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LTSPICE使用LT6002实现同相比例运放电路

大家好，今天我们将用ADI所推出的电路仿真工具LTSPICE来搭建同相比例运放电路，并实现电路的仿真，所用的主要元器件为LT6002运算放大器。

1. 项目要求

要求搭建一个电路，所实现的功能为：幅值为[-1，+1]V的正弦波通过LT6002所搭建的电压跟随器同幅值输出，再经过LT6002所搭建的同相比例运算器实现1倍放大。

2. LT6002运算放大器的认识

LT6002 是ADI推出的一款四通道精密轨到轨运算放大器，属于 LT6000 系列，在工业自动化、通信、消费电子、便携式仪表、低压信号处理等领域应用广泛，LT6002的基本参数如下：

l 低电压工作：工作电压范围为 1.8V 至 16V，适用于电池供电或低电压电源系统。

l 低电流消耗：静态电流13μA，每路放大器的最大电流为 16μA，适用于低功耗产品。

l 低失调电压：最大输入失调电压为 600μV，保证了信号放大的准确性。

l 轨到轨输入和输出：能够在整个电源电压范围内提供输入和输出信号，最大限度地利用了电源电压范围，提高了信号的动态范围。

l 工作温度范围：工作温度为 - 40°C 至 85°C，可满足商业和工业环境的应用需求。

l 封装形式：采用 16 引脚 SSOP 封装和 16 引脚 DFN 封装，小型封装节省电路板空间，适合高密度布局的电路设计。

SSOP16封装的LT6002，其原理图符号和PCB封装如下图所示。

3.搭建运算放大器电路

这里会用到LT6002的两路运算放大器，分别用来搭建电压跟随器和同相比例运算放大电路。

3.1 电压跟随器的基本知识

电压跟随器（Voltage Follower）是一种特殊的运算放大器电路，也称为缓冲器。它的主要功能是将输入信号无放大地传输到输出端，即输出电压与输入电压相等（Vout = Vin），但可以使输入阻抗更大、输出阻抗更低、输出驱动能力更大。

电压跟随器的基本特点如下：

l 电压增益为 1，输出电压等于输入电压；

l 输入阻抗高，理想情况下无穷大；

l 输出阻抗低，理想情况下为 0；

l 具有隔离作用，可阻断前后级电路之间的相互影响

这种电路常用于信号缓冲、阻抗转换、隔离不同电路单元或驱动阻抗较低的负载，电压跟随器的电路结构如下图所示。

输入信号接运放的同相端，运放的反相端接运放的输出端，输出信号的幅值等于输入信号的幅值。

3.2 同相比例运算电路的基本知识

运放电路是模拟电路里最为经典的电路之一，可以实现信号的调理和放大，会用到运算放大器。而同相比例运算放大器电路可以将输入信号按照一定的比例放大，放大比例由电阻决定。

同相比例运放电路的模型中，有三个电阻，其中RF反馈电阻，根据“虚断“和”虚短“可以推导出运放电路的公式为：Vout=Vin(1+RF/R1)。

3.3 新建LTSPICE电路原理图

需要提前安装好LTSPICE电路仿真软件，双击软件图标，打开软件。接下来，需要新建一个原理图，在菜单栏→File→New Schematic，或者快捷键Ctrl+N，选择Schematic，可以建立新的原理图，如下图所示。

注意，所有用到快捷键的操作都是在英文输入法的前提下，请将输入切换到英文输入法模式。

3.4 搭建同相比例运放电路

LT6002运算放大器的位置：菜单栏→Component，或者快捷键“P”，在弹出的对话框里搜索“6002”，会出现LT6002，如下图所示。

点击“Place”后，即可把运算放大器LT6002拖到原理图中，因为会用到两个放大器，所以要放置两个，如下图所示。

3.5 放置电阻并设置电阻参数

在原理图中，按下快捷键R，可以快速放置电阻，放置两个电阻，标号自动生成，分别为R1和R2。在电阻未放置的情况下，按下快捷键Ctrl+R可以调节电阻的方向。在电阻R1上右键，会弹出参数设置界面，电阻的参数设置如下：

l Resistor[Ω]：1K

l Tolerance[%]：1

l Power Rating[W]: 1

或者点击“Select Resistor”在弹出的电阻列表中选择1KΩ的电阻，如下图所示。

以同样的方式将电阻R2、R3的电阻值改为10K。

3.6 添加直流电源

元器件要工作，必须要电源，在菜单栏中点击“Voltage Source”符号，或者快捷键W，则可以调出电压源，在电压源上右键，即可弹出对话框设置参数，将电压设置为5V和-5V，我们选择给运放以±5V双电源供电，如下图所示。

这里会用到三个电流源，两个+5V、一个-5V。

3.7 导线连接元器件

元器件放置好后，需要用导线将引脚实现电气连接，在英文输入法下按下快捷键W，或者在菜单栏点击“wire”符号，可以切换为画线模式， 此时鼠标会变为十字虚线，点击元器件的引脚即可画线，所画的线具有电气连接属性，最终，连接好的电路图如下图所示。

3.8 设置网络标签

在原理图中，网络标签是带有电气连接属性的，如果两个网络标签相同，那么代表这两个网络标签所在的引脚相当于是用导线连接到一起的。下面给需要观测波形的地方设置网络标签。

点击菜单栏的”Net”，或者英文输入法模式下按下快捷键N，即可设置网络标签，此时会弹出对话框，在对话框中输入标签名字，再点击“OK”即可把标签放置到想要设置的导线或者引脚上，如下图所示。

我们把网络标签起名为“OUT”，并放置在LT6002的输出引脚上，设置完成的效果如下图所示。

3.9 .tran语句

下面就要开始仿真了，在仿真之前，需要设置运行时长和波形观测点，需要用到.tran语句。

.tran 语句用于配置瞬态分析（Transient Analysis），即模拟电路在随时间变化的输入信号下的动态响应。该语句控制仿真的时间范围、步长和精度，是时域分析的核心配置指令。

. tran的基本语法

. tran <stop-time> [start-time] [step- time] [UIC] [options]

· 必选参数：

o <stop-time>：仿真的总时间，需要带单位，如s、ms、us、ns。

· 可选参数：

o [start-time]：仿真开始记录数据的时间（默认从 0 开始）。

o [step- time]：数据采样步长（控制仿真精度，默认自动计算）。

o [UIC]: 全称“Use Initial Conditions”，表示使用元件初始条件，需要 提前在元件属性中设置IC参数，如电容电压、电感电流等。

o [options]：其他选项。

.tran举例：

.tran 10m  ： 仿真 10 毫秒

.tran 10m 0 1u  ： 从0开始运行10ms，最大步长为 1us

我们将仿真时长设置为5ms，语句为：.tran 5m。点击菜单栏的.ac图标可以设置参数，如下图所示。

3.2.8 仿真结果

运行仿真结果的操作方法如下：

1) 点击菜单栏上绿色三角形的仿真按钮；

2) 右键→点击绿色三角形的仿真按钮；

不管哪种途径，点击绿色的按钮后就可以开始仿真了。

仿真后的结果如下图所示，可以看到左边的波形窗口是空的没有波形，如下图所示。

需要往波形窗口中添加信号，在右侧的原理图窗口中将鼠标放到所要观测的导线、引脚或者标签上，等待鼠标变成红色的笔后，点击一下，即可把信号添加到左侧的观察窗口了，LT6002的OUT引脚输出的波形如下图所示。

蓝色波形为输入信号幅值为-1V到1V，绿色波形为输入信号幅值为-2V到2V，输入信号是输入信号的2倍，实现了输入信号的同相放大，功能完成。

至此，通过LT6002所搭建的同相比例运算放大电路就完成了，通过该仿真，我们就初步掌握了LTSPICE的使用方法。