Лабораторная работа: отделите усиление от фильтрации

Намеренно прозрачный активный фильтр

Поставьте неинвертирующую ступень усиления 2 перед фильтром нижних частот 15.9 kΩ, 100 nF. Усилитель изолирует вход от нагрузки фильтра в учебной модели; выход ненагружен. Номинальный полюс — 100.097448 Hz. На низкой частоте усиление напряжения примерно 2, на полюсе — примерно √2, на десятикратной частоте полюса — примерно 0.199007.

Сохраните active-filter.cir и выполните ngspice -b active-filter.cir доступным автономным ngspice. Eamp — идеальный источник напряжения, управляемый напряжением, с конечным DC-усилением 100000. Это не макромодель усилителя производителя.

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

Конечное усиление разомкнутого контура делает замкнутое DC-усиление 100000/(1+50000), примерно 1.999960. Модель не имеет выводов питания, ограничения выхода, полюса GBW, предела нарастания, шума, входного тока смещения или предела выходного тока. Поэтому она не квалифицирует физический усилитель 3.3 V. Пропуск намеренный для независимой проверки резистивно-ёмкостного отклика.

Сравните и измените

Для точной AC-точки замените развёртку на .ac lin 1 100.097448 100.097448. Модуль выхода должен быть примерно 1.414185, фаза −0.785398 rad. Сравните модуль в пределах 0.002 и фазу 0.001 rad. При входе 10 Hz пиком 50 mV установившийся пик выхода модели примерно 99.503 mV. Дождитесь установления начального перехода до измерения амплитуды.

Измените Rfilter на 31.8 kΩ. Срез делится пополам, низкочастотное усиление остаётся примерно 2. Затем подключите выходную нагрузку 100 kΩ и рассчитайте DC-ослабление и сдвинутый полюс до повтора. Буфер перед RC не изолирует RC от нагрузки после него.

Записывайте результаты идеальной модели и оставшиеся физические проверки отдельно. Следующий шаг — выбрать устройство и проверить синфазный диапазон, размах, полосу, скорость нарастания и устойчивость. См. документацию ngspice для синтаксиса зависимых источников и анализа.