1、工作原理分析

圖1.1為基本同相放大電路，輸入信號VIN直接連接到運(yùn)算放大器同相輸入端，電阻R1和R2構(gòu)成輸出電壓反饋電路。

根據(jù)放大器正常工作時(shí)的“虛短”工作原理，電路中節(jié)點(diǎn)電壓V1=V2;根據(jù)“虛斷”工作原理，無電流流入運(yùn)算放大器反相輸入端，所以：

圖1.1同相放大電路

1、偏置點(diǎn)分析：Bias Point

利用偏置點(diǎn)分析計(jì)算小信號電壓增益、輸入阻抗、輸出阻抗和每個元器件相對輸出信號的靈敏度，仿真設(shè)置如圖1.2所示。

圖1.2 偏置點(diǎn)仿真分析設(shè)置

偏置點(diǎn)仿真分析結(jié)果：

小信號特性：

通過仿真分析結(jié)果可得：同相放大電路電壓增益為2;輸入阻抗為9.967E+11;輸出阻抗為2.631E-03;電阻R1和R2對輸出電壓最敏感，分別為-1%和1%。

2、直流仿真分析：DC SWEEP

圖1.3 直流仿真分析設(shè)置

對電路進(jìn)行直流仿真分析，具體設(shè)置如圖1.3所示，輸入電壓VIN從-10V線性增加至10V，步進(jìn)為1mV，仿真結(jié)果如圖1.4所示。

圖1.4 輸出電壓VOUT波形

圖1.4為VOUT輸出電壓波形，當(dāng)輸出電壓范圍在-13.5VOUT13.5時(shí)輸出電壓與輸入電壓成線性關(guān)系，超出范圍時(shí)輸出飽和。

3、瞬態(tài)仿真分析：Time Domain

圖1.5 瞬態(tài)仿真分析設(shè)置

對電路進(jìn)行瞬態(tài)仿真分析，如圖1.5所示，仿真時(shí)間2ms、最大步長5us，仿真結(jié)果如圖1.6所示。

圖1.6 輸入和輸出電壓波形

圖1.6為瞬態(tài)仿真波形，V(V2)為輸入電壓波形，V(VOUT)為輸出電壓波形，電路實(shí)現(xiàn)2倍同相放大功能。

4、交流和參數(shù)仿真分析：AC Sweep、Parametric Sweep

圖1.7 交流仿真分析設(shè)置

圖1.8 參數(shù)仿真分析設(shè)置

對電路進(jìn)行交流仿真分析設(shè)置，如圖1.7所示，頻率范圍10kHz—3megHz，每十倍頻20點(diǎn);對電阻R2進(jìn)行參數(shù)仿真分析設(shè)置，如圖1.8所示，參數(shù)值分別為1k、3k和7k;仿真結(jié)果如圖1.9所示。

圖1.9 輸出電壓頻率特性曲線：電阻R2從上到下分別為7k、3k和1k

當(dāng)電阻R2=1k時(shí)增益為2，帶寬約為2megHz;當(dāng)電阻R2=3k時(shí)增益為4，帶寬約為1megHz;當(dāng)電阻R2=7k時(shí)增益為8，帶寬約為0.5megHz;增益帶寬積同為4megHz。

5、直流和蒙特卡洛仿真分析：DC Sweep、Monte Carlo

圖1.10 直流仿真分析設(shè)置

圖1.11 蒙特卡洛仿真分析設(shè)置

當(dāng)輸入直流電壓為1V時(shí)對電路進(jìn)行蒙特卡洛仿真分析，仿真設(shè)置如圖1.10和圖1.11所示。電阻容差為平均分布5%。仿真結(jié)果如圖1.12所示：最大值約為2.09V，最小值約為1.91V，仿真次數(shù)為100。

圖1.12 輸出電壓蒙特卡洛仿真數(shù)據(jù)

6、直流和最壞情況仿真分析：DC Sweep、Worst case

由電路可知，當(dāng)電阻R1取-5%容差、R2取+5%容差時(shí)輸出電壓最大，最大值為：

圖1.13 最壞情況仿真設(shè)置

圖1.14 最壞情況輸出設(shè)置：輸出電壓最大值

直流和最壞情況仿真設(shè)置如圖1.13和圖1.14所示，輸出電壓最大值仿真結(jié)果如下：

當(dāng)R1取95%、R2取105%時(shí)輸出電壓最大，最大值為2.1052 V，與計(jì)算值一致。

由電路可知，當(dāng)電阻R1取+5%容差、R2取-5%容差時(shí)輸出電壓最小，最小值為：

圖1.15 最壞情況輸出設(shè)置：輸出電壓最小值

最壞情況仿真設(shè)置如圖1.15所示，輸出電壓最小值仿真結(jié)果如下：

當(dāng)R1取105%、R2取95%時(shí)輸出電壓最小，最小值為1.9047 V，與計(jì)算值一致。

電阻容差越大，最壞情況下輸出電壓偏離正常值最大，讀者可以自行仿真驗(yàn)證。

2、附錄——關(guān)鍵仿真器模型