実習：増幅とフィルタを分ける

意図的に分かりやすくした能動フィルタ

非反転利得2段の後に15.9 kΩ、100 nFローパスを置きます。この教育モデルでは増幅器が入力をフィルタ負荷から分離し、出力は無負荷です。公称極100.097448 Hzです。低周波利得約2、極で約√2、極の10倍で約0.199007です。

active-filter.cirを保存し、利用可能な独立ngspiceでngspice -b active-filter.cirを実行します。Eampは有限DC利得100000の理想電圧制御電圧源で、メーカーのオペアンプマクロモデルではありません。

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

有限開ループ利得により閉ループDC利得は100000/(1+50000)、約1.999960です。電源ピン、出力クリップ、GBW極、スルー限界、雑音、入力バイアス、出力電流限界はありません。したがって実3.3 V増幅器を適格と認めることはできません。抵抗容量応答を独立に検査するための意図的省略です。

比較して変える

正確なAC点には掃引を.ac lin 1 100.097448 100.097448へ置き換えます。出力振幅約1.414185、位相−0.785398 radを期待し、振幅0.002以内、位相0.001 rad以内で比較します。10 Hz、ピーク50 mV入力の定常出力ピークは約99.503 mVです。初期過渡が落ち着いてから振幅を測ります。

Rfilterを31.8 kΩにするとコーナーは半分で、低周波利得は約2のままです。次に100 kΩ出力負荷を接続し、再実行前にDC減衰と移動した極を計算します。RC前のバッファはRC後に接続した負荷からRCを分離しません。

理想モデル結果と残る物理検査を別項目に記録します。次の設計段階はデバイス選択と同相範囲、振幅、帯域、スルー、安定性検証です。従属電源と解析構文はngspice資料を参照します。