfa2f0776.png)
同向放大电路
理论图如下:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/39884b0f24d44e0686cfa9b24539c737.png)
实际图如下:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/08fac1e11b82432d9f0db47306bd1fd8.png)
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:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/ec3fa1d28ae1470eaa2b98a7657b095a.png)
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:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/7572209bd4e34296b108093039ee9b1c.png)
实际电路图如下:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/82419c6ee850497b8e1f81c000ecf11b.png)
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:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/9d789de7a62c4302962f05c0b02c2f86.png)
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:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/7c46130d5a184defb31b997310595b47.png)
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:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/283fc675e7294c64b1b099f50d8bea79.png)
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
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/548ca10a087242eea56b551663f901d1.png)
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
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/92dc9e5711e24f2dadbc38b00c3f9516.png)
此时proteus仿真效果如下:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/2d07f9f3a3384f6ca93748842690c3de.png)
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:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/6b335bb40a964c189dca2e918f9fdb59.png)
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/dd2ae0b605c1485893e0c019aa19eba6.png)
我们分析其电路响应为:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/b5f7b571e13b40d684df1d82a2257fbf.png)
输入信号为50KHZ的方波,则输入输出信号为:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/3d07896761564d6c98789ef9b5396887.png)
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:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/056c6796d1c142f59c7c816b516def3e.png)
分析结果如下:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/c98546574f174544a475712387723191.png)
可以看到对于5KHZ的信号,其滤波效果是比较好的。
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/f900e57127024e60a522214c345818c4.png)
对于1KHZ的信号,其稍微有所衰减。
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/db711f788f86450c92820b4903a6a91e.png)
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。
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/c58686bdc5c04ec4a457dd6457db4ee4.png)
窄带滤波电路
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/07d0e4775de54f20ba7be94d883ad82e.png)
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/8878a1a8ca07447192229c7a39f07078.png)
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:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/ceaccc26759d447da7028d7df6aa80bd.png)
仿真效果如下:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/90af6de4d0bf453da4cf0a6674ce5ec1.png)
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:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/d034425867bc47d4839dc29ae45e0918.png)
对于1K 0.1V的正弦信号,其响应如下:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/3e1fede6a5654448b7ebbce996a65be8.png)
有稍微的放大作用。
对于3K的信号,其响应如下:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/3cc5848bf8ee409683fee57661a3da7b.png)
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。
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/6e0be31049c54e76987bc91c88969edd.png)
对于10K信号,其响应如下:基本无放大作用。
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/6ded3a5136464320984823514119453f.png)
看其频率特性,如下:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/7fcd8b08b1a44d07adc59f6f1a92ecf5.png)
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:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/714a5a155c094d1485198b66b63caaf0.png)
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