Продолжаем осваивать NGSPICE вообще и ОУ в частности.
В инвертирующем усилителе входной сигнал подаётся на инвертирующий вход ОУ, туда же заведена ООС, при этом неинвертирующий вход заземлён. Отличительными особенностями данной схемы для идеального ОУ являются:
-
входное сопротивление эквивалентно величине резистора Rg
-
фаза сигнала на выходе сдвинута на 180° по отношению к входному
-
коэффициент усиления по напряжению
-Rf/Rg, т.е. может быть < 1 и соответственно диапазон шире чем у неинвертирующего -
В предположении, что разность напряжений между входами ОУ равна нулю, цепь обратной связи должна работать так, чтобы поддерживать потенциал инвертирующего входа также равным нулю. Этот потенциал иногда называют виртуальной землёй
В следующих схемах использовалась SPICE модель операционного усилителя LT1007:
~$ wget http://cds.linear.com/docs/en/software-and-simulation/LT1007CS.txt
схема инвертирующего усилителя | netlist | ngspice.js
ngspice 1 -> source inverting.net
ngspice 2 -> dc vin -10m 10m 20u
ngspice 3 -> plot v(out) ylimit -10 10
Коэффициент усиления схемы 365000/365 = 1000, т.е. при 10 мВ на входе на выходе будет 10 В.
При однополярном питании необходимо подать стабильное напряжение смещения - в простейшем случае это конденсатор C2, наличие которого повышает устойчивость системы от самовозбуждения при просадках напряжения в неидеальном источнике питания.
инвертирующий усилитель с однополярным питанием | netlist | ngspice.js
ngspice 1 -> source inverting-single.net
ngspice 2 -> tran 1u 0.5m
ngspice 3 -> plot v(out) v(in) v(vgnd)
Обратная связь обеспечивает коэффициент усиления 100k/50k = 2, напряжение смещение как обычно половина напряжения питания. В активном режиме напряжение в точке виртуальной земли равно напряжению смещения независимо от уровня входного сигнала. Фазы входного и выходного сигнала сдвинуты на 180°.
Коэффициент нелинейных искажений для ОУ усилителей очень низкий THD: 5.6773e-05 %, что является следствием сильной ООС.
ngspice 4 -> fourier 10k v(out)
Далее сумматоры напряжений на ОУ.