2024 LTspice电路仿真竞赛中等题汇总

内容介绍

17 双电源T形网络反相放大器

实验介绍

T形网络反相比例运算电路，可以使用阻值较小的电阻，而达到数值较大的比例系数，并且还可具有较高的输入电阻。在LTspice界面上搭建仿真电路。

实验结果

设置输入信号为1kHz，幅度为50mV的的正弦信号，运算放大器选用高增益带宽积的OP37，供电±12V。得到输出信号幅度恰好5V。利用命令打印日志。该电路的增益为-100.053倍。如下图

不给信号源添加50k的输出电阻时，电路的比例系数为-100.053。

给信号源添加50k的输出电阻。当带有寄生电阻的信号源断开时，测量信号源输出电压为V_{off}，当带有寄生电阻的信号源连接放大器时，测得电压为 $V_{o n}$ 。同时，已知寄生电阻为 $R_{s} = 30 k Ω$ 。根据分压公式可知：

$\frac{V _{o ff}}{V _{o n}} = \frac{R _{S} + R _{in}}{R _{in}}$

$R_{in}$ 为放大器的输入电阻，所以放大器的输入电阻计算公式为：

$R_{in} = \frac{V _{o n} R _{s}}{V _{o ff} - V _{o n}}$

使用.meas命令将结果打印在日志中。得到输入电阻为50.0022kΩ，如下图

$可知，比例系数相对比理论值大了 0.053 。输入电阻相比理论大了 2.2 \times 10^{- 3} Ω 。$

18 单电源直接耦合放大电路

实验介绍

设计一个直接耦合反相放大器，要求：将峰值为0.1V、频率为1kHz、偏置电压为－0.2V的正弦波转换为最小值为1V、最大值为5V，频率仍为1kHz的正弦波，电路采用5V单电源供电，电阻选用标称值。

其中VREF=VCC，R1=1kΩ，R2=20kΩ，R3=100kΩ。运放：选用轨对轨运放，R3：选用68kΩ电阻+ 50kΩ可调电阻。

实验结果

按照要求产生峰值为0.1V、频率为1kHz、偏置电压为－0.2V的正弦波，如图。

选用轨到轨的运算放大器AD8571，将可调电阻的val值调节到50/68，即可等效为50k欧的电阻。得到输出波形如下所示。

使用.meas指令测量输出波形的最大值和最小值。得到最大值为4.96735V，最小值1.00264V。这与理论值的5V和1V存在一定误差。其中5V的误差是由于运算放大器供电只有5V导致的。

19 单电源集成运放交流耦合两级放大电路

实验介绍

设计一个单电源供电的两级同相交流放大器，总电压增益为40dB。

设计参考：供电电路如图1所示。放大电路如图2所示。

实验结果

采用电源电压为12V，运算放大器使用AD8630，得到结果输出为6V，如下所示：

记录电容输出前的的直流分压，得到电压仍为6V如下所示：

由于增益为40dB，相当于100倍，放大器的直流偏置为6V，供电为12V，所以放大100倍后的幅值不能超过6V，因此设置信号幅值为50mV。输出正确如下所示：

测得输出电压峰峰值为4.9854517V+4.9961053V=9.981557‬V，如下图

测量输入电压峰峰值为49.937779mV+49.878557mV=99.816336mV，如下图

$最后求取增益 A_{V} = \frac{9.981557}{99.816336} * 10^{3} = 99.999232 。转化为 d B 形式即 39.9999333 d B 。符合题目的 40 d B 要求。$

20 电压增益可调的共射放大电路

实验介绍

设计一个共射放大电路，其电压增益 Avf 为 10～30。在保持静态工作点不变的条件下，使电压增益可以在一定范围内调整。电路如图1所示，仿真图如图2所示。

实验结果

静态测试：断开信号源和输出，并将Rb1微调至39.6kΩ，设置val参数作为调节R_{e1}和R_{e2}的占比，得到射极静态电压为1.707V。如下图所示：

动态测试：将信号源（100mV，1kHz正弦波）接入电路输入端，用示波器观察输出端电压波形。输出电压幅度1V~3V之间变化相当于峰峰值在2V~6V之间变化。因此，调节1k的调电阻。得到val=6.28%，即R_{e1}/R_{e2}=0.0628时，得到最大增益，此时输出波形的幅度为3.00296‬V，峰峰值为6.00592V。如下图：

当val=23%，即 $R_{e 1} / R_{e 2}$ =0.23时，得到最小增益，此时输出波形的幅度为1.0071‬V，峰峰值为2.00142V。如下图：

$R_{e 1} / R_{e 2}$ =0.0628时，频谱特性曲线如下图。最高增益为9.78dB，-3dB带宽对应增益为6.78dB，-3dB的下限频率为23.517377Hz，-3dB的上限频率为3.4080032MHz。

$R_{e 1} / R_{e 2}$ =0.23时，频谱特性曲线如下图。最高增益为19.8dBm，-3dB带宽对应增益为-2.98dB，-3dB的下限频率为10.344803Hz，-3dB的上限频率为7.9738244MHz。

22 LC正弦波振荡器

实验介绍

电容三点式正弦波振荡器仿真图如图1所示，图中的C_a、C_b和L组成LC选频回路，双极型晶体管Q1为共集组态，所以，该电路又称为共集正弦波振荡电路，电路的振荡频率为。

$f_{0} = \frac{1}{2 π L \frac{C _{a} C _{b}}{C _{a} + C _{b}}}$

实验结果

接入LC选频回路，将示波器接在振荡器的输出端，观察振荡输出波形。适当调节Rw，使其输出较好的正弦波。

测量两次最高点之间的时间差为19.56087µs。所以频率为51.122kHz。测量最高点和最低点幅度差为2.1572223V，所以峰峰值为2.1572223V，幅度为1.07861115‬V。理论计算得到的51.637kHz。与理论计算相差0.515kHz。

23 电阻-电压变换器

实验介绍

电阻－电压变换电路是一种常用的信号预处理电路．广泛应用在如热敏电阻温度计等依靠电阻变化的传感器中，电路如图1所示。其功能是将电阻R_x的值(以kΩ为单位) 转换为同值电压(以V为单位)。仿真图如图2所示。设置仿真电路，验证功能。

实验结果

设置供电电压为±15V，设置运放为ADA4625-1，参数与LF353D相似，JFET高输入阻抗、高SR的运算放大器。控制 $R_{x}$ 分别为 $1 k Ω$ 、 $4 k Ω 、 7 k Ω 、 10 k Ω 、 12 k Ω 、 14 k Ω$ 四个电阻阻值，输出电压值。

$1 k Ω 输出电压为 1 V$

$4 k Ω 输出电压为 4 V$

$7 k Ω 输出电压为 7 V$

$10 k Ω 输出电压为 10 V$

$12 k Ω 输出电压为 12 V$

$14 k Ω 输出电压为 12.591 V$

绘制Rx和输出Vo的曲线如下图。可见，当Rx的阻值在12kΩ以下时，输出电压和Rx的阻值以1(V/kΩ)的速度线性增长，当到12V以上时，由于选取的运放不是V+轨到轨，所以输出电压相对电阻的增长速度变慢甚至逐渐变为直线。

24 OCL功率放大器

实验介绍

实验电路如图1所示，这是一个带自举电路的OCL音频功率放大电路。图中集成运放构成互补输出级的前置放大级，为使电路输入电阻大、输出电压稳定，电路中通过电阻20kΩ引入了电压串联负反馈。在深度负反馈下，电路的电压增益为

$A_{v} = 1 + \frac{20}{1} = 21$

使用LTspice仿真电路并验证其输出的功率和电路功能。

实验结果

调整直流工作状态，先将470Ω可调电阻调至最小，接通供电电压±5V，监测互补电路上输出管的集电极电流，此时该电流应该很小。然后，调整可调电阻，使该集电极电流在3mA左右。此时假负载的端电压应该为零。调整470欧可调电阻到51.1%，得到输出管集电极电流为2.9532mA，此时负载端的电压为-11.078uV，接近0V。