6. Оп-амп тізбектерін жобалау
Ағымдағы - 6. Оп-амп тізбектерін жобалау
PREVIOUS- 5. Біріктірілген инвертирующие және инвертирующие кірулер
Оп-амп схемаларын жобалау
Оп-амп жүйесінің конфигурациясы берілген соң, біз аламыз талдау кіріс көздері бойынша шығымды анықтауға арналған жүйе. Біз осы талдауды бұрын талқыланған процедураны орындаймыз (осы тарауда).
Егер қазір қаласаңыз жобалау Төтенше және инвертируемые кірістерді біріктіретін тізбек, мәселе күрделі. Дизайн мәселесінде қалаған желілік теңдеу беріледі және оп-амптың тізбегі жобалануы керек. Жазғы демалыс күшейткішінің қажетті шығысы кірістердің желілік комбинациясы ретінде көрінуі мүмкін,
(30)
қайда X1, X2 ...Xn инвертируемых кірістері мен қажетті табыстары болып табылады Ya, Yb ...Ym инвертируемые кірістерді қалаған пайда. Теңдеу (30) сурет (14) схемасымен жүзеге асырылады.
Сурет 14 - Көптеген енгізу жаз
Бұл схема фигураның (13) тізбегінің сәл өзгертілген нұсқасы болып табылады (Инвертируя және инвертирующие кіріс).
Сурет 13- Инвертирующие және инвертирующие кірулер
Біз жасаған жалғыз өзгеріс - ампула амплитмалары мен жер арасындағы резисторларды қосу. Жер тиісті резистор арқылы қосылған нөлдік кернеулердің қосымша кірісі ретінде қарастырылуы мүмкін (Ry және inverting енгізу үшін Rx инвертируемый енгізу үшін). Осы резисторлардың қосылуы бізге теңдеулерден (30) қарағанда кез келген талаптарды орындауда икемділік береді. Мысалы, кіріс кедергісі көрсетілуі мүмкін. Осы қосымша резисторлардың екеуі де, екеуі де олардың мәндері шексіздікке жету арқылы жойылуы мүмкін.
Алдыңғы бөлімнің теңдеуі (29) резисторлардың мәндері, Ra, Rb, ...Rm және R1, R2, ...Rn тиісті кіріс кернеулерімен байланысты қажетті кірістерге кері пропорционал. Басқаша айтқанда, нақты кіріс терминалында үлкен пайда алу қажет болса, онда осы терминалдағы кедергі аз болады.
Операциялық күшейткіштің ашық ілмегінен пайда болған кезде, G, үлкен, шығыс кернеуі теңдеуде (29) сияқты операциялық күшейткішке қосылған резистор терминдерінде жазылуы мүмкін. Теңдеу (31) осы сөйлемшені жеңіл жеңілдетумен және резисторларды жерге қосумен қайталайды.
(31)
Біз төмендегідей екі эквивалентті кедергі анықтаймыз:
(32)
ӨТІНІШ
V анықтау үшін TINACloud көмегімен келесі тізбекті талдаңызсыртында төмендегі сілтемені басу арқылы кіру кернеуіне қатысты.
TINACloud арқылы жазғы схеманы бірнеше модельдеу
TINACloud арқылы жазғы схеманы бірнеше модельдеу
Біз шығу кернеуінің кірістің желілік комбинациясы екенін көріп отырмыз, онда әрбір кіріс оның қарсыласуына байланысты және басқа қарсылықпен көбейтіледі. Мультипликативтік кедергісі RF инвертируемые енгізу үшін және Req инвертируемые кірістер үшін.
Бұл мәселеде белгісіздер саны n + m +3 (яғни, белгісіз резистор мәндері). Сондықтан біз дамыту керек n + m +Бұл белгісіздіктерді шешу үшін 3 теңдеуі. Біз тұжырымдай аламыз n + m (30) берілген коэффициенттерді теңдестіру арқылы осы теңдеулердің Яғни, біз теңдеулер жүйесі (30), (31) және (32) теңдеулер жүйесін төмендегідей дамытамыз:
(33)
Бізде тағы үш белгісіз болғандықтан, бізде тағы үш шектеулерді қанағаттандыруға икемділік бар. Әдеттегі қосымша шектеулер кіріс кедергісі туралы ескертулерді қамтиды және резисторлар үшін ақылға қонымды мәндер бар (мысалы, сіз дәлдіксіз резисторды R1 10 тең-4 ohms!).
Ideal op-амптарды қолдануға арналған дизайны үшін қажет болмаса да, біз идеал емес опамптар үшін маңызды дизайн шектеулерін қолданамыз. Төңкерілмейтін оп-амп үшін, инвертируемый кірісіне қарайтын Thevenin қарсылығы, әдетте, инвертирующего кіріспен қарағанға тең болады. Сурет (14) суретте көрсетілген конфигурация үшін, бұл шектеу келесідей болуы мүмкін:
(34)
Соңғы теңдік анықтамасынан туындайды RA теңдеуден (32). Бұл нәтижені теңдеуге (31) ауыстыру шектеуді береді,
(35)
(36)
Бұл нәтижені теңдеуге (33) ауыстыру қарапайым теңдеулер жиынтығын береді,
(37)
Теңдеудің (34) және теңдеудің (37) комбинациясы бізге схеманы жобалау үшін қажетті ақпаратты береді. Біз құндылықты таңдаймыз RF содан кейін Equation (37) көмегімен әр түрлі кіріс резисторларын шешіңіз. Егер резисторлардың мәндері практикалық ауқымда болмаса, кері оралып, кері байланыс резисторының мәнін өзгертеміз. Кіріс резисторларын шешкеннен кейін, біз екі амп-амптың кірісіне қарама-қарсылықты теңестіру үшін теңдеуді (34) қолданамыз. Біз құндылықтарды таңдаймыз Rx және Ry осы теңдікті мәжбүр ету. Теңдеулер (34) және (37) жобалау үшін маңызды ақпаратты қамтитын болса, оп-амп кірістері мен жер арасындағы резисторларды қосу немесе қоспау маңызды мәселе болып табылады (Rx және Ry). Шешім итерацияның маңызды мәндерді алуын талап етуі мүмкін (яғни, бір рет шешім қабылдауға және теріс қарсылық мәндеріне ие болуға болады). Осы себепті біз есеп айырысу мөлшерін жеңілдететін сандық рәсімді ұсынамыз[1]
Теңдеу (34) келесі түрде қайта жазылуы мүмкін:
(38)
Теңдеуді (37) теңдеуге ауыстыру (38)
(39)
Біздің мақсатымыз - резисторлық құндылықтарды тұрғысынан шешу Xi және Yj. Шоғырландыру шарттарын келесідей анықтайық:
(40)
Содан кейін теңдеуді (39) төмендегідей қайта жазуға болады:
(41)
Бұл біздің дизайн рәсіміміз үшін бастапқы нүкте. Естеріңде болсын Rx және Ry сәйкесінше жерлендірілген және инвертирленбейтін және инвертированный кірістер арасындағы резисторлар болып табылады. Кері байланыс резисторы белгіленеді RF және жаңа термин, Z, ретінде анықталады
(42)
Кесте (1) -Жұмыс күшейткіштің дизайны
Біз резисторлардың бірін немесе екеуін де жоя аламыз, Rx және Ry, Сурет схемасынан (14). Яғни, осы резисторлардың екеуі де, екеуі де шексіздікке (яғни, ашық тізбектелген) орнатылуы мүмкін. Бұл үш жобалық мүмкіндікті береді. Қажетті көбейту факторларына байланысты, шығыс материалдарына байланысты, осы жағдайлардың бірі тиісті дизайнды береді. Нәтижелер кестеде (1) шығарылады.
TINA және TINACloud схемалары
TINA және TINACloud операциялық күшейткіш және контур дизайны үшін бірнеше құралдар бар.
оңтайландыру
TINAОңтайландыру режимінің белгісіз тізбек параметрлері автоматты түрде анықталуы мүмкін, сонда желі алдын ала анықталған мақсатты шығыс мәнін шығара алады, минималды немесе максимум. Оңтайландыру схемаларды жобалауда ғана емес, сонымен қатар мысалдар мен есептер құрастыруда да пайдалы. Бұл құрал тек идеалды оп-амперлер мен сызықтық тізбектер үшін ғана емес, сонымен қатар құрылғының нақты сызықты емес және басқа модельдері бар кез-келген сызықты емес тізбектер үшін жұмыс істейтінін ескеріңіз.
OPA350 нақты операциялық күшейткішпен күшейтілген күшейткіш схемасын қарастырыңыз.
Бұл тізбектің әдепкі параметрі бойынша тізбектің шығыс кернеуі - 2.5
TINACloud ішіндегі DC түймесін басу арқылы оны оңай тексеруге болады.
ӨТІНІШ
V-ді анықтау үшін TINACloud желі тізбегінің симуляторы арқылы келесі тізбекті талдаңызсыртында төмендегі сілтемені басу арқылы кіру кернеуіне қатысты.
TINACloud арқылы OPA350 схемалық модельдеу
TINACloud арқылы OPA350 схемалық модельдеу
Бұны дайындауға тапсырыс берілсе, Out = 3V және параметрдің анықталуын анықтау үшін (Optimization Object) Vref. Бұл объект үшін біз іздеуге көмектесетін, сонымен қатар шектеулерді білдіретін аймақты анықтауымыз керек.
Оңтайландыру мақсатты таңдау үшін TINAC режимінде Vout Voltage pin түймесін басып, Optimization Target параметрін Иə
Бұдан әрі сол жолдағы ... түймесін басыңыз және Мәнді 3 мәніне орнатыңыз.
Параметрлерді аяқтау үшін әр диалогта OK түймесін басыңыз.
Енді Vref оңтайландыру нысанын таңдап, орнатайық.
Сол жолдағы Vref ... түймесін басыңыз
Ол оңтайландыру объектісін Оны таңдап, Оңтайландыру / Объектті белгілеңіз.
Екі тілқатысу терезесінде OK түймешігін басыңыз.
Егер оңтайландыру параметрлері сәтті болған болса, сіз төменде көрсетілгендей >> шығу және Vref-те << белгісін көресіз.
Енді Analysis (Талдау) мәзірінен оңтайландыруды таңдап, оңтайландыру тілқатысу терезесіндегі RUN түймесін басыңыз.
Оңтайландыруды аяқтағаннан кейін табылған Vref, Оңтайлы мән DC Optimization тілқатысу терезесінде көрсетіледі
Параметрлерді оқып, оңтайландыруды онлайн режимінде іске қосып, төмендегі сілтемемен Circuit Simulation арқылы тексере аласыз.
Талдау мәзірінен Оңтайландыруды іске қосыңыз, содан кейін DC түймесін басыңыз, осылайша оңтайландырылған тізбектегі нәтижені қараңыз (3V)
TINACloud арқылы онлайндық оңтайландыру және схема модельдеу
Айта кету керек, қазіргі уақытта TINACloud-де қарапайым DC оңтайландыру енгізілген. Қосымша оңтайландыру мүмкіндіктері TINA дербес нұсқасында қамтылған.
AC оңтайландыру
TINA-ның офлайн нұсқасын пайдаланып, айнымалы ток тізбектерін оңтайландыруға және қайта жасауға болады.
Chebyshev LPF.TSC төменгі өткізу тізбегі MFB 2nd тапсырысын ашыңыз Мысалдар \ Texas Instruments \ Filters_FilterPro TINA қалтасытөменде көрсетілген.
AC Analysis / AC Transfer сипаттамасын іске қосыңыз.
Келесі диаграмма пайда болады:
Схеманың бірлігі (0dB) және 1.45кHz кесу жиілігі бар.
Енді AC Optimization арқылы схеманы қайта құрайық 6dB төменгі жиіліктегі пайда мен 900Hz кесу жиілігін орнатыңыз.
Ескерту әдетте тек өзгерістерге қолданылатын оңтайландыру құралы. Сүзгілер жағдайда сүзгіні құрастыру құралын қолданғыңыз келуі мүмкін. Біз осы тақырыпты кейінірек талқылаймыз.
Енді оңтайландыруды пайдаланып, пайда мен Cutoff жиілігі оңтайландырудың мақсаттары болып табылады.
Құралдар тақтасында немесе «Оңтайландыру мақсатты таңдау» талдау мәзірінде «Оңтайландыру мақсатты таңдау» белгішесін басыңыз.
Курсор белгішеге өзгереді: 
. Жаңа курсор белгісімен Vout Voltage түйреуішті басыңыз.
Келесі диалог пайда болады:
Айнымалы мақсаттар функциясының түймешіктерін басыңыз. Келесі диалог пайда болады:
Төмен өтуді құсбелгісін қойып, Мақсатты кесу жиілігін орнатыңыз 900. Енді Максимум құсбелгісін қойып, Мақсатты орнатыңыз 6.
Одан оңтайландырудың мақсаттарына қол жеткізу үшін өзгерткіңіз келетін схема параметрлерін таңдаңыз.
басыңыз 
белгісін немесе Analysis мәзіріндегі Control Object тармағын таңдаңыз.
Курсор жоғарыдағы таңбаға өзгереді. Жаңа курсормен C1 конденсаторын басыңыз. Келесі диалог пайда болады:
Таңдау түймесін басыңыз. Келесі диалог пайда болады:
Бағдарлама оңтайлы мән ізделетін жерде ауқымды (шектеу) автоматты түрде орнатады. Соңғы мән 20н жоғарыда көрсетілгендей.
Енді сол процедураны R2 үшін қайталаңыз. Аяқтау мәнін 20k етіп қойыңыз.
Оңтайландыруды аяқтағаннан кейін Analysis (Талдау) мәзірінен Optimization / AC Optimization (Ауыстыру) опциясын таңдаңыз.
Келесі диалог пайда болады:
Әдепкі параметрлерді OK түймесін басу арқылы қабылдайды.
Қысқа есептеулерден кейін оңтайлы табылды және құрамдас параметрлер өзгерді:
Нәтижені тізбектің модельдеуімен тексеріңіз, AC Analysis / AC Transfer сипаттамасын іске қосыңыз.
Диаграммада көрсетілгендей, мақсатты мәндер (Gain 6db, Cut-off жиілігі 900Hz) қол жеткізілді.
Circuit Designer құралын TINA және TINACloud ішіне пайдалану
TINA және TINAcloud схемаларын жобалаудың тағы бір әдісі - қарапайым Құрастырушы құралы деп аталатын құрастырылған Circuit Designer құралын пайдалану.
Құрастырушы құралы берілген кірулер көрсетілген шығыс жауапына әкелуін қамтамасыз ету үшін тізбектің дизайн теңдеуімен жұмыс істейді. Құрал сізге кіріс және шығыс туралы мәлімдеме және құрамдас мәндер арасындағы қатынастарды талап етеді. Құрал әртүрлі сценарийлер үшін қайталанбас және дәл шешім қабылдау үшін пайдалануға болатын шешімдер қозғалтқышын ұсынады. Есептелген компонент мәндері автоматты түрде схемада орнатылады және нәтижені модельдеу арқылы тексеруге болады.
Біздің Circuit Designer құралы арқылы бірдей тізбектегі айнымалы ток күшейтуді жасайық.
TINACloud құралы құралы қалтасынан тізбекті ашыңыз. Келесі экран пайда болады.
Енді AC Analysis / AC Transfer сипаттамасын іске қосайық.
Келесі диаграмма пайда болады:
Енді бірлікті алу үшін контурды қайта құрайық (0dB)
Құралдар мәзірінен осы айналымды қайта шақыру
Келесі диалог пайда болады.
Gain -1 (0 дБ) деңгейіне орнатыңыз және Іске қосу батырмасын басыңыз.
Есептелген жаңа компоненттік мәндер қызыл түспен сызылған схемалық редакторда бірден пайда болады.
Қабылдау түймесін басыңыз.
Өзгерістер аяқталады. Жаңартылған схеманы тексеру үшін AC Analy / AC Transfer сипаттамаларын қайта іске қосыңыз.
———————————————————————————————————————————————————— —-
1Бұл техниканы Калифорния штатының университетінің Long Beach-дегі студенті Фил Врбанчич ойлап тапты және IEEE аймағының VI сыйлығының лауреаты байқауына ұсынылған мақалада ұсынылды.