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使用TINA-TI與SPICE模型輔助運(yùn)放電路設(shè)計(jì)——TI Precision Amp QucickStart Kit評(píng)測(cè)

  • 作者：zhanzr
  • 來(lái)源：21ic
  • [導(dǎo)讀]
  • 這次我們?cè)u(píng)測(cè)的開(kāi)發(fā)套件與以往有所不同，這不是一款帶有主控芯片的開(kāi)發(fā)板，也不是帶有傳感器的拓展板，而是一款模擬電路的快速開(kāi)發(fā)套件。這不止是一篇關(guān)于AMPQUICKKIT-EVM的評(píng)測(cè)，其中還涉及到了運(yùn)放的電路模型介紹，SPICE仿真軟件使用，低通濾波放大、Wien橋振蕩和電流源三種基本運(yùn)放電路。不少電子工程師在模擬方面有著明顯的軟肋，而本文將會(huì)幫助到你。

典型電路之一:低通濾波放大

音頻電路中常見(jiàn)的功能就是信號(hào)放大,比如麥克風(fēng)采樣而來(lái)的信號(hào)通常只有幾十mV.那么要采樣或者直接播放都需要進(jìn)行放大,同時(shí)需要限制帶寬在音頻范圍(100Hz-20KHz).

這樣的電路一般由運(yùn)放來(lái)搭建,下圖即是一個(gè)簡(jiǎn)單的低通濾波+放大電路的原理圖.

一個(gè)低通濾波+放大電路.jpg

圖 一個(gè)低通濾波+放大電路

假設(shè)音頻信號(hào)為直流偏移50mV,幅值50mV的信號(hào),這里將放大倍數(shù)設(shè)定為10倍,響應(yīng)頻率設(shè)定為20KHz低通.公式如下:

Gain = (1+RF/RG)

Fcutoff = 1/(2*π*R1*C1)

100Hz瞬態(tài)仿真:

100Hz瞬態(tài)仿真.jpg

圖 100Hz瞬態(tài)仿真

15KHz瞬態(tài)仿真

15KHz瞬態(tài)仿真.jpg

圖 15KHz瞬態(tài)仿真

可以看出在頻率增加時(shí),增益有所減小.

DC仿真:

DC仿真.jpg

圖 DC仿真

當(dāng)輸入到達(dá)500mV時(shí),輸出飽和,這是供電電壓(5V)與放大倍數(shù)所決定的.

AC仿真(0至25KHz):

AC仿真(0至25KHz).jpg

圖 AC仿真(0至25KHz)

可以看出增益約在20KHz到達(dá)17dB,符合我們的設(shè)計(jì)要求.而相位則更早出現(xiàn)偏移,對(duì)于音頻應(yīng)用,這個(gè)相位偏移對(duì)實(shí)現(xiàn)效果影響不大.

典型電路之二:Wien橋振蕩電路

這也是運(yùn)算放大器常見(jiàn)的應(yīng)用電路,原理是利用電路的熱噪音與反饋回路的作用產(chǎn)生一定頻率的振蕩.電路圖如下:

振蕩電路(1KHz).jpg

圖 振蕩電路(1KHz)

瞬態(tài)仿真:

瞬態(tài)仿真(20ms).jpg

圖 瞬態(tài)仿真(20ms)

可以看出3ms左右開(kāi)始震蕩,到6ms已經(jīng)形成很穩(wěn)定的振蕩波型.

FFT分析,以100Hz為基頻,從6ms開(kāi)始采樣:

FFT分析結(jié)果.jpg

圖 FFT分析結(jié)果

可以看出10*100Hz為主要振蕩頻率,與設(shè)計(jì)目標(biāo)相符合.

典型電路之三:電流源

在測(cè)量電路中經(jīng)常要使用運(yùn)放搭建恒流源,比如Pt100,Pt1000這種測(cè)量電路.這種電路一般需要1mA左右(一般是以下)的恒流源,這種電路也是通常使用運(yùn)放來(lái)搭建.一種920uA的恒流源電路如下:

恒流源電路圖.jpg

圖 恒流源電路圖

瞬態(tài)仿真

瞬態(tài)仿真.jpg

圖 瞬態(tài)仿真

可以看出1ms左右電流即可達(dá)到穩(wěn)定.

溫度仿真:

溫度仿真.jpg

圖 溫度仿真

可以看出-40到120度之間電流十分穩(wěn)定,即使150度,電流變化也非常微弱.這都是反饋達(dá)到的效果.

總結(jié)與參考

TI的運(yùn)放有很多種,要實(shí)際做電路來(lái)進(jìn)行各種測(cè)試是十分耗時(shí)耗力的.好在有SPICE的仿真軟件TINA-TI可以助力我們的設(shè)計(jì)，以及AMPQUICKKIT-EVM這種開(kāi)發(fā)套件可以方便我們上手.如果能熟練掌握仿真軟件的用法,對(duì)于運(yùn)放的設(shè)計(jì)將達(dá)到事半功倍的效果.實(shí)際電路可以在SPICE仿真之后再進(jìn)行制作.

TI AMPQUICKKIT-EVM官網(wǎng)主頁(yè): http://www.ti.com.cn/tool/cn/ampquickkit-evm

TINA-TI仿真軟件: http://www.ti.com/tool/tina-ti

TI器件模型下載: https://webench.ti.com/webench5/spicemodels/

本文所做的實(shí)驗(yàn)的原工程文件:

鏈接: https://pan.baidu.com/s/1sllteXn 密碼: 3pts

這些開(kāi)發(fā)板你一定沒(méi)玩過(guò)！來(lái)開(kāi)發(fā)板試用中心免費(fèi)借閱吧~

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