TP : séparer amplification et filtrage

Un filtre actif volontairement transparent

Placez un étage non inverseur de gain 2 avant un passe-bas de 15.9 kΩ, 100 nF. Dans ce modèle pédagogique, l’amplificateur isole l’entrée de la charge du filtre ; la sortie est sans charge. Le pôle nominal vaut 100.097448 Hz. À basse fréquence, le gain en tension vaut environ 2, au pôle environ √2 et à dix fois le pôle environ 0.199007.

Enregistrez active-filter.cir et exécutez ngspice -b active-filter.cir avec un ngspice autonome disponible. Eamp est une source idéale de tension commandée en tension à gain continu fini de 100000. Ce n’est pas un macromodèle constructeur d’amplificateur opérationnel.

Ideal noninverting gain 2 followed by isolated RC pole
V1 in 0 DC 0 AC 1 SIN(0 0.05 10)
Rg minus 0 10k
Rf amp minus 10k
Eamp amp 0 in minus 100000
Rfilter amp out 15.9k
Cfilter out 0 100n
.op
.ac dec 40 1 100k
.tran 100u 300m 0 100u
.print ac vm(out) vp(out)
.print tran v(in) v(out)
.save all
.end

Le gain fini en boucle ouverte donne un gain continu fermé de 100000/(1+50000), environ 1.999960. Le modèle n’a ni broches d’alimentation, ni écrêtage de sortie, ni pôle GBW, ni limite de vitesse de variation, ni bruit, ni courant de polarisation d’entrée, ni limite de courant de sortie. Il ne peut donc pas qualifier un amplificateur physique de 3.3 V. Cette omission est volontaire pour vérifier indépendamment la réponse résistance-condensateur.

Comparer et perturber

Pour un contrôle AC exact, remplacez le balayage par .ac lin 1 100.097448 100.097448. Le module de sortie doit être environ 1.414185 et la phase −0.785398 rad. Comparez le module à 0.002 près et la phase à 0.001 rad près. Pour une entrée de 10 Hz, 50 mV crête, la crête de sortie établie du modèle vaut environ 99.503 mV. Laissez le transitoire initial s’établir avant de mesurer l’amplitude.

Passez Rfilter à 31.8 kΩ. La coupure est divisée par deux tandis que le gain basse fréquence reste environ 2. Connectez ensuite une charge de sortie de 100 kΩ et calculez son atténuation continue et le pôle déplacé avant de relancer. Un tampon avant le RC n’isole pas le RC d’une charge connectée après lui.

Enregistrez séparément les résultats du modèle idéal et les vérifications physiques restantes. L’étape de conception suivante consisterait à choisir un composant et vérifier mode commun, excursion, bande passante, vitesse de variation et stabilité. Consultez la documentation ngspice pour la syntaxe des sources dépendantes et des analyses.