p_spice_praesentation

CAD-Elektronik 1
PSpice
Martin Schade
WS 09/10
Problembeschreibung
Verstärker 1
Verstärker 2
Verstärker 3
Wird an einem Verstärker ein Signal eingespeist, wird es durch die anderen im
Ring weiterverstärkt, kommt wieder am Ursprungspunkt an und wird noch
weiter verstärkt.
Bei idealen Verstärkern würde das Signal also unendlich groß werden, in der
Realität kann es nicht größer werden, als die Betriebsspannung des Verstärkers.
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Schaltung 1
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DC-Simulation: -8V≤Ue≤+8V
Ua
Ue
-> nicht invertierender Eingang auf Masse
=> Invertierender Verstärker
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Schaltung 2
Einfügen eines Widerstandes zwischen Masse und dem nicht-invertierenden Eingang
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DC-Simulation: -8V≤Ue≤+8V
Ua für R4= 100MΩ (gelb), 1kΩ (pink), 1mΩ (türkis)
R4=1mΩ: Entspricht der vorherigen Schaltung
R4= 100MΩ: nicht-invertierender Verstärker
R4= 1kΩ: Verstärkung = 0
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Für die Verstärkung Ua/Ub=V(R4) ergibt sich damit:
•V(100MΩ) = 1
•V(1kΩ) = 0
•V(1mΩ) = -1
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Schaltung 3
Einspeisung über 1kΩ in den nicht-invertierenden Eingang
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DC-Simulation: -8V≤V4≤+8V
Ua rot, V4 grün
Die Verstärkung beträgt 1,
während die Verstärkung bei Einspeisung über Ue 0 beträgt.
(Bei gleichen Widerstandswerten)
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Schaltung 4
Hintereinanderschaltung von 3 Verstärkern
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Über die Quellen V4, V6, V8 wird nacheinander eingespeist.
Die Spannungen an den Punkten U1, U2, U3 werden betrachtet.
Einspeisung über V4
Am Punkt U1 liegt die halbe Eingangsspannung an.
Am Punkt U2 liegt ebenfalls die halbe Eingangsspannung an (im Arbeitsbereich des OPV).
Am Punkt U3 beträgt die Spannung nahezu 0.
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Über die Quellen V4, V6, V8 wird nacheinander eingespeist.
Die Spannungen an den Punkten U1, U2, U3 werden betrachtet.
Einspeisung über V6
Am Punkt U2 liegt die halbe Eingangsspannung an.
Am Punkt U3 liegt ebenfalls die halbe Eingangsspannung an (im Arbeitsbereich des OPV).
Am Punkt U1 beträgt die Spannung nahezu 0.
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Über die Quellen V4, V6, V8 wird nacheinander eingespeist.
Die Spannungen an den Punkten U1, U2, U3 werden betrachtet.
Einspeisung über V4
Am Punkt U3 liegt die halbe Eingangsspannung an.
Am Punkt U1 liegt ebenfalls die halbe Eingangsspannung an (im Arbeitsbereich des OPV).
Am Punkt U2 beträgt die Spannung nahezu 0.
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Wird über einen Eingang eingespeist, liegt am folgenden Eingang die gleiche Spannung an,
am darauffolgenden Eingang beträgt die Spannung 0.
Einspeisung über V4:
U1=U2=U(V4)/2, U3=0
Einspeisung über V6:
U2=U3=U(V6)/2, U1=0
Einspeisung über V8:
U3=U1=U(V8)/2, U2=0
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Schaltung 4
Hintereinanderschaltung von 3 Verstärkern mit AC-Quellen
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Es wird beispielhaft über die Quelle V19 eine Wechselspannung eingespeist.
Die Simulation über einen Frequenzbereich von 1Hz bis 100MHz zeigt, dass sich das
Signal an U3 erst ab etwa 50kHz merklich ändert.
Die -3dB-Grenze wird sogar erst bei etwa 510kHz erreicht.
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Es wird beispielhaft über die Quelle V19 eine Wechselspannung eingespeist.
Eine genauere Betrachtung der Spannung an U1 zeigt, dass die Isolation in
Rückwärtsrichtung (von U2 nach U1) ab etwa 3kHz kleiner wird.
Der Spitzenwert von 6,5mV bei 520kHz entspricht dabei immer noch einer Dämpfung
um etwa 38dB.
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Es wird beispielhaft über die Quelle V19 eine Wechselspannung eingespeist.
Bei einer Sinusförmigen Wechselspannung mit f=1kHz und einer Vpeak=1V zeigt
sich das gleiche Verhalten wie bei der Gleichspannungseinspeisung.
Das menschliche Gehör ist im Frequenzbereich von ca. 1kHz bis 5kHz am
empfindlichsten. Bei Audioanwendungen würden Störungen im hier Simulierten
Bereich daher besonders auffallen.
Die Schaltung eignet sich also sehr gut für Audioübertragung, da im hörbaren
Bereich (ca. 20Hz – 20kHz) keine Verzerrung oder Dämpfung auftritt.
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Problembeschreibung
Verstärker 1
Verstärker 2
Verstärker 3
Das wird an einem Verstärker ein Signal eingespeist, wird es durch die anderen
im Ring weiterverstärkt, kommt wieder am Ursprungspunkt an und wird noch
weiter verstärkt.
Bei idealen Verstärkern würde das Signal also unendlich groß werden, in der
Realität kann es nicht größer werden, als die Betriebsspannung des Verstärkers.
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Problemlösung mit der vorgestellten Schaltung
Verstärker 1
Verstärker 2
Verstärker 3
Das Signal wird über einen seperaten Eingang eingespeist. Es wird zwischen direkt
eingespeistem und weitergeleitetem Signal unterschieden.
Ein direkt eingespeistes Signal wird an den nächsten Verstärker weitergeleitet,
wo es ausgewertet und bei Bedarf wieder eingespeist werden kann.
Da empfangene Signale nicht direkt zum nächsten Verstärker geleitet werden,
kann das Signal nicht wieder beim ursprünglichen Sender ankommen.
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Problemlösung mit der vorgestellten Schaltung
Verstärker 1
Verstärker 2
Verstärker 3
Eigenschaften der Schaltung:
•Gut für den Audiobereich geeignet, da im hörbaren Spektrum keine
Verzerrungen oder Dämpfungen auftreten
•Weiterleitung der Signale wird sicher unterbunden (Dämpfung min. 38dB)
•Eventuell vorhandene hochfrequente Störungen werden ohne weitere
Maßnahmen unterdrückt.
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