6. Op-amp Devrelerinin Dizaynı
Cari - 6. Op-amp dövrələrinin dizaynı
ÖNCEKİ - 5. Qarışıq torna və qeyri-inverting giriş
Op-amp sxemlərinin dizaynı
Bir op-amp sisteminin konfiqurasiyası verildikdən sonra biz bunu edə bilərik təhlil etmək bu sistem çıxışları baxımından çıxışını təyin. Daha əvvəl müzakirə edilən proseduru (bu fəsildə) istifadə edərək, bu təhlili həyata keçiririk.
İndi istəyirsinizsə layihə hər iki inverting və qeyri-inverting giriş birləşdirən bir dövr, problem daha mürəkkəbdir. Dizayn problemində istənilən lineer tənlik verilir və op-amp dövrü dizayn edilməlidir. İstismar gücləndirici yay istənilən çıxış giriş daxil lineer birləşməsi kimi ifadə edilə bilər,
(30)
hara X1, X2 ...Xn qeyri-inverting girişlərində istənilən mənfəətdir və Ya, Yb ...Ym inverting girişlərində istənilən qazancdır. Denklem (30) Şəkil (14) dövrü ilə həyata keçirilir.
Şəkil 14- Birdən çox giriş yazı
Bu dövr (13) (Fig.Inverting və qeyri-inverting girişlər).
Şəkil 13- Inverting və qeyri-inverting girişləri
Yaptığımız tək dəyişiklik op-amp girişləri ilə torpaq arasında müqavimət göstərməkdir. Torpaq müvafiq rezistor vasitəsilə əlaqəli sıfır volt əlavə giriş kimi baxıla bilər (Ry inverting giriş və Rx qeyri-inverting giriş üçün). Bu müqavimətlərin əlavə olunması bizə Equation (30) -dan başqa hər hansı tələbləri yerinə yetirməkdə rahatlıq verir. Məsələn, giriş müqavimətləri müəyyən edilə bilər. Bu əlavə müqavimətlərin hər ikisi və ya hər ikisi dəyərlərini sonsuza çatdırmaqla çıxarıla bilər.
Əvvəlki bölmədən tənlik (29) göstərir ki, rezistorların, Ra, Rb, ...Rm və R1, R2, ...Rn müvafiq giriş gərginliyi ilə əlaqədar istənilən qazancla tərs mütənasibdir. Başqa sözlə, müəyyən bir giriş terminalində böyük bir gəlir istənirsə, o terminaldə olan müqavimət kiçikdir.
Əməliyyat gücləndiricisinin açıq loop qazancı olduqda, G, böyükdür, çıxış gərginliyi (29) Equation (31) kimi əməliyyat körpüsünə bağlı rezistorlar baxımından yazıla bilər. Denklem (XNUMX) bu ifadəni yüngül sadələşdirmə və rezistorların yerə əlavə edilməsi ilə təkrarlayır.
(31)
İki ekvivalent müqaviməti aşağıdakı kimi təyin edirik:
(32)
ƏRİZƏ
V-i təyin etmək üçün TINACloud istifadə edərək aşağıdakı dövrəni təhlil edinhəyata Aşağıdakı linki tıklayarak daxilolma gərginliyi baxımından.
TINACloud tərəfindən Birden çox Giriş Yay Circuit Simulation
TINACloud tərəfindən Birden çox Giriş Yay Circuit Simulation
Görürük ki, çıxış gərginliyi girişin xətti birləşməsidir və hər bir giriş onun müqavimətinə görə bölünür və başqa bir müqavimət ilə vurulur. Çarpan müqavimətdir RF daxilolmaların təyini və Req qeyri-inverting girişləri üçün.
Bu problemdə bilinməyənlər sayıdır n + m +3 (yəni naməlum müqavimət dəyərləri). Buna görə də inkişaf etdirməliyik n + m +Bu bilinməyənləri həll etmək üçün 3 tənlikləri. Formalaşdıra bilərik n + m Bu tənliklər verilən tənliklərə uyğun olaraq (30) uyğunlaşdırılır. Yəni, biz sadəcə tənliklərdən (30), (31) və (32) tənliklər sistemini aşağıdakı kimi inkişaf edirik:
(33)
Üç daha bilinməmiş olduğundan, biz üç daha çox məhdudiyyətləri təmin etmək üçün rahatlıq var. Tipik əlavə məhdudiyyətlər daxil müqavimət mülahizələri və rezistorlar üçün ağlabatan dəyərlərə malikdir (məsələn, Siz həssas bir rezistor üçün istifadə etmək istəməyəcəksiniz) R1 10-ə bərabərdir-4 ohms!).
Ideal op-ampləri istifadə etmək üçün dizayn tələb olunmasa da, qeyri-ideal op-amps üçün vacib olan bir dizayn məhdudiyyətini istifadə edəcəyik. Qeyri-inverting op-amp üçün, inverting girişindən geri baxan Thevenin müqaviməti, əksinə, qeyri-inverting girişindən geri baxılana bərabərdir. Şəkil (14) -də göstərilən konfiqurasiya üçün bu məhdudiyyət aşağıdakı kimi ifadə edilə bilər:
(34)
Son bərabərlik tərifindən gəlir RA Denklemden (32). Bu nəticə Denklemə (31) əvəzləşdirmək məhdudiyyət yaradır,
(35)
(36)
Bu nəticə Denklemə (33) əvəz edərkən sadə,
(37)
Equation (34) və Equation (37) birləşmələri bizə dövrün dizaynı üçün zəruri məlumatları verir. Biz bir dəyər seçirik RF və sonra tənlik (37) istifadə edərək müxtəlif giriş müqavimətçiləri həll edir. Rezistorların dəyərləri praktik bir sıra olmadıqda geri dönür və geribildirim müqavimətinin dəyərini dəyişdiririk. Giriş dirençlerini həll etdikdən sonra, biz iki op-amp girişindən bərabər görünən müqavimətlərin məcbur edilməsi üçün Equation (34) istifadə edəcəyik. Biz dəyərləri seçirik Rx və Ry bu bərabərliyi məcbur etmək. Denklemler (34) və (37) dizayn üçün vacib məlumatları ehtiva etsə də, op-amp girişləri ilə torpaq arasındakı müqavimətçilərin daxil olub edilməməsi vacib bir məsələdir (Rx və Ry). Çözüm, yinelemelerin anlamlı değerler elde etmesini gerektirebilir (yani çözümü tek seferde gerçekleştirebilir ve negatif direnç değerleri ile karşılaşabilirsiniz). Buna görə, hesablamaların məbləğini asanlaşdıran sayısal prosedur təqdim edirik[1]
Denklem (34) aşağıdakı kimi yenidən yazıla bilər:
(38)
Equation (37) tənliyi (38) əvəzləyirik,
(39)
Xatırladaq ki, hədəfimiz müqavimət dəyərlərinə görə həll etməkdir Xi və Yj. Summa şərtlərini aşağıdakı kimi müəyyən edək:
(40)
Sonra bərabərliyi (39) yenidən yaza bilərsiniz:
(41)
Bu, dizayn proseduru üçün başlanğıc nöqtəsidir. Xatırla Rx və Ry sırasıyla torpaq və çevrilməyən və çevrilməyən girişlər arasındakı müqavimətdir. Geribildirim müqaviməti göstərilir RF və yeni bir müddət, Z, olaraq təyin olunur
(42)
Cədvəl (1) -Summing Amplifier Design
Rezistorların ya hər ikisini, Rx və Ry, Şəkil dövründən (14). Yəni, bu müqavimətlərin hər ikisi və ya hər ikisi sonsuzluğa (yəni açıq dövrəyə) qoşula bilər. Bu üç dizayn imkanı verir. Çıxışa çıxışa aid olan çarpan amillərdən asılı olaraq, bu hallardan biri müvafiq dizaynı verəcəkdir. Nəticələr Cədvəl (1) ilə yekunlaşdırılır.
TINA və TINACloud ilə dövrə dizaynı
TINA və TINACloud-da əməliyyat alıcı və dövrə dizaynı üçün bir neçə vasitə var.
Optimallaşdırma
TINAOptimizasiya Modu bilinməyən dövrə parametrləri avtomatik olaraq təyin edilə bilər, beləliklə şəbəkə əvvəlcədən təyin olunmuş bir hədəf çıxış dəyəri, minimum və ya maksimum istehsal edə bilər. Optimizasiya yalnız dövrə dizaynında deyil, tədrisdə, nümunələr və problemlər qurmaqda faydalıdır. Qeyd edək ki, bu alət yalnız ideal op-amperlər və xətti dövrələr üçün deyil, real qeyri-xətti və digər cihaz modelləri olan hər hansı bir qeyri-xətti dövrə üçün işləyir.
Təcrübəli gücləndirici dövrəni real əməliyyat gücləndiricisi olan OPA350 ilə düşünün.
Bu dövrənin default qəbulu ilə dövrənin çıxış gərginliyi 2.5-dir
TINACloud-da DC düyməsinə basaraq bunu asanlıqla kontrol edə bilərsiniz.
ƏRİZƏ
V-i təyin etmək üçün TINACloud onlayn dövrə simulyatorundan istifadə edərək aşağıdakı dövrəni təhlil edinhəyata Aşağıdakı linki tıklayarak daxilolma gərginliyi baxımından.
TINACloud ilə OPA350 Circuit Simulation
TINACloud ilə OPA350 Circuit Simulation
Bunu hazırlamaq üçün biz Out = 3V hədəfini və təyin olunacaq circuit parametrini seçməliyik (Optimasiya obyekti) Vref. Bu obyekt üçün axtarışa kömək edən bir bölgəni müəyyənləşdirməli, həm də məhdudiyyətləri təmsil etməliyik.
TINACloud-da Optimizasiya hədəfini seçmək və təyin etmək üçün Vout Voltage pin düyməsinə basın və Optimizasiya hədəfini Yes
Daha sonra eyni xəttdə ... düyməsini basın və dəyəri 3 olaraq təyin edin.
Ayarları başa çatdırmaq üçün hər bir informasiya qutusunda OK düyməsini basın.
İndi Vref Optimizasiya Nesnəsini seçib təyin edək.
Eyni xəttdə Vref ... düyməsini basın
Optimallaşdırma obyektini yuxarıdakı siyahıda seçin və Optimizasiya / Nesne onay kutusunu seçin.
Hər iki informasiya qutusunda OK düyməsini basın.
Optimizasiya parametrləri müvəffəq olsaydı, aşağıda göstərildiyi kimi Çıxışda >> və Vref-də << İşarəni görəcəksiniz.
İndi Analiz menyusundan Optimallaşdırma seçin və Optimizasiya informasiya qutusuna RUN düyməsini basın.
Optimallaşdırma tamamlandıqdan sonra tapılan Vref, Optimum Value, DC Optimization dialoqunda göstərilir
Ayarları öyrənə və İnternetdə optimallaşdırma aparmaq və aşağıdakı linki istifadə edərək Circuit Simulation ilə yoxlaya bilərsiniz.
Analiz menyusundan Optimallaşdırma işləyin və DC düyməsini basın, nəticə Optimize edilmiş dövrə (3V)
TINACloud ilə Online Optimizasiya və Circuit Simulation
Qeyd edək ki, hazırda TINACloud-da yalnız sadə DC optimallaşdırma daxildir. Daha çox optimizasiya xüsusiyyətləri TINA-nın offline versiyasına daxil edilir.
AC Optimizasyonu
TINA'nın çevrimdışı versiyasını istifadə edərək, AC dövrələrinin də optimallaşdırılması və yenidən qurulması mümkündür.
MFB 2nd Sifarişini Chebyshev LPF.TSC aşağı keçiş dövrəsini açın TINA-nın nümunələri \ Texas Instruments \ Filters_FilterPro qovluğuaşağıda göstərilir.
AC Analizi / AC Transfer xarakteristikasını çalıştırın.
Aşağıdakı diaqram görünür:
Dövr birliyi (0dB) qazanmaq və 1.45kHz kəsmə tezliyinə malikdir.
İndi AC Optimization və dövrəni yenidən hazırlayaq aşağı tezlikli 6dB və Cutoff frekansını 900Hz-ə qədər təyin edin.
Qeyd yalnız normal dəyişikliklər üçün tətbiq olunan optimallaşdırma aləti. Süzgəclər halında bir filtr dizayn vasitəsini istifadə edə bilərsiniz. Daha sonra bu mövzu ilə məşğul olacağıq.
İndi optimallaşdırma ilə qazanmaq və kəsmə tezliyi Optimallaşdırma hədəfləridir.
Alətlər panelində və ya Analiz menyusunda “Optimizasiya Hədəfini Seç” simgesini vurun.
Kursor simvol dəyişəcək: 
. Yeni kursor simvolu ilə Vout Voltage pinini basın.
Aşağıdakı dialoq görünür:
AC Goal funksiyaları düymələrini basın. Aşağıdakı dialoq görünür:
Düşük keçid qutusunu yoxlayın və Hədəf kəsmə tezliyini təyin edin 900. İndi Maksimum onay qutusunu yoxlayın və Hədəfi seçin 6.
Daha sonra optimallaşdırma hədəflərinə çatmaq üçün dəyişdirmək istədiyiniz dövrə parametrlərini seçin.
Basın 
simvol və ya Analiz menyusunda Nəzarət Nöqtəsi seçin.
Kursor, yuxarıda göstərilən simvolu dəyişəcək. Bu yeni kursor ilə C1 konnektorunu basın. Aşağıdakı dialoq görünür:
Seçmə düyməsini basın. Aşağıdakı dialoq görünür:
Proqram avtomatik olaraq Optimum dəyəri aranacağı bir sıra (məhdudiyyət) təyin edir. 20n-ə yuxarı göstərildiyi kimi yekun dəyəri.
İndi eyni proseduru R2 üçün təkrarlayın. Son dəyərini 20 k olaraq təyin edin.
Optimizasyon quraşdırma işini bitirdikdən sonra, Analiz menyusundan Optimizasiya / AC Optimallaşdırma (Transfer) seçin.
Aşağıdakı dialoq görünür:
Tamam düyməsini basaraq standart parametrləri qəbul edin.
Qısa bir hesablamadan sonra optimum aşkar edilir və dəyişən komponent parametrləri görünür:
Nəhayət, AC analizi / AC Transfer xüsusiyyətini işlədən circuit simulyasiya ilə nəticəni yoxlayın.
Diaqramda göstərildiyi kimi, hədəf dəyərləri (Gain 6db, Kesintili tezlik 900Hz) əldə edilmişdir.
Tina və TINACloud-da Circuit Designer Tool istifadə
Tina və TINAcloud-da sxemlərin dizayn metodunun başqa bir üsulu, sadəcə Design Tool adlanan Circuit Designer vasitəsini istifadə edir.
Design Tool, müəyyən girişlərin müəyyən çıxış cavabı ilə nəticələnməsini təmin etmək üçün dövrə dair dizayn tənliklərinizlə işləyir. Vasitə sizə giriş və çıxışların və komponent dəyərləri arasındakı əlaqələrin ifadəsini tələb edir. Alət siz müxtəlif ssenarilər üçün təkrarlanan və dəqiq həll etmək üçün istifadə edə biləcəyiniz bir həll mühərriki təklif edir. Hesablanmış komponent dəyərləri sxematik olaraq avtomatik olaraq yerləşdirilir və nəticəni simulyasiya ilə yoxlaya bilərsiniz.
Circuit Designer vasitəsi ilə eyni dövrənin AC gücləndirilməsini layihələndirək.
Devreyi TINACloud'un Design Tool qovluğundan açın. Aşağıdakı ekran görünür.
İndi AC Analiz / AC Transfer xüsusiyyətinə baxaq.
Aşağıdakı diaqram görünür:
İndi birliyi qazanmaq üçün dövrəni yenidən hazırlayaq (0dB)
Bu Devreyi Tools menyusundan Redesign'i çağırın
Aşağıdakı dialoq görünür.
1 (0 dB) səviyyəsinə qalxın və Run düyməsini basın.
Hesablanmış yeni komponent dəyərləri dərhal qırmızı rənglə çəkilmiş sxematik redaktora görünəcək.
Qəbul düyməsini basın.
Dəyişikliklər yekunlaşacaq. Yenidən işlənmiş dövrəni yoxlamaq üçün yenidən AC Analizi / AC Transfer xüsusiyyətlərini işə salın.
——————————————————————————————————————————————————— —-
1Bu texnika Kaliforniya Dövlət Universitetinin Long Beach şəhərində təhsil alan Phil Vrbancic tərəfindən hazırlanmış və IEEE Region VI Mükafatı Kağız müsabiqəsinə təqdim olunmuş bir sənəddə təqdim edilmişdir.