使用Voltage-controlled Voltage Source仿真放大器

在上篇《活学活用 LTspice 进行电路设计 — 用 Behavioral Voltage Sources 创建任意波形》中，我们向大家介绍了如何使用 Behavioral Voltage Sources (简称 BV)，本文将讲解另一种电压源 — Voltage-controlled Voltage Source (简称 VCVS)。

VCVS 的功能

Voltage-controlled Voltage Source (VCVS) 具有 4 个端⼦。左侧的 2 个端子为输入端子 (控制端子)，可输出与输入电压差成比例的电压。因此，如果比例常数大于 1，可视为放大器；如果小于 1，可视为衰减器。接下来我们试着制作一个 “10倍的放大器”。首先，在 “Select Component Symbole” 对话框中选择 “e”，并将其放在电路图上。如下图 (图1) 所示：

图1 元件对话框中选择“e”

接下来，在 “E” 的地方填写比例常数。由于要仿真 10 倍放大器，所以改为 “10”。 将光标悬停在组件 (E1) 处单击鼠标右键，或在字母 “E” 上右键点击以打开编辑器，在 “Value” 处输入值。如下图 (图2) 所示：

图2 在“value”输入任意值

如下图 (图3) 所示进行布线，添加 1kHz、100mVp-p 的正弦波形，并检查输出波形以确认操作。在 OUT 端子的波形被放大了 10倍，可以确认 1Vp-p 的振幅波形。像这样，用这种方式可以很容易仿真放大器。

图3 电路图和模拟结果

VCVS 仿真理想运算放大器

上文提及 Voltage-controlled Voltage Source (VCVS) 可以仿真放大器，以下与放大器的代表性 IC “运算放大器” 进行简单的比较。如下图 (图4) 所示，使用高精度运算放大器 IC “OP07” 仿真 10 倍的放大器 (非反相放大器)。同样，Voltage-controlled Voltage Source (VCVS) 也使用电阻来仿真 10 倍的非反相放大器。

Voltage-controlled Voltage Source (VCVS) 的增益设置为非常大的值 1T (10 的 12 次方)。OP07 的频带宽度 (BW) 为 0.6MHz，而运算放大器的频率并不是无限大的，故大于 BW 的信号不能发挥放大器的作用，需要实操确认这一点。

图4 10倍非反相放大器的比较

由下图 (图5) 的模拟结果可以看出，由于输入信号高于 10MHz 和 BW，OP07 的输出 (OUT2：绿色) 被衰减到几乎为 0V，且用 Voltage-controlled Voltage Sourc (VCVS) 仿真的放大器 (OUT1：蓝色) 产生的信号按预期放大了 10 倍。

图5 10倍非反相放大器的模拟结果

工程师们有时可能会困惑，在实际模拟中需要具体使用哪种设备模型。特别是在放大器电路的设计中，即使用具有代表性的运算放大器 IC，但其也有数千种不同类型。另外，现实中运算放大器的规格并不理想，存在开环增益、频率、输入 / 输出阻抗等限制，以及噪声和温度的影响。在这种情况下，使用 Voltage-controlled Voltage Source (VCVS) 可仿真理想放大器，能够有效地研究基本电路规格，而无需担心详细规格。

总结

本文介绍了如何使用 Voltage-controlled Voltage Source (VCVS) 仿真放大器。除了能仿真放大器之外，也有使用变量 S 的传递函数 (Laplace 变换函数) 来定义的方法，我们将在之后的文章为大家进一步讲解。

审核编辑：汤梓红