用Voltage-controlled Voltage Source仿真放大器

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