1、工作原理分析

圖1.41為求和放大器電路，表1.5為求和放大電路仿真元器件列表。輸入信號(hào)VI1和VI2為求和信號(hào)，分別通過(guò)電阻R1和R2連接到運(yùn)放反相輸入端，通過(guò)反饋電阻RF構(gòu)成輸出電壓反饋電路。

利用疊加原理和“虛短”、“虛斷”分析圖1.41所示運(yùn)算放大電路。首先應(yīng)用疊加原理求得每個(gè)輸入單獨(dú)作用時(shí)的輸出電壓，然后將每個(gè)輸出電壓進(jìn)行數(shù)學(xué)求和得到總輸出電壓。求得輸出電壓為：

上式表明輸出電壓為各輸入電壓乘以放大倍數(shù)然后再相加，并且輸出電壓與輸入電壓反相。

圖1.41求和放大電路

1、偏置點(diǎn)分析：Bias Point

利用偏置點(diǎn)分析計(jì)算小信號(hào)電壓增益、輸入阻抗、輸出阻抗和每個(gè)元器件相對(duì)輸出信號(hào)的靈敏度，仿真設(shè)置如圖1.42所示。

圖1.42 VI1和VI2偏置點(diǎn)仿真分析設(shè)置

通過(guò)仿真分析結(jié)果可得：輸入信號(hào)VI1的電壓增益為-1，輸入阻抗為2k；輸入信號(hào)VI2的電壓增益為-2，輸入阻抗為1k；電阻RF對(duì)輸出電壓最敏感，其次為R2和R1，分別為3%、-2%和-1%。

2、瞬態(tài)仿真分析：Time Domain

圖1.43 瞬態(tài)仿真分析設(shè)置

對(duì)電路進(jìn)行瞬態(tài)仿真分析，如圖1.43所示，仿真時(shí)間2ms、最大步長(zhǎng)5us，仿真結(jié)果如圖1.44所示。

圖1.44 輸入和輸出電壓波形

圖1.44為瞬態(tài)仿真波形，V(IN1)和V(IN2)為輸入電壓波形，-V(VOUT)為輸出電壓反相波形。因?yàn)椋?/p>

所以輸出電壓為輸入信號(hào)VI1與2倍VI2之和的相反數(shù)。當(dāng)峰值VI1=2、VI1=1時(shí)輸出電壓峰值為4V，計(jì)算與仿真一致。

3、交流和參數(shù)仿真分析：AC Sweep、Parametric Sweep

圖1.45 交流仿真分析設(shè)置

圖1.46 參數(shù)仿真分析設(shè)置

對(duì)電路進(jìn)行交流仿真分析，如圖1.45所示，頻率范圍10kHz—3megHz，每十倍頻20點(diǎn)；對(duì)電阻RF進(jìn)行參數(shù)仿真分析，如圖1.46所示，參數(shù)值分別為2k和4k；仿真結(jié)果如圖1.47所示。

圖1.47 輸出電壓頻率特性曲線：電阻RF從上到下分別為4k和2k

當(dāng)電阻RF=4k時(shí)輸出電壓：

當(dāng)電阻RF=2k時(shí)輸出電壓：

計(jì)算值與圖1.47中仿真結(jié)果一致。

4、直流和蒙特卡洛仿真分析：DC Sweep、Monte Carlo

圖1.48 直流仿真分析設(shè)置

圖1.49 蒙特卡洛仿真分析設(shè)置

當(dāng)輸入直流電壓均為1V時(shí)對(duì)電路進(jìn)行蒙特卡洛仿真分析，仿真設(shè)置如圖1.48和圖1.49所示。電阻容差為平均分布5%，仿真結(jié)果如圖1.50所示，最大值約為3.247V，最小值約為2.815V，仿真次數(shù)為100。

圖1.50 輸出電壓蒙特卡洛仿真數(shù)據(jù)

5、直流和最壞情況仿真分析：DC Sweep、Worst case

對(duì)圖1.41中電路，當(dāng)電阻R1和R2取-5%容差、RF取+5%容差時(shí)輸出電壓最大，最大值為：

圖1.51 最壞情況仿真設(shè)置

圖1.52 最壞情況輸出設(shè)置：輸出最大值

直流和最壞情況仿真設(shè)置如圖1.51和圖1.52所示，輸出電壓最大值仿真結(jié)果如下：

當(dāng)R1和R2取95%、RF取105%時(shí)輸出電壓最大，最大值約為3.316V，與計(jì)算值一致。

對(duì)于圖1.41中電路，當(dāng)電阻R1和R2取+5%容差、RF取-5%容差時(shí)輸出電壓最小，最小值為：

圖1.53 最壞情況輸出設(shè)置：輸出最小值

當(dāng)R1和R2取105%、RF取95%時(shí)輸出電壓最小，最小值約為2.714V，與計(jì)算值基本一致。

電阻容差越大，最壞情況下輸出電壓偏離正常值最大，讀者可以自行仿真驗(yàn)證。

2、附錄——關(guān)鍵仿真器件模型