使用Voltage-controlled Voltage Source仿真放大器

在上篇《活學活用 LTspice 進行電路設計—用 Behavioral Voltage Sources 創(chuàng)建任意波形》中，我們向大家介紹了如何使用 Behavioral Voltage Sources (簡稱 BV)，本文將講解另一種電壓源— Voltage-controlled Voltage Source (簡稱 VCVS)。

VCVS 的功能

Voltage-controlled Voltage Source (VCVS) 具有 4 個端?。左側的 2 個端子為輸入端子 (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。接下來我們試著制作一個 “10倍的放大器”。首先，在 “Select Component Symbole” 對話框中選擇 “e”，并將其放在電路圖上。如下圖 (圖1) 所示：

圖1元件對話框中選擇“e”

接下來，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”。將光標懸停在組件 (E1) 處單擊鼠標右鍵，或在字母 “E” 上右鍵點擊以打開編輯器，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) 所示進行布線，添加 1kHz、100mVp-p 的正弦波形，并檢查輸出波形以確認操作。在 OUT 端子的波形被放大了 10倍，可以確認 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電路圖和模擬結果

VCVS 仿真理想運算放大器

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 “運算放大器” 進行簡單的比較。如下圖 (圖4) 所示，使用高精度運算放大器 IC “OP07” 仿真 10 倍的放大器 (非反相放大器)。同樣，Voltage-controlled Voltage Source (VCVS) 也使用電阻來仿真 10 倍的非反相放大器。

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

圖410倍非反相放大器的比較

由下圖 (圖5) 的模擬結果可以看出，由于輸入信號高于 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：藍色) 產(chǎn)生的信號按預期放大了 10 倍。

圖510倍非反相放大器的模擬結果

工程師們有時可能會困惑，在實際模擬中需要具體使用哪種設備模型。特別是在放大器電路的設計中，即使用具有代表性的運算放大器 IC，但其也有數(shù)千種不同類型。另外，現(xiàn)實中運算放大器的規(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，而無需擔心詳細規(guī)格。

總結

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)) 來定義的方法，我們將在之后的文章為大家進一步講解。

審核編輯：湯梓紅