1.工作原理分析
當需要設計閉環增益Av=-100且輸入電阻Ri=R1=50kΩ的反相放大電路時,要求反饋電阻R2為5MΩ。然而該電阻值在實際應用電路中使用并不現實,電阻值太大時精度、穩定度、干擾抑制性均大大降低,所以通常采用T型網絡提高反相放大電路的放大倍數。
圖1.36 T型網絡反相放大電路
圖1.36為T型網絡反相放大電路,整理得到電路放大倍數:
a、偏置點分析:Bias Point
利用偏置點分析計算小信號電壓增益、輸入阻抗、輸出阻抗和每個元器件相對輸出信號的靈敏度,仿真設置如圖1.37所示。
圖1.37 偏置點仿真分析設置
偏置點仿真分析結果:
小信號特性:
通過仿真分析結果可得:T型網絡反相放大電壓增益為-100;輸入阻抗為1.000E+03,即是R1阻值;輸出阻抗為1.390E-01;電阻R1和R3對輸出電壓最敏感,分別為-1%和0.9%;電阻R2和R4靈敏度次之;所以電阻R1和R3的精度和穩定度對電路輸出穩定性影響至關重要。
b、瞬態和參數仿真分析:Time Domain、Parametric Sweep
圖1.38 瞬態仿真分析設置
圖1.39 參數仿真分析設置
對電路進行瞬態和參數仿真分析,如圖1.38和圖1.39所示,仿真時間2ms、最大步長5us;電阻R1的阻值分別為:1k、0.5k和0.25k,對應放大倍數分別為:-100、-200和-400。仿真結果如圖1.40所示。
圖1.40 輸入和輸出電壓波形
圖1.40為瞬態和參數仿真波形,當輸入電壓V(IN)為10mV正弦波時,輸出電壓V(VOUT)峰值電壓分別為:1V、2V和4V,電路分別實現-100倍、-200倍和-400倍反相放大。
正如期望所料,所有電阻值均小于100kΩ但卻實現百倍放大。與通常設計題目一樣,以上設計不存在唯一解。但由于電阻值存在容許誤差,所以放大器的實際增益值將會在一定范圍內波動,讀者可以進行蒙特卡洛和最壞情況分析進行驗證。
2.附錄——關鍵仿真器件模型
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