用Voltage-controlled Voltage Source仿真放大器

VCVS 的功能

Voltage-controlled Voltage Source (VCVS) 具有 4 個(gè)端?。左側(cè)的 2 個(gè)端子為輸入端子 (控制端子)，可輸出與輸入電壓差成比例的電壓。因此，如果比例常數(shù)大于 1，可視為放大器;如果小于 1，可視為衰減器。接下來(lái)我們?cè)囍谱饕粋€(gè) “10倍的放大器”。首先，在 “Select Component Symbole” 對(duì)話框中選擇 “e”，并將其放在電路圖上。如下圖 (圖1) 所示：

圖1 元件對(duì)話框中選擇 “e”

接下來(lái)，在 “E” 的地方填寫比例常數(shù)。由于要仿真 10 倍放大器，所以改為 “10”。 將光標(biāo)懸停在組件 (E1) 處單擊鼠標(biāo)右鍵，或在字母 “E” 上右鍵點(diǎn)擊以打開編輯器，在 “Value” 處輸入值。如下圖 (圖2) 所示：

圖2 在 “Value” 輸入任意值

如下圖 (圖3) 所示進(jìn)行布線，添加 1kHz、100mVp-p 的正弦波形，并檢查輸出波形以確認(rèn)操作。在 OUT 端子的波形被放大了 10倍，可以確認(rèn) 1Vp-p 的振幅波形。像這樣，用這種方式可以很容易仿真放大器。

圖3 電路圖和模擬結(jié)果

VCVS 仿真理想運(yùn)算放大器

上文提及 Voltage-controlled Voltage Source (VCVS) 可以仿真放大器，以下與放大器的代表性 IC “運(yùn)算放大器” 進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較。如下圖 (圖4) 所示，使用高精度運(yùn)算放大器 IC “OP07” 仿真 10 倍的放大器 (非反相放大器)。同樣，Voltage-controlled Voltage Source (VCVS) 也使用電阻來(lái)仿真 10 倍的非反相放大器。

Voltage-controlled Voltage Source (VCVS) 的增益設(shè)置為非常大的值 1T (10 的 12 次方)。OP07 的頻帶寬度 (BW) 為 0.6MHz，而運(yùn)算放大器的頻率并不是無(wú)限大的，故大于 BW 的信號(hào)不能發(fā)揮放大器的作用，需要實(shí)操確認(rèn)這一點(diǎn)。

圖4 10 倍非反相放大器的比較

由下圖 (圖5) 的模擬結(jié)果可以看出，由于輸入信號(hào)高于 10MHz 和 BW，OP07 的輸出 (OUT2：綠色) 被衰減到幾乎為 0V，且用 Voltage-controlled Voltage Sourc (VCVS) 仿真的放大器 (OUT1：藍(lán)色) 產(chǎn)生的信號(hào)按預(yù)期放大了 10 倍。

圖5 10 倍非反相放大器的模擬結(jié)果

工程師們有時(shí)可能會(huì)困惑，在實(shí)際模擬中需要具體使用哪種設(shè)備模型。特別是在放大器電路的設(shè)計(jì)中，即使用具有代表性的運(yùn)算放大器 IC，但其也有數(shù)千種不同類型。另外，現(xiàn)實(shí)中運(yùn)算放大器的規(guī)格并不理想，存在開環(huán)增益、頻率、輸入 / 輸出阻抗等限制，以及噪聲和溫度的影響。在這種情況下，使用 Voltage-controlled Voltage Source (VCVS) 可仿真理想放大器，能夠有效地研究基本電路規(guī)格，而無(wú)需擔(dān)心詳細(xì)規(guī)格。

總結(jié)

本文介紹了如何使用 Voltage-controlled Voltage Source (VCVS) 仿真放大器。除了能仿真放大器之外，也有使用變量 S 的傳遞函數(shù) (Laplace 變換函數(shù)) 來(lái)定義的方法，我們將在之后的文章為大家進(jìn)一步講解。

審核編輯：湯梓紅