multisim&KICAD仿真运放电路(三个例子)

Posted 2022-06-06 海里的鱼2022

三个例子带仿真模型的kicad工程打包下载：

https://download.csdn.net/download/pocean2012/85541859

 

1）运放组成基本的反向放大器

反向放大器原理

原理分析（来自百度百科）

        运算放大器具有以下特点，当输出端不加电源电压时，正相输入端（+)和反相输入端（-)被认为施加了相同的电压，也就是说可以认为是虚短路。所以，当正相输入端 (+)为0V时，A点的电压也为0V。

        运算放大器的输入阻抗极高，反相输入端（-)中基本上没有电流。因此，当Ie经由A点流向R2时，I1和I2电流基本相等。由以上条件，对R2使用欧姆定律，则得出Vout=- I1xR2。

        I1为负是因为I2从电压为0V的点A 流出。换一个角度来看，当反相输入端（-)的输入电压上升时，输出会被反相，向负方向大幅度放大。由于这 个负方向的输出电压经由R2与反相输入端相连，因此，会使反相输入端（-)的电压上升受阻。反相输入端和正 相输入端电压都变为0V，输出电压稳定。

       通过这个放大器电路中输入与输出的关系来计算一下增益。增益是Vout和Vin的比，即                 Vout/Vin= (-I1xR2) / (I1xR1) =- R2/R1。

        所得增益为-，表示波形反相。 

multisim制图

运行仿真

 

转移到KICAD通过电路图调用ngspice仿真

观察网表文件

.title KiCad schematic
.include "D:\\simulation\\models\\components\\LM741.MOD"
XU1 out Net-_U1-Pad2_ 0 Net-_U1-Pad4_ Net-_U1-Pad7_ 741
V2 Net-_U1-Pad4_ 0 -12
V1 Net-_U1-Pad7_ 0 12
R1 Net-_U1-Pad2_ out 5k
R2 in Net-_U1-Pad2_ 2k
V3 in 0 sin(0,1,1k)
.save @v2[i]
.save @v1[i]
.save @r1[i]
.save @r2[i]
.save @v3[i]
.save V(Net-_U1-Pad2_)
.save V(Net-_U1-Pad4_)
.save V(Net-_U1-Pad7_)
.save V(in)
.save V(out)
.save V(unconnected-_U1-Pad1_)
.save V(unconnected-_U1-Pad5_)
.save V(unconnected-_U1-Pad8_)
.tran 1u 1m

.end

其中用到LM741的模型文件下载链接： 

经典运放LM741的spice仿真模型，ngspice，pyspice，kicad实测可用-嵌入式文档类资源-CSDN下载

仿真结果：
R1=2.5K, 反相放大器放大倍数2.5

R1=5K, 放大倍数=5

 

2）差分放大器

原理：

 

 该放大器的传递函数为：　
　　若R1 = R3 且R2 = R4，则公式 1 简化为：

 multisim里绘图仿真：

差分输入=1v ， 放大倍数=5倍 

在kicad里建立电路模型： 

按图中的参数，输出信号放大倍数为3

仿真波形： 

 

 3）用运放组成文氏桥振荡器

电路原理：

文氏桥电路是一个非常经典的电路，历经多年，尽管存在一些缺点，但仍然是教科书里面的必讲内容。从电路结构来看，并不复杂，但是这里面隐含的知识点却很多，涉及的内容也比较广泛，有信号与系统的知识，还要用到一点复变函数的知识，还涉及到相位的概念。因此，值得把这个电路仔细研究一下。

modelsim建立仿真电路

运行仿真：

选频网络电阻=5K

 

 

 选频网络电阻=15K

 

 转换到kicad绘制电路

 

观察网表

.title KiCad schematic
.include "D:\\simulation\\models\\components\\LM741.MOD"
C1 Net-_C1-Pad1_ 0 100n
R1 Net-_C1-Pad1_ 0 10k
R2 Net-_R2-Pad1_ 0 2k
C2 Net-_C1-Pad1_ Net-_C2-Pad2_ 100n
R4 Net-_C2-Pad2_ out 10k
XU1 out Net-_R2-Pad1_ Net-_C1-Pad1_ Net-_U1-Pad4_ Net-_U1-Pad7_ 741
R3 Net-_R2-Pad1_ out 15k
V1 Net-_U1-Pad7_ 0 12
V2 Net-_U1-Pad4_ 0 -12
.save @c1[i]
.save @r1[i]
.save @r2[i]
.save @c2[i]
.save @r4[i]
.save @r3[i]
.save @v1[i]
.save @v2[i]
.save V(Net-_C1-Pad1_)
.save V(Net-_C2-Pad2_)
.save V(Net-_R2-Pad1_)
.save V(Net-_U1-Pad4_)
.save V(Net-_U1-Pad7_)
.save V(out)
.save V(unconnected-_U1-Pad1_)
.save V(unconnected-_U1-Pad5_)
.save V(unconnected-_U1-Pad8_)
.tran 1u 100m
.end

 观察仿真结果