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用Tina-TI软件仿真并分析RC积分电路和微分电路

记得诚 记得诚 2022-04-27

还记得在刚毕业时,硬件工程师的笔试题中经常考RC积分电路和微分电路。

  • 1. RC积分电路介绍

  • 2. RC积分电路仿真

  • 3. RC微分电路介绍

  • 4. RC微分电路仿真

  • 5. Tina-TI软件仿真资源

1. RC积分电路介绍

预备知识:把电阻和电容的乘积称为RC时间常数,用τ表示,τ=RC;1个τ表示电容两端电压从0V上升到1-1/e=1-37%=63%所需的时间。

RC积分电路

在积分电路中,当τ≪T时,T指的是Vin方波的周期,此时Vin通过电阻R对电容C的充电速度快,所以输出Vout的波形越接近于输入Vin的波形;当τ≫T时,此时Vin通过电阻R对电容C的充电速度很慢,Vout的波形无法跟随上Vin的波形,呈现的是类似三角波的波形。

输入和输出对应波形

2. RC积分电路仿真

如下利用Tina-TI对积分电路进行仿真,其中R1=1K,C1=1uF;

VG1是电压发生器,设置成一个方波信号,振幅设置为1V,频率设置为1MHz;

用示波器同时抓取Vin和Vout的波形,发现Vout的幅度比较小,在5mV左右;
将R1的阻值由1K改为1R后,时间常数τ=RC相当于之前的千分之一;

再次仿真,我们发现,Vout的振幅在1V左右,Vout的波形更接近于Vin波形,这是因为对电容的充电速度变快了(流过电容C的电流变大了);

3. RC微分电路介绍

RC微分电路

在微分电路中,当τ≪T时,得到如下中间图所示急剧变化的Vout波形;当τ≫T时,得到最下方所示缓慢变化的Vout波形。

在AB段,Vin由0到最大值,因为电容C两端电压不能突变特性,所以Vout也是一条直线;在BC段,Vin对电容C进行充电,这时候Vout电压会减小,减小的速度和τ有很大的关系,τ越小,波形越急剧;CD段,Vin由最大值到0V,此时电容C开始放电,Vout上产生一个负向的尖峰。

4. RC微分电路仿真

如下是用Tina-TI对微分电路进行仿真,C2=100nF,R1=100R;

用示波器抓取的Vin和Vout的波形,可以看到,Vout和Vin跟随很好,说明这时候时间常数τ是比较大的。

如下,将R1由100R改为1R,相当于时间τ变为之前的百分之一。
再次仿真,发现Vout的波形变得更加急剧,这是因为τ变小的缘故。

5. Tina-TI软件仿真资源

Tina-TI是TI德州仪器的一款仿真软件,100多M大小,在TI官网可以下载,官网下载速度很慢,还需要注册TI的账号,比较麻烦。

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