进阶题27_LM386内部电路_哔哩哔哩_bilibili

2024 LTspice电路仿真竞赛进阶题，包含有8道题，完成1~8道题电路搭建及仿真以及实验报告。

注：受限于平台单个文件大小限制，完整实验报告见设计资源附件。完整视频见Bilibili主页视频合集。

进阶题1——LM386集成功率放大器内部电路

实验介绍

根据LM386 的内部电路及引脚图搭建电路。

实验结果

1. 静态值

电路原理如图所示．令信号源电压为零，将3脚对地短路，电源电压VCC为6V，实测电源电流和输出端静态电压。

搭建并封装LM386子电路，并按图3搭建静态测试电路，分别如下3个图：

测试电源电流为11.18mA，输出端静态电压3.81V。

2. 增益范围

电源电压VCC为12V，输入电压幅值为0.02V，频率f为1kHz的正弦波，负载RL开路。

当1、8 脚开路时，电路具有最小增益，测量输出电压峰峰值，求得电压放大倍数（约为20），如图所示

搭建电路如下，使用.meas测量输出电压峰峰值及放大倍数。

测试结果：输出电压峰峰值829mV，放大倍数20.74。

当1、8 脚之间接入33μF电容(交流短路) 时，电路具有最大增益，测量输出电压峰峰值，求得电压放大倍数（约为200），如图所示。

1、8 脚之间接入33μF电容(交流短路) ，搭建电路如下，使用.meas测量输出电压峰峰值为PP(V(Vo))=7.68V，放大倍数为Av=192。

3. 带宽

在电源电压VCC为6V，1、8 脚开路条件下，对LM386测试幅频响应曲线，求得带宽。

带宽是指信号在放大器中传输时，其输出幅度保持在最大值的70.7%（-3dB）以上的频率范围：

上限截止频率（fH）：输出幅度下降到最大值的70.7%对应的频率。

下限截止频率（fL）：输出幅度下降到最大值的70.7%对应的频率。

设置交流分析，并使用.measure命令计算上下限截止频率。

仿真结果：上限截止频率798.127kHz，下限截止频率88Hz，带宽为798.039kHz

进阶题2——CA3040宽带放大器内部电路

实验介绍

CA3040是一种采用组合电路的集成宽带放大器，其内部电原理图如图所示。图中T1、T2、T3和T4、T5、T6均为共集–共射–共基组合电路结构，它们共同构成采用组合电路的差分电路作为输入级；T9、R7、R8、R9组成简易恒流源电路，为输入级提供偏置电流．T7、T8均为射极跟随器，分别作为反相输出和同相输出。因此，该电路为双端输入–双端输出结构。

CA3040集成宽带放大器的仿真图如图所示。

实验结果

1.搭建电路如下图。

将两个输入端4、6接地，分别测量两个输出端10、12的直流电压为3V。

2.在输入端接入正弦信号源，用示波器观察电路输出波形，并记录。

输入端接入正弦信号源后，输出电压波形如下图，幅值为3.55V，放大倍数142。

3.测量电路的幅频特性曲线，并记录，确定电路的下限频率和上限频率。

设置交流分析，幅频特性曲线如下，上限截止频率（fH）：输出幅度下降到最大值的70.7%对应的频率。下限截止频率（fL）：输出幅度下降到最大值的70.7%对应的频率。输出最大幅度为32.59dB，测得上限截止频率为20.6MHz。下限截止频率0。

进阶题3——LM393电压比较器内部电路

实验介绍

LM393电压比较器内部由多路电流镜电路，差分电路，共射电路和OC输出级四个部分构成。其中多路电流镜电路构成与电源电压无关的偏置电路，为电路中各部分的晶体管提供必要的偏置电流，可使电路在不同电源电压下稳定工作；差分电路为比较器，其中的四个二极管构成加速电路，提高电路的比较速度；共射电路和OC输出级将差分电路的输出信号进行两次反相放大后，以OC形式输出信号，OC输出级可使电路能够满足后续电路电平的需要，如图1。由LM393内部电路与外部电路构成的滞回比较器电路如图2所示，图中添加了一个10k上拉电阻，以及外部电路——电阻R1，R2。

实验结果

1.NMOS管选用ZVN3310F，如左下图，建立该NMOS子电路，如右下图：

搭建LM393子电路图和封装图并导入ZVN3310F，如下图

搭建最上层仿真电路Draft29.asc，如下图

输入输出波形如下图，输出正弦电压幅值5V，输出方波幅值4.7758V（上拉电阻分压作用）。

2. 验证与电源电压无关的偏置电路。

①通过参数扫描（.step param Vs 1 10 1）改变LM393供电（1V~10V），并通过.meas指令（.meas TRAN Qn_Ic RMS Ic(Qn)*1e6）测量（n=1,2,3,4,5,6）六个晶体管的集电极输出电流，重新搭建电路Draft29_1.asc文件，如下图

②仿真结果及.log文件集电极电流输出如下图，可以看出，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6集电极输出电流与电源电压几乎无关。

3. 测量电路的电压传输特性曲线。

①打开仿真电路Draft29.asc，

②输入电压上升传输特性仿真：改变电路输入正弦电压IN-的直流扫描（.dc V3 -5 5 0.001），如下图所示，当V(vi）即正弦电压IN-幅值在（-5V~416mV区间），输出电压为4.58V，当V(vi）即正弦电压IN-幅值在（416mV~5V），输出电压为-4.96V。

③输入电压下降传输特性仿真：首先进行电路输入正弦电压IN-的直流扫描（.dc V3 5 -5 0.001），如下图所示，当V(vi）即正弦电压IN-幅值在（5V~-450mV区间），输出电压为-4.96V，当V(vi）即正弦电压IN-幅值在（-450mV~-5V），输出电压为4.58V。

以上可以得出该比较器电路的滞回电压特性如下：

进阶题4——CA3080跨导放大器内部电路

实验介绍

跨导放大器OTA的输入信号是电压，输出信号是电流，因此它是一种电压电流混和模式电路。图1所示是CA3080跨导放大器的内部电路。 CA3080接入少量的外部电路，即可构成一个放大器，这里给出了一种电路参考，如图2所示。如果输入电压偏高，可以经过电阻分压之后，产生较小的电压接入反相输入端，同相输入端接地，偏置电流输入端可通过接入5V电压和1k电阻R1来实现，输出端接47Ω负载电阻RL对地。电压增益的绝对值与跨导G值成正比，而G与偏置电流I_B成正比，因此电压增益可通过偏置电流作线性调节。

实验结果

1. ①根据CA3080应用手册，该差分放大器跨导。为放大器的输入偏置电流。

②搭建电路如下图所示，并利用.meas命令测量输出电压Vo峰峰值、输入电压Vi-峰峰值、放大器增益Av（Gain）、仿真跨导G_actual（Gain/R_L）、理论跨导G_theory（19.2*I_ABC）；

输入偏置电流为9.2853mA，放大器增益Av（Gain）为83.9592，仿真跨导G_actual（Gain/R_L）为178.637mS、理论跨导G_theory（19.2*I_ABC）为178.277。

2.测量电路的幅频特性，并记录，确定电路的下限频率和上限频率。

①设置交流分析幅值为0.1V，交流分析命令（.ac dec 10000 1 500Meg）设置起始频率1Hz，截止频率500MHz。

②输出电压幅频特性曲线幅值为-21.6dB，下限截止频率为0，上限截止频率为-21.6dB-3dB即-24.6dB对应的上限频率，为50.14MHz。

③利用.step param V4 2 8 0.2命令进行参数扫描，通过V4线性变化调节输入偏置电流i_R3线性变化,仿真验证电压增益可通过偏置电流作线性调节的特性（瞬态仿真），电路设置如下图所示。

输入偏置电流线性变化时，输出电压同步变化。

打开.log文件，并绘制电压增益与输入偏置电流曲线，可以两者看到成正比关系。

进阶题5——MC1496内部电路（同步检波电路）

实验介绍

集成电路MC1496内部原理仿真图如图1所示。MC1496构成的同步检波器仿真电路如图2所示，其中加入了50kHz本地振荡和1kHz调制在50kHz上的调幅信号源，输出端处加入了RC构成的滤波电路。搭建该电路并用示波器观察电路解调前后的波形图如图3所示。

实验结果

按照图1，搭建MC1496如下图并封装子电路

依据图二搭建同步检波电路如下图：

仿真结果如下图：

进阶题6——MC1496 内部电路（DSB解调器）

实验介绍

集成电路MC1496内部原理仿真图如图1所示。DSB波解调仿真电路如图2所示，图中DSB是一个DSB波信号源。图3所示为解调前后的波形图。

实验结果

按照图1，封装MC1496子电路，

并搭建图2所示的解调电路如下：

接通10号引脚载波信号和1号引脚调制信号，仿真输入输出波形如下，解调波形谐波较多。

因此，增大输出端RC滤波电路的电容值降低滤波截止频率，以滤除更多高频杂波，C8电容修改为0.033uF；同时增大载波频率为50kHz，重新仿真得到的波形更加光滑的解调信号如下：

进阶题7——MC1496内部电路（调幅电路）

实验介绍

由MC1496构成的调幅电路如图1所示。图中电位器R15称为平衡电位器，通过调节它可以为调制信号V2提供偏置。调幅系数m可由调幅波幅度的最大值V_max 和最小值V_min 求得。接入两个信号源，调整平衡电位器，使电路输出调幅信号，如图2所示，记录所观察到的波形图，并求得调幅系数m。

实验结果

1.按照图1，封装MC1496子电路，

并搭建图2所示的调幅电路如下：

调幅电路输入输出波形如下：

调幅波幅度（包络）的最大值Vmax =1.4022559V，最小值Vmin =363.49148mV，此时调幅系数m=(1.4022559-0.36349148)/(1.4022559+0.36349148)=0.5883。

2. 对输出信号进行频谱分析，记录信号的频谱图。

对V(vout)调幅信号进行FFT分析，如下图：

放大AM部分信号，可以发现在30kHz处有最大值，此为载波频率的冲击；左边带29kHz和右边带31kHz存在双边带波峰，即为载波频率±调制信号频率。

进阶题8——MC1496内部电路（DSB调制电路）

实验介绍

由MC1496构成的抑制载波的双边带调幅电路仿真图如图1所示，其输出的DSB波波形如图2所示。接入两个信号源，调整平衡电位器，使电路输出DSB波波形，如图3所示，记录所观察到的波形图。

实验结果

按照图1，封装MC1496子电路，

并搭建图2所示的抑制载波的双边带调幅电路如下：

接入60mV、30kHz的载波信号以及100mV、1kHz的调制信号，调节平衡电位器到50%，仿真结果如下，输出的DSB 波波形如下图，

DSB波形幅值稳定后，与图3一致。

对输出DSB波形进行FFT分析，如下图所示。输出信号中心频率为30kHz，且幅值衰减较大（-40dB），仅存在两条频率分别为29kHz和31kHz的边带（-16dB）。即该电路实现了抑制载波的双边带调幅。