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基于LTspice的差分、仪用、PT100电路仿真

一、差分放大电路

1. 基本原理：核心是放大两个输入信号的差值（差模信号），同时抑制两个输入中相同的干扰成分（共模信号），是模拟电路中处理差分信号、抗干扰的基础电路。
2. 处理的输入信号：

- 差模信号：两个输入信号的差值部分，是电路需放大的目标信号；
- 共模信号：两个输入信号中重叠的噪声或干扰，是电路需抑制的信号。

3. 仿真搭建：选用运算放大器作为核心元件，配置输入电阻、反馈电阻构建差分放大架构，接入参考电压设定输出基准，电源端并联旁路电容稳定供电，输入端口接入待处理的差模与共模混合信号。

4. 核心公式：V_OUT = (Vi1 - Vi2)×(R2/R1) + VREF×(R2/R1)（其中R1为输入电阻，R2为反馈电阻，VREF为参考电压）。
5. 仿真参数：采用时域仿真模式，设定合理的仿真时长与采样步长，确保完整捕捉信号变化规律。
6. 仿真结果：输出信号准确跟随差模信号变化，放大倍数符合理论计算值，共模信号得到有效抑制，输出波形无明显失真，满足差分信号处理需求。


二、仪用放大电路

1. 基本原理：采用三级运放对称架构，核心逻辑是“先独立放大输入，再取差值抑制干扰”，兼具高输入阻抗、高共模抑制比、增益可调的特点，适用于微弱差分信号的精准采集。
2. 工作原理：

- 前级：两个特性完全对称的同相放大电路，分别放大单个输入信号，因同相输入特性，输入阻抗极高，避免加载微弱信号源；
- 后级：差分放大电路，提取前级输出的差模信号并进一步放大，同时彻底滤除共模干扰；
- 增益调节：通过改变前级之间的增益电阻，可精准调节电路整体放大倍数。

3. 仿真搭建：选用专用仪表运放或由三个通用运放搭建三级架构，配置对称的输入电阻、反馈电阻，接入参考电压，输入端口接入微弱差分信号，采用双电源供电保障放大性能。
4. 仿真参数：设置时域仿真时长，匹配输入信号频率设定合理采样步长，确保捕捉信号放大后的完整波形。

5. 仿真结果：输出信号准确反映输入差模信号的变化趋势，共模干扰抑制效果显著，放大倍数稳定可调，波形线性度良好，无畸变或失真现象。

三、PT100电路

1. 基本原理：PT100是基于铂金属的温度传感器，利用铂电阻的电阻值随温度变化的特性实现温度测量，具有测量范围宽、精度高、稳定性强的优势，广泛应用于工业测温场景。
2. 计算公式：

- 低温段（-200℃~0℃）：包含线性项与非线性修正项，精准描述低温下电阻与温度的关系；
- 高温段（0℃~650℃）：采用线性加二次项公式，拟合高温区电阻随温度的变化规律。
（其中Rt为温度t时的电阻值，R0为0℃时标称电阻，A、B、C为国标规定的分度系数）。

3. 仿真搭建：采用恒流源供电的三线制测量架构，PT100与标准电阻组成差分检测回路，通过运算放大器搭建差动放大与信号缓冲电路，将电阻变化转换为电压信号，最终输出至后续信号处理模块，电源端配置滤波元件减少纹波干扰。
4. 仿真参数：采用时域仿真模式，设定覆盖目标测温范围的温度变化条件，匹配电路响应速度设置仿真时长与步长。

5. 仿真结果：输出电压信号随温度变化呈现稳定的规律性，能准确反映PT100电阻值的温度特性，信号放大倍数符合设计要求，为后续温度换算提供可靠的模拟信号基础。

四、实验心得
仿真采用理想元件模型，未考虑实际PT100的非线性误差与生产工艺偏差；未模拟引线电阻、接触电阻对测量精度的影响；未引入电磁干扰、元件温漂、电源纹波等现场常见干扰因素；电路为简化理想架构，未能体现实际应用中电桥校准、零点漂移补偿等核心调试难点。