T型網(wǎng)絡(luò)相同放大電路的工作原理分析

主要內(nèi)容：T型網(wǎng)絡(luò)相同放大電路工作原理分析與測試

1、工作原理分析

當(dāng)需要設(shè)計(jì)閉環(huán)增益Av=100且電阻R1=10kΩ的同相放大電路時(shí)，電阻R2約為1MΩ。然而該電阻值在實(shí)際應(yīng)用電路中使用時(shí)并不現(xiàn)實(shí)，電阻值太大時(shí)精度、穩(wěn)定度、干擾抑制性均大大降低，所以通常采用T型網(wǎng)絡(luò)提高同相放大電路的放大倍數(shù)。

圖1.16 T型網(wǎng)絡(luò)同相放大器電路

圖1.16為T型網(wǎng)絡(luò)同相放大電路，整理得到電路放大倍數(shù)：

其中：R1為kΩ級(jí)別電阻，具體大小由輸入信號(hào)決定，該阻值基本決定運(yùn)放反饋電流大小;R2通常為10倍R1阻值，然后再計(jì)算R3和R4阻值。為實(shí)現(xiàn)電路的穩(wěn)定性和抗干擾性能，電阻值通常選擇100kΩ以內(nèi)。

圖1.16中T型網(wǎng)絡(luò)同相放大電路的放大倍數(shù)為：

當(dāng)輸入信號(hào)為10mV時(shí)對電路進(jìn)行仿真測試：

a、偏置點(diǎn)分析：Bias Point

利用偏置點(diǎn)分析，計(jì)算小信號(hào)電壓增益、輸入阻抗、輸出阻抗和每個(gè)元器件相對輸出信號(hào)的靈敏度，仿真設(shè)置如圖1.17所示。

圖1.17 偏置點(diǎn)仿真分析設(shè)置

偏置點(diǎn)仿真分析結(jié)果：

小信號(hào)特性：

通過仿真分析結(jié)果可得：T型網(wǎng)絡(luò)同相放大電壓增益約為106;輸入阻抗為運(yùn)放正相輸入端阻抗;輸出阻抗為1.390E-01;電阻R1和R3對輸出電壓最敏感，分別約為1%和-1%;電阻R2和R4靈敏度次之;所以電阻R1和R3的精度和穩(wěn)定度對電路輸出穩(wěn)定性影響至關(guān)重要。

b、瞬態(tài)和參數(shù)仿真分析：Time Domain、Parametric Sweep

圖1.18 瞬態(tài)仿真分析設(shè)置

圖1.19 參數(shù)仿真分析設(shè)置

對電路進(jìn)行瞬態(tài)和參數(shù)仿真分析，如圖1.18和圖1.19所示，仿真時(shí)間2ms，最大步長5us;電阻R1阻值分別為0.5k和1k，對應(yīng)放大倍數(shù)分別為：206和106。仿真結(jié)果如圖1.20所示。

圖1.20 輸出電壓波形

圖1.20為瞬態(tài)和參數(shù)仿真波形，當(dāng)輸入電壓V(IN)為10mV正弦波時(shí)，輸出電壓V(VOUT)峰值分別為2.06V和1.06V，電路分別實(shí)現(xiàn)206倍和106倍同相放大。

正如期望所料，所有電阻值均小于100kΩ，但卻實(shí)現(xiàn)百倍放大。與通常設(shè)計(jì)題目一樣，以上設(shè)計(jì)不存在唯一解。但由于電阻值存在容許誤差，所以放大器的實(shí)際增益值將會(huì)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，讀者可以進(jìn)行蒙特卡洛和最壞情況分析來仿真分析和驗(yàn)證。

2、附錄——關(guān)鍵仿真器件模型

模型lib