Proteus在模拟电路中仿真应用

  • 格式:doc
  • 大小:752.26 KB
  • 文档页数:11

第1页 Proteus在模拟电路中仿真应用

Proteus在很多人接触都是因为她可以对单片机进行仿真,其实她在模拟电路方面仿真能力也很强大。下面对几个模块方面的典型带那路进行阐述。

第1部分 模拟信号运算电路仿真

1.0 运放初体验

运算,顾名思义,正是数学上常见的加减乘除以及积分微分等,这里的运算电路,也就是用电路来实现这些运算的功能。而运算的核心就是输入和输出之间的关系,而这些关系具体在模拟电路当中都是通过运算放大器实现的。运算放大器的符号如图1所示。

同相输入端,

输出信号不反相

反相输入端,

输出信号反相 输入端

图1 运算放大器符号

运算器都工作在线性区,故进行计算离不开工作在线性区的“虚短”和“虚断”这两个基本特点。与之对应的,在Proteus中常常用到的放大器有如图2几种。

321411U1:ATL074 3267415U5TL071 3267415U6741

图2 Proteus中几种常见放大器

上面几种都是有源放大器件,我们还经常用到理想无源器件,如图4所示,它的位置在“Category”—“Operational Amplifiers”—“OPAMP”。

第2页

图4 理想无源放大器件的位置

1.1 比例运算电路与加法器

这种运算电路是最基本的,其他电路都可以由它进行演变。

(1)反相比例运算电路,顾名思义,信号从反相输入端进入,如图5所示。

RF10KR12KVolts-5.00R1(1)

图5 反相比例运算电路

由“虚断”“虚短”可知:foi1*RuuR

我们仿真的值:11(1)1,2,10ifURVRKRK,

第3页 故5oUV。

(2)反相加法运算电路,如图6所示,与反相比例运算电路相比多了几个输入信号。

RF10KR15KVolts-6.00R1(1)R25KR35K

图6 反相加法运算电路

满足的运算法则为:fffoi1i2i3123(***)RRRuuuuRRR

我们仿真的值:1231(1)1,5,10ifURVRRRKRK,

故fffoi1i2i3123(***)6RRRuuuuVRRR。

(3)同相比例运算电路,顾名思义,信号从同相输入端进入,如图7所示。

第4页 RF5KR21KVolts+3.00R2(2)R11K

图7 同相比例运算电路

满足的运算法则为: foi1(1)*RuuR

我们仿真的值:122(3)0.5,1,1,5ifURVRKRKRK,

故,foi1(1)*RuuR=5(1)*0.53.0V1

(4)同相加法运算电路,如图8所示,与同相比例运算电路相比也只是多了几个输入。

第5页 RF5KR21KVolts+2.25R2(1)R31KR41KR11KR1K

图8 同相加法运算电路

满足的运算法则为: foi1i2i31123'(1)*(***)RR'R'RuuuuRRRR

其中,R'=R2//R3//R4//R。

我们仿真的值:12342(1)0.5,1,1,5ifURVRKRRRKRK,

故,foi1i2i31123(1)*(***)RR'R'R'uuuuRRRR

50.250.250.25(1)*(*0.5*0.5*0.5)2.25V1111

1.2 积分器与微分器

(1)积分器如图9所示,与反相比例运算电路相比,只是将反馈电阻Rf换成电容Cf ,信号发生器设置成10mV、1kHz的方波。示波器设置的界面如图10所示。其中Waveform用来选择波形型号,Frequency进行频率设定,Amplitude进行幅度设定。

第6页 ABCDAMFM+-R210KR110KR320KC10.047uF

图9 积分器

图10 信号发生器界面

仍然由“虚短”和“虚断”得到,运算法则为: oi1f1d*uutRC-

图9的仿真结果如图11所示。方波在半周期内是直线输出,积分后就成了线性输出——三角波。

第7页

图11 积分器仿真结果

(2)微分器,如图12所示,与积分器相比,将反馈电容Cf与反相输入端R1对调。信号发生器设置成10mV、1kHz的三角波。

ABCDAMFM+-R21KRF1KC1510pF

图12 微分器

满足的运算法则为: iof1d**duuRCt

图12的仿真结果如图13所示.三角波在半周期内是线性输出,经过微分后,就成了直线输出——方波。

第8页

图13 微分器仿真结果

1.3 波形发生器

由上面的函数型号发生器可以看到,能将常用的波形都输出来。然而,波形中最基本的算方波,经过一次积分可以变成三角波,经过两次积分就变成三角波。

这里运用555定时器来形成方波。555定时器组成的多谐振荡器是在内部通过对电容的充放电,改变比较器(运放构成)的输入电压,从而使触发器改变状态的。电路如图14所示。其中Out1、Out2和 Out3分别输出的波形如图15所示。

第9页 R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U1555C110uFR110kC247nFC310nFR210kR310kC410nFC51nFC61nFRV120kR462kR51kout1out2out3ABCD

图14 波形发生电路

图15 波形发生电路仿真结果

第10页 1.4 直流电源

电子产品中很多地方都需要直流电源来供电。这种电源虽然可以考虑直接使用干电池,但比较经济实用的办法是利用由电网提供的交流电源经过整流、滤波和稳压以后得到的。对于一般直流电源,包括电源变压器、整流电路、滤波器和稳压电路四个组成部分。对于直流电源的主要要求是,输出的电压的幅值稳定,即当电网电压或负载电流波动时能基本保持不变;直流输出电压平滑,脉动成分小;交流电变换成直流电时的转换效率高。其电路仿真图见图16.

BR1DF08SR110kC1470uAC Volts+8.44VI1VO3GND2U17805AC Volts+5.00C20.1uFC40.1uFABCDC3470u

图16 直流稳压电源

(1)变压电路

这部分通过变压器将幅值较大交流电变为幅值更小的交流电。这部分图16没有体现。

(2)整流电路

整流电路的作用是将交流电变换成直流电。采用桥式整流电路,它由4个二极管构成桥式电路,电路如图5-73所示。

(3)滤波电路

整流电路虽然可以将交流电变成直流电,但输出的电压是单相脉动的,在很多设备中,这种脉动是不允许的,因此我们还必须设计出减小脉动程度的电路,这就是滤波电路。滤波电路也有很多种,这里采用电容滤波。他的原理:电容为储能元件,两端的电压不能在电路状态改变时跳变。在负载的两端加上一个电容

第11页 就构成了简单的电容滤波电路。正相时给电容充电,负相时电容给负载放电,电压就不变相了。

(4)稳压电路

采用集成稳压块7805,将输出的电源恒定在5V大小。

经过上面几个环节后的,仿真结果图如图17所示。

图17 直流稳压电源仿真结果图