基础题1_双电源反相比例电路和加法电路_哔哩哔哩_bilibili

2024 LTspice电路仿真竞赛基础题，包含有16道题，完成1~16道题目电路搭建及仿真。

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基础题1——双电源反相比例电路和加法电路

实验介绍

利用双电源集成运放搭建反相比例电路和加法电路，并测试电路输出。

实验结果

1．反相比例运算电路

将电路接成反向比例运算电路（R_F=20kΩ，R₁=10kΩ，Rꞌ=6.8kΩ），按照输入电压的要求，调整简易直流信号源，分别作用于电路输入端，用电压表测量并记录输出电压。搭建仿真电路如下图；

表1直流信号源作用于反向比例运算电路

输入为0.2V，输出理论值为400mV，但实际仿真为173mV，输出为-347mV，经过排查发现运放不是理想的，所以分压了一部分

输入为0.8V，输出为-1.39V

将输入电压改为1kHz正弦交流信号，按照表2中输入电压的要求，调整交流信号源，分别作用于电路输入端，用示波器测量并记录输出电压。

表2交流（1kHz）电压作用于反向比例运算电路

±0.2V输入，经过方向比例运算电路后输出反向±0.4V电压值

±0.4V输入，经过方向比例运算电路后输出反向±0.8V电压值

±0.6V输入，经过方向比例运算电路后输出反向±1.2V电压值

±0.8V输入，经过方向比例运算电路后输出反向±1.6V电压值

2. 反向加法运算电路

将电路接成反向加法运算电路（R_F=20kΩ，R₁=10kΩ，R₂=10kΩ，Rꞌ=3.9kΩ），按照输入电压的要求，调整简易直流信号源，分别作用于电路输入端，用电压表测量并记录输出电压。

V_I1＝0.2V，V_I2＝－1V，V_O＝__1.6__V

基础题2——双电源积分电路和微分电路

实验介绍

搭建和调试由集成运放组成的积分和微分电路。

实验结果

1．积分运算电路

在LTspice界面上，搭建积分运算电路（R= Rꞌ=10kΩ，R_F=1MΩ，C=0.01μF）。按照输入电压的要求，调整信号源，作用于电路输入端，用示波器测量并记录输出电压及其波形如下。

表1  方波作用于积分运算电路

2．微分运算电路

在LTspice界面上，搭接微分运算电路（R= Rꞌ =10kΩ，R₁=510Ω，C=0.033μF，其中R₁与C串联）。按照输入电压的要求，调整信号源，作用于电路输入端，用示波器测量并记录输出电压及其波形。

表2  方波作用于微分运算电路

基础题3——键控增益放大器

实验介绍

搭建键控增益放大器电路，调整和测试。“000”~“111”8个状态，若设R₁=R，R₂=3R，R₃=4R，R₄=2R，R₅=R，即可实现3~10倍，步进为1的8个放大倍数。

实验结果

1．电路搭建和仿真

电路搭建，1k正弦电压源输入：

“000”，放大倍数3.00043

表 控制状态与放大倍数仿真结果

基础题4——限幅放大器

实验介绍

利用普通二极管的正向特性，实现低电压稳压电路，选择合适的信号电压幅值，使输出电压波形被限幅

实验结果

1．搭建电路，选择Cree XP-E2的LED（XLamp® XP/XT LEDs - Cree LED (cree-led.com)），导通电压大约1.7V，将该模式导入电路中

信号电压幅值为99.86mV时，输出电压为996.97mV，两个LED均未导通。

信号电压幅值为499mV时，输出电压为1.73V，两个LED均在信号电压＞1.73V以后导通，输出电压限幅在1.72V左右。

基础题5——仪表放大电路

实验介绍

设计一个传感器放大电路，如下图所示，其中R代表传感器，当R相对于R’的偏差为±1％时，放大器产生±5V的输出电压。

实验结果

按照原理图，在LTspice界面上搭建电路，如下图。运放使用OP07，R’=1k，R=1.01k，R1=16.87k，R2=180k，R3=15k，R4=180k，放大器理论增益为：

运行仿真，R值相对R’改变1%（R=1.01k），Vo=5.0011783V，Vo1=3.7686567-3.75=0.0186567V，实际放大倍数为：Vo/Vo1=268.063

R值相对R’改变-1%（R=0.99k），Vo=-5.0514417V，Vo1=3.7311559-3.75=-0.0188441V。

基础题6——单电源集成运放交流耦合放大器

实验介绍

以反相放大电路为例，使用双电源供电时，集成运放的同相端、反相端为“地”端，即双电源的“中点”．信号对“中点”输入，经放大后信号对“中点”输出．同理，在使用单电源时，需要人为地建立一个电源的“中点”．最简单的方法是通过两个等值电阻分压，分压点即电源的“中点”．我们也可以认为在单电源供电时，通过电阻分压，给集成运放提供一个偏压．于是，单电源反相交流放大电路如图所示。

实验结果

1.搭接电路

2.测试电源电压分压值为2.513V，输出直流电压为2.537V

3.放大器的输入端加入频率为1kHz，有效值约为20mV的正弦电压信号，输入电压峰值28.258192mV，输出电峰值压308.48909mV，增益10.92，如下图：

4.通过参数扫描，正弦信号源赋值Vi_p=153mV时，放大器的输出波形基本不失真

设置信号源幅值为153V，输入电压v_i幅值=152.98102mV，输出电压v_o=1.6514813V求出A_v=10.795

5.改变输入信号频率f（0.1k~20k），参数扫描测量不同f情况下的电压放大倍数，如下

6.观察电路的幅频特性曲线，确定电路的上限频率和下限频率。

信号幅值0.1V时，按最大幅频特性幅值-3dB为分界点，上限频率306kHz，下限频率25Hz。

基础题7——全波精密整流电路

实验介绍

全波精密整流电路是在半波精密整流电路的基础上，利用一个二输入反相加法器，使交流信号的正半周和负半周在负载上均有相同的输出电压，从而降低了输出波形的脉动成分。

。

实验结果

1.在电路输入端接入峰值500mV，频率1kHz的正弦信号，输出波形稳定。

2. 在电路输入端接入峰值100mV，频率1kHz的正弦信号，观测输出波形如下，基本正常。

3.找出电路输入电压的最小值大概为20mV左右，此时杂波较明显

基础题8——状态变量型有源滤波器

实验介绍

UAF42集成电路利用比例、积分、求和等模拟运算来构成滤波器。UAF42的一种典型的应用电路，四个集成运放的输出V_o1、V_o2、V_o3、V_o4 分别实现高通、带通、低通和带阻滤波功能。

实验结果

选取UAF42内部运放为ADA4620，该运放具有超低的电压噪声（9nV/√Hz@10kHz），低输入电流噪声（0.1fA/√Hz），高共模抑制比（100dB），增益带宽积（18MHz）。利用该运放搭建滤波器电路图如下图，

执行AC Analysis，起始频率1Hz，终止频率100MHz，交流分析仿真测量四个集成运放的输出Vo1、Vo2、Vo3、Vo4分别实现高通、带通、低通和带阻滤波的伯德图结果如下图所示

基础题9——RC桥式正弦波振荡器

实验介绍

桥式RC正弦波振荡器利用R、C组成串并联正反馈选频网络以及自动增益控制电路生成稳定震荡的正弦波。

实验结果

搭建电路如下，调节电位器，Rw=16.2k时，开始产生比较标准的正弦波震荡

继续调节电位器，Rw=19k时，输出波形将产生非线性失真。

（1）保持R＝10kΩ，C＝0.01μF，用示波器观察并测量正弦波输出电压幅值为4.0571921V，振荡频率为1.567kHz。

（2）保持R＝10kΩ，改变C＝1000pF，用示波器观察并测量正弦波输出电压幅值3.387V，振荡频率13.2kHz。

（3）保持C＝0.01μF，改变R＝1kΩ，用示波器观察并测量正弦波输出电压幅值3.3934892V，振荡频率13.15kHz。

实验结论：电路的振荡频率为

基础题10——正弦波-余弦波发生器

实验介绍

设计方案：RC桥式正弦波振荡器+有源全通滤波器，其中，RC桥式正弦波振荡器——输出正弦波，有源全通滤波器——产生±90°相移。

实验结果

1.搭建电路

2.震荡波形产生，当R_w调到16.5k时，振荡产生，并输出较好的正弦波。

若继续调节R_w=10k，输出波形将产生非线性失真。

3.用示波器同时观察电路的两个输出端波形，测试正弦余弦波形的频率为994Hz，相位差为90°。

基础题11——方波-三角波发生器

实验介绍

搭建用集成运放组成的对称方波和三角波发生器电路原理图，

实验结果

1.搭建电路如下，

2.主要参数测试

（1）方波参数的测量

C＝0.047μF，R＝100kW，调整电位器R_w中心抽头位于上端，用示波器观测方波、三角波的参数。

①方波的最大峰－峰值V_p-p＝____3.99_____ (V)

②方波的脉冲宽度    T₁＝  9.665  (ms)

③方波的周期        T_Z＝  19.174  (ms)

频率：51Hz

（2）三角波参数的测量

 ①三角波的最大峰－峰值V_p-p＝  3.6   (V)

②三角波的周期T_Z＝ 19.174  (ms)

（3）保持R_w位置不变，用示波器同时观察并记录对称的方波和三角波，并注意它们之间的时间相位关系

E_q＝  1.8   (V) E_d＝  -1.8   (V)

E_ms＝ 1.793  (V)     E_mx＝  -1.806  (V)

T₁＝  19    (ms)   T₂＝   19   (ms)

测量结果与⑴、⑵两步骤的数据相比较。

 (4)改变R_W，注意记录波形频率的变化范围f_H 和f_L。

Rw=0是，f_H=52.5Hz;

Rw=20k时，f_L=2.56Hz

基础题12——单电源矩形波发生器

实验介绍

利用集成电压比较器（或者集成运放），构成单电源滞回比较器电路，结合RC充放电电路，即可得到单电源矩形波发生器。

实验结果

1.电路原理图

选用LM393运放，并导入同文件夹下的LM393A.lib spice模型，搭建单电源矩形波发生器如下：

2.仿真结果：仿真周期6.133ms，理论周期T=6.23ms。

基础题13——V-F变换器

实验介绍

V-F变换器为电压-频率转换电路，通过输入电压变化控制输出电压频率，振荡频率f 随输入控制电压E线性变化，且振荡输出为方波，

实验结果

电路图搭建如下，运放使用OP07，双极型晶体管2N3904，

输出电压（扫频波形）波形如下：

基础题14——数控稳压电源

实验介绍

利用LM117设计一个三位二进制数的数控稳压器。要求：输出电压从2～9V，步进1V。

实验结果

LTspice中无LM117元件，使用同类型稳压器LT1117，参考电压Vref也为1.25V。经过.step命令分别调节实际原理图中的电位计R3、R4、R5、R6，满足题目第三位的电压要求，最终原理图如下：

ABC为111时，输出端电压仿真如下：

8个状态下的输出电压如下表格：

基础题15——DC-DC变换器

实验介绍

DC-DC变换器通常是指可将一种直流电压转换为各种不同直流电压的电子设备，集成运放A、电容C₁和电阻R₁～R₄组成单电源方波发生器，稳压管D₂与R₄、C₁充放电回路相连，为C₁提供了一个放电回路，以实现对振荡方波占空比的控制，所以该方波发生器具有脉宽调制（PWM）功能。

实验结果

按照图2，在LTspice界面上搭好电路如下图，运放输出端波形、电路输出端波形如下，纹波电压为50mV。

基础题16——负载不接地式稳流源

实验介绍

负载不接地式稳流源中，F1403精密基准电压源的输出电压V_R ＝2.5V，作用于集成运放的同相端，并通过电压跟随输出到电流采样电阻R上。T作为扩流管，可以满足负载R_L大电流的要求。集成运放A、晶体管T和电阻R构成电流负反馈电路，使输出电流。因此，只要选定V_R和R，负载电流I_L将不受负载R_L变化的影响，以实现恒流输出。

实验结果

四个LED，R端电压2.53V。

6个LED，R端电压2.53V。