2024 LTspice电路仿真竞赛进阶题汇总

说明

• 欢迎！
• 本汇总涵盖了所有进阶题，而其他题汇总的跳转链接为：[基础题]()、[中等题]()、[挑战题]()。
• 由于进阶题基本都是在实现集成运放的内部电路，而我个人目前还缺乏模集、高频等的相关知识，所以本汇总暂时无法包含对原理的介绍。

27 LM386集成功率放大器内部电路

实验简介

• LM386应该可以说是最经典的音频功放了，其使用简单，外围电路少，在不少音频相关的小制作上都有应用，比如著名的Smokey Amps。LM386还可通过在引脚间接入阻容元件来控制放大倍数，可控制范围是20～200。

电路分析

• 本实验的要求有
• • 照图搭建电路，并测试带负载时的静态工作点。
  • 断开负载，测试最小与最大增益。
  • 增益设置为最小时，测试带宽。
• 本次实验将尝试自制Block类型的子电路，子电路如下：
  
• 将子电路封装好后，可以得到测试部分的四个电路，分别如下：
  
  
• 
  

仿真结果

• 接上8欧负载，得到的静态测试结果如下
  
• 断开负载，输入20mV正弦波激励，测试20倍增益（26dB）的结果如下
  
• 测试200倍增益（46dB）的结果如下
  
• 测试带宽的结果如下（无下限频率）
  
  

28 CA3040宽带放大器内部电路

实验简介

• CA3040是款非常古老的放大器芯片，这点从其8-Lead TO-5封装就可看出来，它常用作视频放大器与宽带放大器。

电路分析

• 本实验的要求有
• • 照图搭建电路，并测试正弦波激励。
  • 测试幅频特性曲线。
• 所搭建的电路如下
  

仿真结果

• 输入25mV、30MHz的正弦波，结果如下
  
• 进行交流扫描分析，幅频特性曲线如下
  

29 LM393电压比较器内部电路

实验简介

• LM393是款著名的比较器芯片，在最近也推出了更新的一代，即LM393B。本实验将用其搭建滞回比较器。

电路分析

• 本实验的要求有
• • 照图搭建电路，并测试正弦波激励。
  • 验证偏置电路与电源电压无关。
• 所搭建的电路如下
  
• 其中右侧的两个电阻作为外围电路与LM393构成滞回比较器，其提供的滞回电压是 $\frac{1}{11}{V}_{out}$

仿真结果

• 正弦激励的结果如下
  
  图中的阈值电压约为 $\pm 450mV$ ，与理论值近似相等。
• 对电源电压进行 4V～10V 、步进为 1V 的参数扫描，结果如下
  
  可见偏置电路的射极电流变化很小，可认为其与电源电压无关。

30 CA3080跨导放大器内部电路

实验简介

• CA3080与上面的CA3040均为Harris Semiconductor（现L3Harris）推出的芯片，它属于跨导运放，其特点为可通过外部的电阻调节内部的偏置电流，进而实现对增益的控制。

电路分析

• 本实验的要求有
• • 照图搭建电路，测试正弦波激励。
  • 测试幅频特性曲线，并确定上下截止频率。
• 所搭建的电路如下
  

仿真结果

• 1V、40Hz 的正弦波经电阻分压后输入内部电路，结果如下
  
• 交流扫描分析的结果如下
  
  
  可知其上截止频率约为66.5Mhz，无下截止频率。

31 MC1496内部电路（同步检波电路）

实验简介

• MC1496是Onsemi公司的一款调制解调芯片，配合外围电路可实现一系列的射频相关电路，本实验实现的就是其中的同步检波（synchronous detection）电路。

电路分析

• 本实验的要求有
• • 照图搭建电路，并测试输入载波和调制波时的输出。
• 所搭建的电路如下
  
• 其中输入的调制波由LTspice官方提供的modulate模型生成。
• 其中的2N5088三极管模型在LTspice自带库中也未提供，图中的参数取自LTwiki。

仿真结果

• 结果如下
  
  可见，该电路把基波提取出来并放大了（基波原是100mV振幅、100mV偏置、1kHz的正弦波）。

32 MC1496内部电路（DSB解调器）

实验简介

• 本实验继续以上面搭建的MC1496为核心，配合新的外围电路实现DSB解调功能。

电路分析

• 本实验的要求有
• • 照图搭建电路，并测试输入载波和调制波时的输出。
• 所搭建的电路如下
  
• 其中的输入的调制波由LTspice官方提供的bv（arbitrary Behavioral Voltage source，任意行为电压源）模型生成。
• • 直接通过表达式生成特定的调幅信号通常比上个实验的modulate更容易。

仿真结果

• 结果如下
  
  此处的输出并未完全滤除载波，这是因为了尽可能与报告提供的电路图与参考输出（见下图）一致，若要更平滑的波形可以调整输出端的滤波器，比如将R5阻值改为10k。
  
  其实除了不够光滑外还是与参考很接近的，不过此处我个人还无法解释为何输出波形恰与参考波形反相。

33 MC1496内部电路（调幅电路）

实验简介

• 本实验继续以上面搭建的MC1496为核心，配合新的外围电路实现调幅的功能。

电路分析

• 本实验的要求有
• • 照图搭建电路，并测试输入基波和载波时的输出。
  • 对输出进行频谱分析。
• 所搭建的电路如下
  

仿真结果

• 输出波形如下
  
• 对上面的波形进行FFT，结果如下（实际上为了是频谱的特征更明显，FFT前还增加了上面的瞬态分析的时长，具体见报告）
  
  符合普通AM信号的特征。

34 MC1496内部电路（DSB调制电路）

实验简介

• 本实验继续以上面搭建的MC1496为核心，配合新的外围电路实现DSB调幅的功能。

电路分析

• 本实验的要求有
• • 照图搭建电路，并测试输入基波和载波时的输出。
  • 对输出进行频谱分析。
• 所搭建的电路如下
  ![[屏幕截图 2025-01-01 115014.png]]

仿真结果

• 输出波形如下
  
• 对上面的结果进行FFT，结果如下（同样进行了延长）
  
  可见，相较于普通AM信号，DSB的AM信号去除了中间的载波频率，与理论一致。

至此进阶题也结束了，下面是最后的挑战题。