ოპპრესი-მიკროსქემები-თინა და ტიინკლოდის რესურსების დიზაინი

ოპ- AMP- ს სქემების დიზაინი

მას შემდეგ, რაც კონფიგურაციის op-amp სისტემა მოცემულია, ჩვენ შეგვიძლია ანალიზი რომ სისტემა, რათა დადგინდეს გამომავალი თვალსაზრისით შეყვანის. ჩვენ ვასწავლით ამ ანალიზს ადრე განხილულ პროცედურაზე (ამ თავში).

თუ ახლა გსურთ დიზაინი წრე, რომელიც აერთიანებს ორივე ინვერსიულ და არავერვერული შეყვანის, პრობლემა უფრო რთულია. დიზაინის პრობლემაში, სასურველია წრფივი განტოლება არის მოცემული და ოპ- amp circuit უნდა იყოს შემუშავებული. საოპერაციო გამაძლიერებელი ზაფხულის სასურველი შედეგი შეიძლება გამოიხატოს შეყვანის ხაზოვანი კომბინაციით,

(30)

სადაც X₁, X₂ ...X_n სასურველი მიღწევები არა ინვერტორული საშუალებებით Y_a, Y_b ...Y_m სასურველი მიღწევები ინვერტორული შეყვანის დროს. განტოლება (30) ხორციელდება სქემის სქემა (14).

იდეალური საოპერაციო გამაძლიერებელი, ოპ-AMP სქემების დიზაინი

ფიგურა 14- მრავალჯერადი შეყვანის ზაფხული

ეს სქემა არის მორგებული სქემის ოდნავ მოდიფიცირებული ვერსია (13) (ინვერსიისა და ინვერსიის შეყვანა).

იდეალური საოპერაციო გამაძლიერებელი, საოპერაციო გამაძლიერებელი

ფიგურა 13- ინვერტორული და ინვერსიული შეყვანა

ერთადერთი ცვლილება, რომელსაც ჩვენ შევქმენით, მოიცავს რეზისტენტებს შორის opp amp საშუალებებისა და ადგილზე. მიწა შეიძლება განიხილებოდეს როგორც ნულოვანი ვოლტის დამატებითი შეყვანა,R_y ინვერტორული შეყვანისთვის R_x არა ინვერსიული შეყვანისთვის). ამ რეზისტორების დამატებით გვაძლევს მოქნილობას ნებისმიერი მოთხოვნების დაკმაყოფილებისას, ვიდრე განტოლება (30). მაგალითად, შეყვანის თავიდან ასაცილებლად შეიძლება შეიცვალოს. ან ორივე ამ დამატებითი რეზისტორების შეიძლება ამოღებულ მიერ გაქირავების მათი ღირებულებების წასვლა infinity.

განტოლება (29) წინა სექციიდან გვიჩვენებს, რომ რეზისტორების ღირებულებები, R_a, R_b, ...R_m მდე R₁, R₂, ...R_n რომლებიც შეესაბამება შესაბამის შეყვანის ძაბვასთან დაკავშირებულ სასურველ მიღწევებს პროპორციულად. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, თუ დიდი მოგება სასურველია კონკრეტული შეყვანის ტერმინალისთვის, მაშინ ამ ტერმინალში წინააღმდეგობა მცირეა.

როდესაც საოპერაციო გამაძლიერებელი ღია მარყუჟის მომატება, G, დიდია, გამომავალი ძაბვის შეიძლება დაწესდეს რეზისტორების ჩართული ოპერატიული გამაძლიერებელი, როგორც განტოლება (29). განტოლება (31) იმეორებს ამ გამოხატვას უმნიშვნელო გამარტივებასა და რეზისტენტებთან ერთად.

(31)

ჩვენ განვსაზღვროთ ორი ეკვივალენტური წინააღმდეგობა შემდეგი სახით:

(32)

განაცხადის

გააანალიზეთ შემდეგი სქემა TINACloud– ის გამოყენებით V– ს დასადგენად_{გარეთ} შეყვანის ძაბვის თვალსაზრისით ქვემოთ მოყვანილი ბმულზე დაჭერით.

Multiple შეყვანის საზაფხულო Circuit სიმულაციური მიერ TINACloud

Multiple შეყვანის საზაფხულო Circuit სიმულაციური მიერ TINACloud

ჩვენ ვხედავთ, რომ გამომავალი ძაბვა არის წრფივი კომბინაციის შეყვანა, სადაც თითოეული შეყვანა გაყოფილია მის წინააღმდეგობაში და გამრავლებულია სხვა წინააღმდეგობით. გამრავლების გამძლეობაა R_F ინვერსიის შეყვანისთვის R_eq არასამთავრობო ინვერსიული საშუალებებით.

ამ პრობლემის უცნობი რიცხვი n + m +3 (ანუ უცნობი resistor ღირებულებები). ამიტომ ჩვენ უნდა განვავითაროთ n + m +3 განტოლებები, რათა გაირკვეს ამ უცნობი. შეგვიძლია ჩამოყალიბდეს n + მ ამ კომპონენტების მიხედვით ამ კოეფიციენტების შესატყვისი განტოლებაში (30). ანუ ჩვენ უბრალოდ განვავითარებთ განტოლებების სისტემას განტოლებებიდან (30), (31) და (32) შემდეგნაირად:

(33)

მას შემდეგ, რაც ჩვენ კიდევ სამი უცნობი გვაქვს, გვაქვს მოქნილობა კიდევ სამი შეზღუდვის დასაკმაყოფილებლად. ტიპიური დამატებითი შეზღუდვები მოიცავს შეყვანის წინააღმდეგობის მოსაზრებებს და რეზისტორების გონივრულ ღირებულებებს (მაგ., არ გსურთ გამოიყენოთ სიზუსტე რეზისტორი R₁ ტოლია 10^-4 ohms!).

მიუხედავად იმისა, რომ არ არის საჭირო დიზაინის იდეალური ოპ- amps, ჩვენ გამოვიყენებთ დიზაინი შეზღუდვა, რომელიც მნიშვნელოვანია არასამთავრობო იდეალური op-amps. Inverting საწინააღმდეგო amp, Thevenin წინააღმდეგობის ეძებს უკან ინვერსიული შეყვანის ჩვეულებრივ გააკეთა ტოლი რომ ეძებს უკან არასამთავრობო inverting შეყვანის. ნახაზში ნაჩვენები კონფიგურაციისთვის (14), ეს შეზღუდვა შეიძლება გამოიყოს შემდეგნაირად:

(34)

ბოლო თანასწორობა განსაზღვრავს განმარტებას R_A განტოლებადან (32). ამ შედეგის გამოყოფა განტოლებაში (31) იძლევა შეზღუდვას,

(35)

(36)

განტოლების ამ კომპონენტის შესაცვლელად (33) იძლევა მარტივი განტოლების განტოლებას,

(37)

განტოლების კომბინაცია (34) და განტოლება (37) მოგვყავს აუცილებელი ინფორმაცია, რათა შეიმუშავოთ წრიული. ჩვენ აირჩიეთ ღირებულება R_F და შემდეგ გადაწყვიტოს სხვადასხვა შეყვანის რეზისტორების გამოყენებით განტოლება (37). თუ რეზისტორების ღირებულებები არ არის პრაქტიკული დიაპაზონი, ჩვენ დავუბრუნდებით და შეცვალეთ კავშირი რესოსტორის ღირებულება. მას შემდეგ, რაც ჩვენ შეგვიძლია გამოვიყენოთ შეყვანის რეზისტენტებისთვის, ჩვენ ვიყენებთ განტოლებას (34), რათა წინააღმდეგობა გაუწიოს წინააღმდეგობებს ორ ოპპლერის შეყვანისგან. ჩვენ ვირჩევთ ღირებულებებს R_x მდე R_y აიძულოს ეს თანასწორობა. მიუხედავად იმისა, რომ (34) და (37) განტოლებები შეიცავს მნიშვნელოვან ინფორმაციას დიზაინისთვის, ერთი მნიშვნელოვანი განხილვა არის თუ არა რეზისტორების ჩართვა op-amp შესასვლელებსა და მიწას შორის (R_x მდე R_y). გამოსავალმა შეიძლება მოითხოვოს ისტერიები, რომ მიიღოთ მნიშვნელოვანი ღირებულებები (ანუ თქვენ შეგიძლიათ შეასრულოთ გამოსავალი ერთდროულად და გამოვიდეს უარყოფითი წინააღმდეგობის ღირებულებით). ამ მიზეზით, ჩვენ წარმოვადგენთ რიცხვითი პროცედურას, რაც ამარტივებს გაანგარიშების რაოდენობას^[1]

განტოლება (34) შეიძლება გადანაწილდეს შემდეგნაირად:

(38)

განტოლების განტოლება (37) განტოლებაში (38) მივიღებთ,

(39)

შეგახსენებთ, რომ ჩვენი მიზანია გადაჭრის რეზისტორების ღირებულებების თვალსაზრისით X_i მდე Y_j_.მოდით განვსაზღვროთ შეჯამების პირობები:

(40)

ჩვენ შეგვიძლია შემდეგ განვათავსოთ განტოლება (39) შემდეგნაირად:

(41)

ეს არის ჩვენი დიზაინის პროცედურის საწყისი წერტილი. გავიხსენოთ ეს R_x მდე R_y შესაბამისად, არის რეზისტორები მიწის და არა ინვერსიულ და ინვერსიულ შენატანებს შორის. უკუკავშირის რეზისტორი აღინიშნება R_F და ახალი ტერმინი, Z, განისაზღვრება

(42)

მაგიდა (1) - გამაძლიერებელი გამაძლიერებელი დიზაინი

ჩვენ შეგვიძლია აღმოფხვრას ან ორივე რეზისტორების, R_x მდე R_y, სქემის სქემადან (14). ანუ, ან ორივე ამ რეზისტენტებს შეიძლება განუსაზღვრონ უსასრულობა (ე.ი. ღია წრიული). ეს ქმნის სამი დიზაინის შესაძლებლობებს. დამოკიდებულია სასურველი გამრავლების ფაქტორების შესახებ, რომლებიც დაკავშირებულია შეყვანის შესატანად, ერთ-ერთი ასეთი შემთხვევა გამოიმუშავებს შესაბამის დიზაინს. შედეგები შეჯამებულია ცხრილში (1).

წრიული დიზაინი TINA და TINACloud- თან ერთად

არსებობს რამდენიმე ინსტრუმენტები TINA და TINACloud ოპერაციული გამაძლიერებელი და მიკროსქემის დიზაინი.

ოპტიმიზაცია

TINAოპტიმიზაციის რეჟიმის უცნობი სქემის პარამეტრების ავტომატურად განსაზღვრა შესაძლებელია ისე, რომ ქსელმა შეძლოს განსაზღვრული სამიზნე გამომავალი მნიშვნელობის, მინიმალური ან მაქსიმუმის წარმოება. ოპტიმიზაცია სასარგებლოა არა მხოლოდ წრიული დიზაინის, არამედ სწავლების პროცესში, მაგალითების და პრობლემების შესადგენად. გაითვალისწინეთ, რომ ეს ინსტრუმენტი მუშაობს არა მხოლოდ იდეალურ ოპ-ამპერებსა და წრფივ წრეზე, არამედ ნებისმიერ არაწრფივ წრეზე რეალური არაწრფივი და მოწყობილობის სხვა მოდელებისთვის.

განვიხილოთ inverting amplifier circuit რეალური საოპერაციო გამაძლიერებელი OPA350.

ამ ჩართულობის ნაგულისხმევ პარამეტრში ჩართვა ჩართულია წრეში 2.5

თქვენ შეგიძლიათ მარტივად შეამოწმოთ ეს ღილაკი TINACloud- ში DC ღილაკზე დაჭერით.

განაცხადის

გააანალიზეთ შემდეგი სქემა TINACloud ონლაინ სქემის სიმულატორის გამოყენებით V– ს დასადგენად_{გარეთ} შეყვანის ძაბვის თვალსაზრისით ქვემოთ მოყვანილი ბმულზე დაჭერით.

OPA350 Circuit სიმულაცია TINACloud- თან

OPA350 Circuit სიმულაცია TINACloud- თან

ახლა ვივარაუდოთ, რომ ჩვენ გვინდა, რომ ამ ძაბვის დაყენება სქემატური დიზაინის Vref ძაბვის შეცვლით.

თუ მოამზადებენ ამ მიზნით, ჩვენ უნდა შეარჩიოთ სამიზნე Out = 3V და წრედის პარამეტრი განისაზღვროს (ოპტიმიზაცია ობიექტი) Vref. ამ ობიექტისთვისაც უნდა განვსაზღვროთ რეგიონი, რომელიც ეხმარება ძიებას, არამედ წარმოადგენს შეზღუდვებს.

ოპტიმიზაციის მიზნის შესარჩევად და დასაყენებლად TINACloud დააჭირეთ Vout Voltage pin და დააყენეთ Optimization Target to დიახ

შემდეგი დაჭერით ... ღილაკს იმავე ხაზში და დააყენეთ ღირებულება 3.

დააჭირეთ ღილაკს OK თითოეულ დიალოგში, რათა დასრულდეს პარამეტრები.

ახლა მოდით ავირჩიოთ და დავაყენოთ Vref ოპტიმიზაციის ობიექტი.

დააჭირეთ Vref შემდეგ ... ღილაკს იმავე ხაზში

აირჩიეთ ოპტიმიზაციის ობიექტი სიის სიაში და დააყენეთ ოპტიმიზაცია / ობიექტის შემოწმება.

პრეს OK ორივე დიალოგი.

თუ ოპტიმიზაციის პარამეტრები წარმატებით დასრულდა, თქვენ იხილავთ >> ნიშანს Out- ში და << ნიშანს Vref- ზე, როგორც ეს ნაჩვენებია ქვემოთ.

ახლა აირჩიეთ ოპტიმიზაცია ანალიზის მენიუდან და დააჭირეთ ღილაკს RUN ოპტიმიზაციის დიალოგურ ფანჯარაში.

ოპტიმიზაციის დასრულების შემდეგ აღმოჩენილი Vref, ოპტიმალური ღირებულება, ნაჩვენები იქნება DC ოპტიმიზაციის დიალოგში

შეგიძლიათ შეისწავლოთ პარამეტრები და აწარმოოთ ოპტიმიზაციის ონლაინ და შეამოწმოთ Circuit სიმულაციური გამოყენებით ბმულს.
გაუშვით ოპტიმიზაცია ანალიზის მენიუდან და დააჭირეთ ღილაკს DC ღილაკზე ისე, რომ იხილოთ შედეგი ოპტიმიზირებული წრიდან (3V)

Online Optimization და Circuit სიმულაციური ერთად TINACloud

გაითვალისწინეთ, რომ ამ დროს TINACloud მხოლოდ მარტივი DC ოპტიმიზაცია შედის. მეტი ოპტიმიზაციის მახასიათებლები შედის TINA- ს ფორუმზე.

AC ოპტიმიზაცია

TINA- ს ხაზგარეშე ვერსია შეგიძლიათ გამოიყენოთ AC სქემების ოპტიმიზაცია და რედიზაინი.

გახსენით MFB 2- ის შეკვეთა Chebyshev LPF.TSC დაბალი პასი circuit, მაგალითები \ Texas Instruments \ Filters_FilterPro საქაღალდე TINA, ნაჩვენებია ქვემოთ.

AC ანალიზი / AC გადაცემის მახასიათებლები.

შემდეგი დიაგრამა გამოჩნდება:

წრე აქვს ერთიანობა (0dB) მოგება და 1.45kHz Cutoff სიხშირე.

ახლა მოდით გადამისამართება ჩართვა AC ოპტიმიზაციის გამოყენებით მითითებული დაბალი სიხშირის მიღწევა 6dB და Cutoff სიხშირე, რომ 900Hz.

შენიშვნა რომ ჩვეულებრივ ოპტიმიზაციის ინსტრუმენტი გამოიყენება ცვლილებების მხოლოდ. ფილტრების შემთხვევაში შეგიძლიათ გამოიყენოთ ფილტრის დიზაინის ინსტრუმენტი. მოგვიანებით ამ თემას გავუმკლავდებით.

ახლა ოპტიმიზაციის გამოყენებით ოპტიმიზაცია და ოპტიმიზაციის სიხშირე არის ოპტიმიზაცია.

დააჭირეთ "აირჩიეთ ოპტიმიზაციის სამიზნე" ხატულას პანელზე ან ანალიზის მენიუში "აირჩიეთ ოპტიმიზაციის სამიზნე"

კურსორი შეიცვლება ხატულად: . დაწკაპეთ Vout ძაბვის pin ახალი კურსორი სიმბოლო.

შემდეგი დიალოგი გამოჩნდება:

დაწკაპეთ AC მიზანი ფუნქციები ღილაკები. შემდეგი დიალოგი გამოჩნდება:

შეამოწმეთ დაბალი უღელტეხილის ჩამრთველი და დააყენეთ სამიზნე გამორთვის სიხშირე 900. ახლა შეამოწმეთ მაქსიმალური ველი და დააყენეთ სამიზნე 6.

შემდეგი აირჩიეთ წრიული პარამეტრები, რომელთა შეცვლა გსურთ ოპტიმიზაციის მიზნების მისაღწევად.

დააჭირეთ სიმბოლო ან ანალიზის მენიუში აირჩიეთ საკონტროლო ობიექტის ხაზი.

კურსორი შეიცვლება ზემოთ სიმბოლოზე. დააჭირეთ C1 capacitor ამ ახალ კურსორს. შემდეგი დიალოგი გამოჩნდება:

დააჭირეთ ღილაკს აირჩიეთ ღილაკი. შემდეგი დიალოგი გამოჩნდება:

პროგრამა ავტომატურად ადგენს დიაპაზონს (შეზღუდვა), სადაც ოპტიმალური ღირებულება იქნება ჩხრეკა. ბოლო მაჩვენებელი 20n- ის ბოლო მნიშვნელობას.

ახლა გაიმეორეთ იგივე პროცედურა R2– სთვის. ბოლო მნიშვნელობის დაყენება 20 კ.

ოპტიმიზაციის დამონტაჟების დასრულების შემდეგ აირჩიეთ მენიუდან Optimization / AC ოპტიმიზაცია (ტრანსფერი).

შემდეგი დიალოგი გამოჩნდება:

მიღება default პარამეტრები OK დაჭერით.

მოკლე გაანგარიშების შემდეგ ოპტიმალურია ნაპოვნი და შეიცვალა კომპონენტის პარამეტრები:

საბოლოო ჯამში შეამოწმეთ შედეგი წრიული სიმულაციური გაშვებული Run AC ანალიზი / AC გადაცემის დამახასიათებელი.

დიაგრამაზე ნაჩვენებია როგორც სამიზნე ღირებულებები (Gain 6db, Cut-off სიხშირე 900Hz) მიღწეულია.

გამოყენებით Circuit დიზაინერი Tool in TINA და TINACloud

TINA და TINAcloud- ის სქემების შემუშავების მეთოდის კიდევ ერთი მეთოდი იყენებს ჩამოსხმის დიზაინერ ინსტრუმენტს, რომელსაც უბრალოდ Design Tool უწოდა.

დიზაინის ხელსაწყო მუშაობს თქვენი წრიდის დიზაინის განტოლებებთან, რათა უზრუნველყოს, რომ მოცემული შეყვანა გამოიწვიოს გამომავალი გამოხმაურების რეაგირებაში. ინსტრუმენტი მოითხოვს თქვენს მიერ შეტანილი მონაცემებისა და შედეგების შესახებ და კომპონენტთა ღირებულებებს შორის ურთიერთობებს. ინსტრუმენტი გთავაზობთ გამოსავლის ძრავას, რომელიც შეგიძლიათ გამოიყენოთ სხვადასხვა სცენარებისთვის რეპეტიტურად და ზუსტად მოგვარებაში. გაანგარიშებული კომპონენტის მნიშვნელობები ავტომატურად დადგენილია სქემაში და შეგიძლიათ შეამოწმოთ შედეგი სიმულაციური გზით.

მოდით შევქმნათ იმავე წრეების AC გაძლიერება ჩვენი ჩარტის დიზაინერის საშუალებით.

გახსენით ჩართვა TINACloud- ის დიზაინის ინსტრუმენტის საქაღალდედან. გამოჩნდება შემდეგი ეკრანი.

მოდით აწარმოოთ AC ანალიზი / AC გადაცემის მახასიათებლები.

შემდეგი დიაგრამა გამოჩნდება:

ახლა მოდით შევქმნათ წრე, რათა ერთიანობა მოიპოვოს (0dB)

მოიძიეთ ამ წრედის რედიზაინი ინსტრუმენტები მენიუდან

გამოჩნდება შემდეგი დიალოგი.

დააგროვეთ -1 (0 dB) და დააჭირეთ ღილაკს Run.

გამოითვლება ახალი კომპონენტის ღირებულებები დაუყოვნებლივ გამოჩნდება სქემაში, რომელიც შედგენილია წითელ ფერში.

დააჭირეთ ღილაკს Accept.

ცვლილებები დასრულდება. AC ანალიზის / AC გადაცემის მახასიათებლები კვლავ გადაამოწმოთ გადამრთველ წრეში.

————————————————————————————————————————————————————————————– —-

¹ეს ტექნიკა შეიქმნა კალიფორნიის სახელმწიფო უნივერსიტეტში, ფილ ვენბანიკის, Long Beach- ის მიერ და წარმოდგენილია IEEE რეგიონის VI პრემიის ქაღალდის კონკურსში.

PREVIOUS- 5. კომბინირებული ინვერსიული და არასამთავრობო ინვერსიული საშუალებებით

NEXT- დან. სხვა op-amp პროგრამები