Laboratorio: separa amplificazione e filtraggio

Un filtro attivo deliberatamente trasparente

Colloca uno stadio non invertente di guadagno 2 prima di un passa-basso da 15.9 kΩ, 100 nF. L'amplificatore isola l'ingresso dal carico del filtro in questo modello didattico; l'uscita è senza carico. Il polo nominale è 100.097448 Hz. A bassa frequenza il guadagno di tensione è circa 2, al polo circa √2 e a dieci volte il polo circa 0.199007.

Salva active-filter.cir ed esegui ngspice -b active-filter.cir con ngspice autonomo disponibile. Eamp è una sorgente ideale di tensione controllata in tensione con guadagno finito in continua 100000. Non è un macro-modello di operazionale del produttore.

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

Il guadagno finito ad anello aperto rende il guadagno in continua ad anello chiuso 100000/(1+50000), circa 1.999960. Il modello non ha pin di alimentazione, limitazione dell'uscita, polo GBW, limite di slew, rumore, corrente di polarizzazione di ingresso o limite di corrente di uscita. Non può quindi qualificare un amplificatore fisico da 3.3 V. L'omissione è intenzionale affinché la risposta resistore/condensatore possa essere verificata indipendentemente.

Confronta e perturba

Per un punto di verifica AC esatto, sostituisci la scansione con .ac lin 1 100.097448 100.097448. Il modulo di uscita deve essere circa 1.414185 e la fase −0.785398 rad. Confronta il modulo entro 0.002 e la fase entro 0.001 rad. Con ingresso a 10 Hz e picco 50 mV, il picco di uscita stabilizzato del modello è circa 99.503 mV. Lascia esaurire il transitorio iniziale prima di misurare l'ampiezza.

Cambia Rfilter a 31.8 kΩ. Il taglio si dimezza mentre il guadagno a bassa frequenza rimane circa 2. Poi collega un carico di uscita da 100 kΩ e calcola l'attenuazione in continua e il polo spostato prima di rieseguire. Un buffer prima dell'RC non isola l'RC da un carico collegato dopo.

Registra come elementi separati risultati del modello ideale e verifiche fisiche rimanenti. Il prossimo passo di progetto selezionerebbe un dispositivo e verificherebbe intervallo di modo comune, escursione, banda, slew e stabilità. Consulta la documentazione ngspice per sintassi di sorgenti dipendenti e analisi.