6. Օպամպերի սխեմաների նախագծում

ԸՆԹԱԻԿ - 6. Op-amp շղթաների նախագծում

Նախորդ `5: Համակցված տատանումների եւ ոչ- inverting մուտքագրման

NEXT- 7. Այլ op-amp ծրագրեր

Օպամփերի սխեմաների նախագծում

Երբ տրվում է op-amp համակարգի կազմաձեւումը, մենք կարող ենք վերլուծել այդ համակարգը ելքային արժեքի որոշման արդյունքը որոշելու համար: Մենք այս վերլուծությունը կատարում ենք ավելի վաղ քննարկված ընթացակարգով (այս գլխում):

Եթե ​​հիմա ցանկանում եք դիզայն մի շրջագիծ, որը միավորում է ինչպես անջատման, այնպես էլ ոչ ներխուժման միջոցները, խնդիրն ավելի բարդ է: Դիզայնի խնդիրներում տրվում է ցանկալի գծային հավասարումը, եւ op-amp- ն պետք է նախագծվի: Օպերացիոն ուժեղացուցիչ ամառի ցանկալի արդյունքը կարող է արտահայտվել որպես միջոցների գծային համակցություն,

(30)

որտեղ X₁, X₂ ...X_n որոնք ցանկալի ձեռքբերումներ են ոչ անկանխային ներդրումների եւ Y_a, Y_b ...Y_m իջեցված ներդրումների ցանկալի շահույթներն են: Հավասարակշռությունը (30) իրականացվում է Գծապատկերի միացումով (14):

Նկար 14- բազմակի մուտք ամառ

Այս միացումը մի փոքր փոփոխված տարբերակ է Գծապատկերի (13) (Inverting եւ ոչ inverting ներդրումներ).

Նկար 13- Վերականգնում եւ չվերադարձվող միջոցներ

Միակ փոփոխությունը, որ մենք արել ենք, ընդգրկել op-amp- ի եւ գետերի միջեւ դիմադրություն: Հողը կարող է դիտվել որպես համապատասխան ռեզիստորի միջոցով միացված զրոյական վոլտերի լրացուցիչ մուտք (R_y եւ ներխուժման միջոցների համար R_x ոչ անկանխիկ ներդրման համար): Այս դիմացկունների ավելացումը հնարավորություն է տալիս մեզ ճկունություն գտնել Հավասարության (30) սահմաններից դուրս ցանկացած պահանջներին համապատասխան: Օրինակ, մուտքային դիմադրությունները կարող են սահմանվել: Այս լրացուցիչ դիմացկունների կամ երկուսն էլ կարող են հեռացվել, թույլ տալով, որ իրենց արժեքները գնան անսահմանություն:

Նախորդ բաժնում հավասարեցում (29) ցույց է տալիս, որ ռեզիստորների արժեքները, R_a, R_b, ...R_m և R₁, R₂, ...R_n հակադարձ համամասնորեն համապատասխան մուտքի լարումների հետ կապված ցանկալի ձեռքբերումների հետ: Այլ կերպ ասած, եթե որոշակի մուտքային տերմինալում մեծ շահույթ է պահանջվում, ապա այդ տերմինալի դիմադրությունը փոքր է:

Երբ օպերացիոն ուժեղացուցիչի բաց հանգույցի շահույթը, G, մեծ է, ելքային լարումը կարող է գրվել գործառնական ուժեղացուցիչին առնչվող ռեզիստորների առումով, ինչպես հավասարումը (29): Հավասարակշռությունը (31) կրկնում է այս արտահայտությունը թեթեւ պարզեցմամբ եւ ռեզիստորների ավելացումով:

(31)

Մենք սահմանում ենք երկու համարժեք դիմադրություն հետեւյալ կերպ.

(32)

ԴԻՄՈՒՄ

Վերլուծեք հետևյալ միացումը ՝ օգտագործելով TINACloud ՝ V– ն որոշելու համար_դուրս մուտքային հոսանքի առումով, սեղմելով հղումը ստորեւ:

Multiple Input ամառային Circuit մոդելավորում TINACloud- ի կողմից

Multiple Input ամառային Circuit մոդելավորում TINACloud- ի կողմից

Մենք տեսնում ենք, որ ելքային լարումը գերիների գծային համադրություն է, որտեղ յուրաքանչյուր մուտքի բաժանում է իր համապատասխան դիմադրությունը եւ բազմապատկվում մեկ այլ դիմադրությամբ: Բազմապատկիչ դիմադրություն է R_F եւ այլն R_eq ոչ անկանխիկ միջոցների համար:

Այս խնդրի մեջ անհայտների թիվն է n + m +3 (այսինքն անհայտ դիմադրության արժեքները): Ուստի մենք պետք է զարգացնենք n + m +3 հավասարումներ, որպեսզի այդ անհայտները լուծեն: Մենք կարող ենք ձեւակերպել n + m այս հավասարումների հաշվարկով `տվյալ գործակիցները Հավասարում (30) համապատասխանեցմամբ: Այսինքն, մենք պարզապես զարգացնում ենք հավասարումների համակարգի (30), (31) եւ (32) հավասարումների համակարգը հետեւյալ կերպ.

(33)

Քանի որ մենք ունենք եւս երեք անհայտ, մենք ունենք ճկունություն `բավարարելու երեք ավելի խոչընդոտների: Տիպիկ լրացուցիչ խոչընդոտները ներառում են մուտքային դիմադրողականության նկատառումներ եւ ունենալու համարժեք արժեքներ ռեզիստորների համար (օրինակ, Դուք չեք ցանկանում օգտագործել ճշգրտության դիմադրություն R₁ հավասար է 10- ին^-4 ohms!):

Չնայած դիզայնի համար պահանջվում է իդեալական op-amps- ի օգտագործումը, մենք կօգտագործենք դիզայնի խոչընդոտ, որը կարեւոր է ոչ իդեալական op-amps- ի համար: Չվերադառնվող op-amp- ի համար, Thevenin- ի դիմադրությունը, որը ետ վերադարձնում է ներկառուցված մուտքագրումը, սովորաբար հավասարվում է այնինչին, որ նայում է ոչ անկանոն մուտքից: Նկարում նկարագրված կազմաձեւման համար (14), այս սահմանափակումը կարող է արտահայտվել հետեւյալ կերպ.

(34)

Վերջին հավասարությունը արդյունք է R_A հավասարումներից (32): Այս արդյունքը փոխարինելով Հավասարում (31), զիջում է խոչընդոտը,

(35)

(36)

Այս արդյունքը փոխարինելով հավասարման (33), բերում է պարզ շարք հավասարումների,

(37)

Հավասարակշռության (34) եւ Հավասարության (37) համադրությունները մեզ տալիս են անհրաժեշտ տեղեկություն, սխեման կազմելու համար: Մենք ընտրում ենք արժեք R_F եւ ապա լուծում է տարբեր մուտքային ռեժիմների օգտագործումը `Հավասարություն (37): Եթե ​​ռեզիստորների արժեքները գործնական չեն, մենք վերադառնում ենք եւ փոխում ենք feedback direc- ի արժեքը: Երբ մենք լուծում ենք դիմադրողականության ռեզիստորների համար, ապա օգտագործում ենք հավասարումը (34), որպեսզի դիմադրությունները հավասար լինեն երկու op-amp- ի մուտքից: Մենք ընտրում ենք արժեքներ R_x և R_y ստիպել այս հավասարությունը: Չնայած (34) և (37) հավասարումները պարունակում են էական տեղեկատվություն ձևավորման համար, կարևոր է հաշվի առնել, թե արդյոք ռեզիստորները պետք է ներառեն op-amp- ի մուտքերի և գրունտի միջև (R_x և R_y): Հիանալի լուծումը կարող է պահանջել բազմապատկել իմաստալից արժեքներ (այսինքն, դուք կարող եք լուծումը կատարել մեկ անգամ եւ առաջարկել բացասական դիմադրության արժեքներ): Այդ պատճառով մենք ներկայացնում ենք թվային ընթացակարգ, որը պարզեցնում է հաշվարկների քանակը^[1]

Հավասարում (34) կարող է վերագրանցվել հետեւյալ կերպ.

(38)

Մենք հավասարում ենք (37) հավասարման փոխարինումը (38)

(39)

Հիշեցնենք, որ մեր նպատակն է հասնել դիմադրության արժեքների առումով X_i և Y_j. Եկեք սահմանենք ամփոփման պայմանները հետեւյալն են.

(40)

Այնուհետեւ կարող ենք վերաձեւակերպել հավասարումը (39) հետեւյալը.

(41)

Սա մեր նախագծման ընթացակարգի մեկնարկային կետն է: Հիշեցնենք R_x և R_y համապատասխանաբար գետնի և ոչ ինվերտիվ և շրջադարձային մուտքերի միջև դիմադրողներն են: Հետադարձ կապի ռեզիստորը նշվում է R_F եւ նոր ժամկետ, Z, սահմանվում է որպես

(42)

Աղյուսակ (1) - Սուլման ուժեղացուցիչի դիզայն

Մենք կարող ենք վերացնել երկուստեք կամ երկուսն էլ, R_x և R_y, Գծապատկերի միացումից (14): Այսինքն, երկուստեք կամ երկուսն էլ կարող են սահմանվել անսահմանություն (այսինքն, բաց-օղակաձեւ): Սա տալիս է երեք նախագծային հնարավորություններ: Կախված ցանկալի բազմապատկող գործոններից, որոնք կապված են արտադրանքի մուտքագրման հետ, այդ գործերից մեկը կտա համապատասխան նախագծում: Արդյունքները ամփոփված են Աղյուսակում (1): 

Circuit- ի դիզայնը TINA- ի եւ TINACloud- ի հետ

TINA- ում եւ TINACloud- ում առկա են մի քանի գործիքներ `օպերացիոն ուժեղացուցիչի եւ միացման դիզայնի համար:

Օպտիմալացում

TINA- նՕպտիմալացման ռեժիմի անհայտ շղթայի պարամետրերը կարող են ինքնաբերաբար որոշվել, որպեսզի ցանցը կարողանա արտադրել նախորոշված ​​ելքային արժեք ՝ նվազագույն կամ առավելագույն: Օպտիմիզացումը օգտակար է ոչ միայն շղթայի նախագծման, այլ նաև ուսուցման մեջ `օրինակներ և խնդիրներ կառուցելու համար: Նշենք, որ այս գործիքը գործում է ոչ միայն իդեալական օպ-ամպերի և գծային շղթայի համար, այլ ցանկացած ոչ գծային շղթայի համար `իրական ոչ գծային և սարքերի այլ մոդելներով:

Նկատի առնենք ուժեղացուցիչ ուժեղացուցիչի միացում, իրական օպերատիվ ուժեղացուցիչ OPA350- ի հետ:

Այս միացման սխեմայի լռելյայն կարգավորմամբ միացումի ելքային լարումը 2.5 է

Դուք հեշտությամբ կարող եք ստուգել այն, սեղմելով DC կոճակը TINACloud- ում:

ԴԻՄՈՒՄ

Վերլուծեք հետևյալ միացումը ՝ օգտագործելով TINACloud առցանց շղթայի սիմուլյատորը ՝ V– ն որոշելու համար_դուրս մուտքային հոսանքի առումով, սեղմելով հղումը ստորեւ:

OPA350 Circuit մոդելավորում TINACloud- ի հետ

OPA350 Circuit մոդելավորում TINACloud- ի հետ

Եթե ​​պատրաստելու համար պատվիրել ենք, մենք պետք է ընտրենք թիրախ Out = 3V եւ միացման պարամետր, որը որոշվում է (Օպտիմիզացման օբյեկտ) Vref. Այս օբյեկտի համար մենք պետք է նաեւ սահմանենք տարածաշրջան, որն օգնում է որոնմանը, բայց նաեւ ներկայացնում է խոչընդոտները:

TINACloud- ում Optimation- ի թիրախը ընտրելու եւ սահմանելու համար սեղմեք Vout Voltage pin եւ դրեց օպտիմալացման նպատակակետը `այո

Հաջորդը կտտացրեք նույն կոճակը ... կոճակը եւ արժեքը 3- ին:

Լրացրեք պարամետրերը յուրաքանչյուր երկխոսությունում:

Այժմ ընտրենք և նախադրենք Vref օպտիմալացման օբյեկտը:

Սեղմեք Vref- ը, ապա նույն գծում կոճակը

Ընտրեք օպտիմիզացման օբյեկտը ցանկում գտնվող ցանկում եւ սահմանեք Օպտիմիզացում / օբյեկտի վանդակը:

Երկու երկխոսություններում էլ OK կոճակը:

Եթե ​​օպտիմալացման կարգավորումները հաջողությամբ իրականացվեին, ապա կտեսնեք >> նշանը Out- ում և << նշանը Vref- ում, ինչպես ցույց է տրված ստորև:

Այժմ ընտրել Վերլուծության ընտրացանկից Optimization- ը եւ սեղմեք RUN- ը Optimization- ի երկխոսության դաշտում:

Օպտիմիզացիան ավարտելուց հետո հայտնաբերված Vref, Օպտիմալ արժեքը կցուցադրվի DC Optimisation- ի երկխոսության մեջ

Դուք կարող եք ուսումնասիրել պարամետրերը եւ վարեք Օպտիմալացումն առցանց եւ ստուգեք Circuit Simulation- ի միջոցով, ստորեւ օգտագործելով հղումը:
Սկսեք Օպտիմալացում վերլուծության ցանկից, ապա սեղմեք DC կոճակը, որպեսզի տեսնեք արդյունքը Օպտիմիզացված միացման (3V)

Օնլայն օպտիմիզացում եւ Circuit մոդելավորում TINACloud- ի հետ

Նշենք, որ այս պահին TINACloud- ում ընդգրկված է միայն պարզ DC օպտիմալացում: Լրացուցիչ օպտիմիզացիայի հնարավորությունները ներառված են TINA- ի անցանց տարբերակում:

AC օպտիմիզացում

TINA- ի օֆլայն տարբերակը օգտագործելով, կարող եք օպտիմալացնել եւ վերափոխել AC էլեկտրական սխեմաները:

Բացեք MFB 2nd Order Chebyshev LPF.TSC ցածր անցման միացում, սկսած Օրինակներ \ Texas գործիքներ \ Filters_FilterPro թղթապանակը TINA, ստորեւ նշված:

Վազել AC վերլուծություն / AC փոխանցման բնութագիր:

Հետեւյալ դիագրամը կհայտնվի.

Ցանցը միասնություն ունի (0dB) եւ 1.45kHz կտրման հաճախականություն:

Այժմ եկեք վերափոխենք ռեժիմը `օգտագործելով AC Optimisation եւ սահմանել ցածր հաճախականության հասնել 6dB եւ Cutoff հաճախականությունը 900Hz:

Նշում որը սովորաբար փոփոխությունների համար կիրառելի օպտիմալացման գործիք է միայն փոփոխությունների համար: Ֆիլտրերի դեպքում դուք կարող եք օգտագործել բավականաչափ զտիչ նախագծման գործիք: Հետագայում մենք կզբաղվենք այդ թեմայով:

Այժմ օպտիմիզացիայի միջոցով շահույթը եւ Cutoff հաճախականությունը Optimisation թիրախ են:

Կտտացրեք «Ընտրեք օպտիմիզացման թիրախը» պատկերակին գործիքագոտում կամ վերլուծության ընտրացանկում «Ընտրեք օպտիմիզացման թիրախ»

Կուրսորը կփոխվի պատկերակին: . Սեղմեք Vout Voltage պտույտը նոր կուրսորը խորհրդանիշով:

Հետեւյալ երկխոսությունը կհայտնվի.

Կտտացրեք ԱԿ նպատակային գործառույթների կոճակները: Հետեւյալ երկխոսությունը կհայտնվի.

Ստուգեք Հանգիստ անցման վանդակը եւ սահմանեք Թիրախային կտրվածքի հաճախականությունը 900, Այժմ նշեք առավելագույն վանդակը և սահմանեք Թիրախը 6.

Հաջորդը ընտրեք այնպիսի պարամետրերը, որոնք ցանկանում եք փոխել `օպտիմալացման նպատակներին հասնելու համար:

Սեղմեք է   կամ վերլուծության ընտրացանկում ընտրեք Վերահսկիչ օբյեկտի գիծը:

Կուրսորը կփոխվի վերեւում գտնվող խորհրդանիշին: Սեղմեք այս CYNUMX կոնդենսատորը այս նոր կուրսորը: Հետեւյալ երկխոսությունը կհայտնվի.

Սեղմեք կոճակը: Հետեւյալ երկխոսությունը կհայտնվի.

Ծրագիրը ավտոմատ կերպով սահմանում է մի շարք (սահմանափակում), որտեղ Օպտիմալ արժեքը կփնտրվի: Վերջնակետը 20- ի համար, ինչպես ցույց է տրված վերը:

Այժմ կրկնեք նույն ընթացակարգը R2- ի համար: Սահմանեք Վերջի արժեքը 20k:

Optimization setup- ը ավարտելուց հետո, Վերլուծության ընտրացանկից ընտրեք Օպտիմիզացում / AC Optimization (փոխանցում):

Հետեւյալ երկխոսությունը կհայտնվի.

Ընդունեք կանխադրված ստանդարտները, սեղմելով OK:

Կարճ հաշվարկից հետո օպտիմալը հայտնաբերված է եւ փոխվում է բաղադրիչի պարամետրերը.

Ի վերջո ստուգեք արդյունքը, միացման սիմուլյացիան վազում է Run AC Analyze / AC Transfer բնութագիր:

Ինչպես ցույց տրված է դիագրամում թիրախային արժեքները (Gain 6db, Cut-off հաճախականությունը 900Hz) հասել են:

Օգտագործելով Circuit Designer գործիքը TINA- ում եւ TINACloud- ում

TINA- ի եւ TINAcloud- ի սխեմաների նախագծման մեթոդի մեկ այլ եղանակ օգտագործում է կառուցված Circuit Designer գործիքը, որը կոչվում է պարզապես Դիզայն գործիք:

Դիզայնի գործիքը աշխատում է ձեր միացման դիզայնի հավասարումների հետ `համոզվելու համար, որ նշված մուտքերը հանգեցնում են նշված ելքային արձագանքի: Գործիքը ձեզանից պահանջում է ներդրումների եւ արդյունքների հայտարարություն եւ բաղադրիչի արժեքների միջեւ հարաբերություններ: Գործիքը առաջարկում է ձեզ լուծման շարժիչ, որը կարող եք օգտագործել տարբեր սցենարների համար կրկնվող եւ ճշգրիտ լուծելու համար: Հաշվարկված բաղադրիչի արժեքները ավտոմատ կերպով սահմանվում են սխեմատիկ տեղում եւ կարող եք ստուգել արդյունքը մոդելավորման միջոցով:

Եկեք նախագծենք AC Circuit Designer- ի միջոցով միեւնույն սխեմայի AC ուժեղացում:

Բացեք միացումն TINACloud- ի Design Tool պանակից: Հետեւյալ էկրանը կհայտնվի:

Այժմ եկեք գործենք AC Analysis / AC Transfer բնութագիր:

Հետեւյալ դիագրամը կհայտնվի.

Այժմ եկեք վերափոխենք միացումը, որպեսզի ունենանք միավորումների ձեռքբերում (0dB)

Խնդրեք Redesign այս Circuit- ը Գործիքների ցանկից

Հետեւյալ երկխոսությունը կհայտնվի:

Հավաքեք հասույթը `1 (0 դբ) եւ սեղմեք« Run »կոճակը:

Հաշվարկված նոր բաղադրիչի արժեքները անմիջապես հայտնվում են սխեմատիկ խմբագրում, կարմիր գույնով կազմված:

Սեղմեք Ընդունել կոճակը:

Փոփոխությունները կավարտվեն: Գործարկել AC Analyzer / AC Transfer հատկությունները կրկին ստուգելու վերափոխված էլեկտրական ցանցը:

———————————————————————————————————————————————————————————————— —-

¹Այս տեխնիկան մշակվել է Կալիֆորնիայի պետական ​​համալսարանի Long Beach համալսարանից Ֆիլ Վրբանիչի կողմից եւ ներկայացվել IEEE Տարածաշրջանային VI մրցանակաբաշխության մրցույթին ներկայացված թղթի վրա:

Նախորդ `5: Համակցված տատանումների եւ ոչ- inverting մուտքագրման

NEXT- 7. Այլ op-amp ծրագրեր