用Tina-TI软件仿真并分析RC积分电路和微分电路

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

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，为什么是63%，我的下一篇博客会介绍。

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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永远相信美好的事情即将发生！作者记得诚，写于安徽合肥，时间2020-05-31 PM21:27