Laboratório: separe amplificação de filtragem

Um filtro ativo deliberadamente transparente

Coloque um estágio não inversor de ganho 2 antes de um passa-baixas de 15.9 kΩ e 100 nF. O amplificador isola a entrada da carga do filtro neste modelo didático; a saída está sem carga. O polo nominal é 100.097448 Hz. Em baixa frequência, o ganho de tensão é aproximadamente 2, no polo aproximadamente √2 e em dez vezes o polo aproximadamente 0.199007.

Salve active-filter.cir e execute ngspice -b active-filter.cir com um ngspice independente disponível. Eamp é uma fonte ideal de tensão controlada por tensão com ganho CC finito de 100000. Não é um macromodelo de amplificador operacional de fabricante.

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

O ganho finito de malha aberta torna o ganho CC em malha fechada 100000/(1+50000), aproximadamente 1.999960. O modelo não tem pinos de alimentação, limitação de saída, polo GBW, limite de slew, ruído, corrente de polarização de entrada nem limite de corrente de saída. Portanto, não pode qualificar um amplificador físico de 3.3 V. Essa omissão é intencional para que a resposta do resistor/capacitor possa ser verificada independentemente.

Compare e perturbe

Para um ponto exato de verificação CA, substitua a varredura por .ac lin 1 100.097448 100.097448. O módulo de saída deve ser aproximadamente 1.414185 e a fase −0.785398 rad. Compare o módulo dentro de 0.002 e a fase dentro de 0.001 rad. Em uma entrada de 10 Hz e 50 mV de pico, o pico estabilizado da saída do modelo é aproximadamente 99.503 mV. Deixe o transitório inicial se estabilizar antes de medir a amplitude.

Mude Rfilter para 31.8 kΩ. O corte cai pela metade enquanto o ganho de baixa frequência permanece aproximadamente 2. Depois, conecte uma carga de saída de 100 kΩ e calcule sua atenuação CC e o polo deslocado antes de executar novamente. Um buffer antes do RC não isola o RC de uma carga conectada depois dele.

Registre os resultados do modelo ideal e as verificações físicas restantes como itens separados. O próximo passo de projeto seria selecionar um dispositivo e verificar faixa de modo comum, excursão, largura de banda, slew e estabilidade. Consulte a documentação do ngspice para sintaxe de fontes dependentes e análises.