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关于电赛公开课 《模拟电路基础知识讲座》由TI邀请青岛大学傅强老师录制，深入浅出的介绍了与模拟电路及电源相关的基础知识，帮助大家由浅入深地了解产品，更轻松的进行产品的选型和设计。 本课程共计80节视频内容，视频解析文字课40节，每周二、周四更新，欢迎同学观看学习。
本节文字课程相关视频：
无论多么精心的去设计模拟电路的实验板，实际都只能实验有限的几个电路知识。对于EE专业的学生来说，有大量成熟专业电路仿真软件可以使用是十分幸运的，它可以大大提高学习的效率和兴趣。我们如果不利用电路仿真软件来学习和设计模拟电路，将是非常悲哀的一件事。 在浩如烟海的电路仿真软件中，适用于初学者的免费软件不多。其中，TINA-TI是由世界上最大的模拟器件生产商美国德州仪器公司与DesignSoft公司共同开发的免费模拟电路仿真软件，可以认为是全功能收费仿真软件TINA的精简版。虽然不能说TINA-TI的功能是最全的，但是它对TI公司器件电路仿真的支持是最好的。并且TINA-TI是基于SPICE技术的仿真软件，这与其他仿真软件在本质上是一致的，学会使用TINA-TI也将更容易的上手其他仿真软件。 常规TINA-TI知识例如如何下载、如何安装、版本有何改进可以参阅德州仪器网站，本章主要是通过几个例子来说明如何使用TINA-TI。
1 电路搭建
首先我们按图1所示搭建一个运放构成的缓冲器电路，负载设定为1μF的电容。
电路的搭建包括运算放大器μA741、信号源VG1（仿真软件对电压发生器Voltage Generator默认命名为VG）、电源V1和V2、负载电容CL以及电压探头VOUT，所有元件的名称和属性均可通过双击该元件来进行修改。 1) μA741是模拟电路中非常经典的一个运放，在条件允许的情况下，我们总是选择实际运放模型而不是理想运放来仿真电路。在中文版的TINA-TI中，单击“制造商模型”就可以选择德州仪器（TI）和国家半导体（NS，已被德州仪器收购）的11类器件模型，如图2所示。从左至右依次为运算放大器、差分（输入）放大器、全差分（输出）放大器、仪表放大器、比较器、基准源、缓冲器、电流检测放大器、开关电源、数据转换器和其他元件。μA741属于“运算放大器”子项中的元件。
2) 如图3所示，对于信号源VG1，需要设定信号源的波形种类为“方波”，幅值100mV，频率1kHz，上升/下降时间默认1ns即可。
3) 电源V1和V2使用默认的5V即可，如需改动参数，也可双击电池符号加以调整。 4) 负载电容CL在“基本”元件库中，采用电容理想模型就可以了，即使以后我们需要考虑电容等效串联电阻ESR（Equivalent Series Resistance）的时候，也不妨外部直接串联电阻，这样更直观。 5) 电压探头VOUT是从“仪表”栏中选取的，将来我们电路仿真分析时，这就是一个可观测的节点。
2 瞬时现象分析 所谓的瞬时现象就是时域波形，也就是电路参数随时间的变化情况。示波器就是观测时域波形的工具，电路仿真软件通过计算可以得到全部时域数据，直接显示成图表即可。 1) 单击“分析”“交流分析”“瞬时分析”，可得到瞬时分析的设定窗口，如图4所示。
2) 对于瞬时分析，我们主要就是设置起止时间。设定的原则就是对于周期信号能观测出完整周期，对于非稳定信号则酌情考察信号的建立过程，比如待信号稳定后再“观测”（起始显示不从0开始）。 3) 本例中，信号源的频率设定为1kHz，所以时间设定2ms可以考察2个完整周期，起始时间可以从0开始，如图5所示即为瞬时分析图表。
4) 如图5所示的信号波形和输出波形是共用坐标轴的，有些情况下不便于观察。我们可以单击“视图”“分离曲线”可将输入输出曲线分离，并通过双击坐标轴，将两个波形的纵坐标轴均改为-300mV~300mV，得到如图6所示的波形。
5) 通过图6我们发现，本来作为缓冲器的输出应该与输入波形是一致的，但是实际输出波形产生了强烈的振荡（俗称振铃），这是由于1μF的纯电容负载所导致的。
3 稳定输出的缓冲器电路 纯电容负载不可避免的会带来振铃现象，那么消除振铃的方法就是给负载串联电阻，以改变“纯电容”负载。本节内容也不具体解释消除振铃的原理，本节的主要目的是说明电路仿真软件确实能在很大程度上帮助我们设计电路。
1) 如图7所示，给负载电容CL串联上负载电阻RL，为了避免大幅度的改变负载特性，我们先将RL的值设定为1Ω。
2) “分析” “交流分析” “瞬时现象”，参数设置与前面小节相同，确定后得到图8所示的波形。串联1Ω电阻后，振铃现象得到缓解。
3) 修改RL的值为3Ω，重新绘制“瞬时现象”波形。如图9所示，振铃现象进一步改善，但仍然存在振铃。
4) 修改RL的值为8Ω，重新绘制“瞬时现象”波形。单击“视图”“分离曲线”，修改坐标轴刻度范围（-200mV~200mV）后可得如图10所示的波形，振铃现象基本消失，得到一个稳定的缓冲器电路。
4 直流参数扫描
在TINA-TI中，“直流分析”功能的“直流传输特性分析”可用于直流参数的扫描，相当于交流传输特性分析中的“扫频”。例如，检测一个比较器电路时，需要改变输入直流电压，观测输出的变化。自动的改变直流电压就是直流参数扫描。如图11所示为一个窗口比较器电路。
1) 在“制造商模型”中，选择“比较器”大类，再选取LP331比较器，这是一个集电极开路（Open Collector，简称OC门）输出的比较器。从图11中可以看出集电极开路晶体管，OC门的一个特点是可以外接上拉电阻（RL）构成线与逻辑。有关线与逻辑的相关知识可自行科普。 2) 按图11的比较器电路，应该是当VG1大于5V且小于10V时，两三极管均截止，VM1的输出才是高电平。VG1小于5V，则上面的三极管导通，VM1输出低电平。VG1大于10V，则下面的三极管导通，VM1输出低电平。这就构成了窗口比较器。 3) 检测窗口比较器电路需要将VG1的电压扫描一遍，观测VM1的输出。因此我们可以用“直流传输特性”功能来实现。单击“分析”-“直流分析”-“直流传输特性”，得到图12所示的设置窗口。起始值和终止值代表输入信号的幅值“扫描”范围。本例中，选择0~15V，和比较器的正电源供电电压一致。采样数越多，仿真计算越慢；采样数少则绘制的波形“粗糙”，采样数默认即可。输入信号选择VG1，代表我们要改变的直流参数是输入比较器的电压。
4) 单击“确定”以后，得到图13所示的直流传输特性曲线。当输入电压从0V~15V变化时，只有5V~10V输入电压时，输出才为高电平，符合窗口比较器的特性。
5 可编程电源
电源是电子实验室的三大件之一（另外两件是信号源与示波器），电源的性能性能和功能是否完备直接关系到电路调试成败。
在电路中，按电流源和电压源的排列组合，可以得到4种类型的电源，这些电源都可以找到实际的电路原型。比如压控电压源（VoltageControlled Voltage Source，简称VCVS），交流电中的变压器就可以看成是压控电压源。再比如流控电流源CCCS，三极管就可以看成是由基极电流控制集电极电流的CCCS，类似还有场效应管可以看成是栅源电压控制漏极电流的流控电流源VCCS。
得益于电路仿真软件的先天优势，我们可以不花代价的得到任意我们想要的电源。在本节将介绍如何利用TINA得到“任意受控”的电源。
1) 单击窗口工具栏中的发生源，选择
（Controlled Source），再单击最后一个Controlled source wizard（受控源设置向导），得到图14所示的受控源编辑器。 |
| 图14 受控源编辑器 |
2) 图14中，输入栏选择的是电压值两个，这表明受控电源是压控源，即决定输出的是2个电压的输入。 3) 图14中，输出栏选择的是电压，表明这个受控源是压控电压源（VCVS）。 4) 图14中，表达式栏中规定了压控电压源的压控关系式。值得一提的是，并非只有线性关系才是压控电压源，只要输出电压是由输入电压决定的，不管两者的关系式是什么，都属于VCVS。图中的表达式含义是，当控制电压V(N1)大于控制电压V(N2)时，受控电压源的输出电压为5V，其余情况输出电压均为0V。 5) 单击确定以后，可得到如图15所示的受控电源图标。
6) 图15所示的受控电源标注的含义非常完整，CS1代表controlledsource 1；N1和N2是图15中表达式提及的输入控制电压V(N1)和V(N2)；Out（V）及电压源的符号表明这是一个电压源。 7) 给受控源添加控制电压，如图16所示，VG1为1VPP/1kHz的三角波，VG2为1 VPP /50Hz的正弦波。
8) 单击窗口栏的“分析”-“瞬时现象”，仿真的起止时间设为0~20ms，可得图17所示的受控源的输入输出波形。VM1所代表的受控电压源输出，其实就是非常重要的SPWM（正弦波脉冲宽度调制）波形。可见，通过仿真软件的可编程电源功能，我们可以得到很多实际电路中非常有用，但又很难获得的各种“信号源”。
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| 图17 测试受控源的输入输出波形 |
6 时间开关与开关电源电路 在分析开关电源电路时，使用时间开关是一种非常方便的模仿PWM“开关”效果的方法。如图18所示，Buck斩波电路的开关SW1处于“浮地”状态，如果使用真实开关，驱动电路将会很复杂，而我们重点是考察Buck电路本身的特性，这时使用时间开关来代替真实半导体开关，可以非常方便的分析主电路本身的特性。
1) 时间开关可以当成PWM开关来使用。参考图19，“周期的”设定为“是”；周期设定为10μ；“t On”设为0，“t Off”设为6μ；这意味着PWM的频率为100kHz，占空比为60%。
2) 如图20所示为Buck电路（时间开关）占空比为60%和40%时的输出电压波形。
以上就是本节公开课的全部内容，通过本节课程的学习，你收获了什么？ 欢迎大家留言作答以下题目，答案将在下期公开课公布。在答案公布前作答正确的同学，还将获得5枚赫兹币奖励哦~
课后问答：
1、 瞬时现象仿真相当于现实中的什么仪器仪表？ 参考答案：示波器 2、 TINA-TI仿真软件的特点是什么，例如获取途径、易用性、适用的范围等？ 参考答案：与其他电路仿真软件相比，TINA-TI具有以下特点：易获取且免费，电路原理图及生成波形美观，适用于模拟电路仿真。 3、 如果想考察电路中某电阻的电阻值改变，对电路会产生哪些影响，可以使用仿真软件的什么功能实现？ 参考答案：直流参数扫描
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