6. „Op-amp“ grandinių projektavimas
DABARTINIS - 6. Op-amp grandinių projektavimas
PREVIOUS- 5. Kombinuotos inversijos ir ne inversijos įėjimai
Operacinių grandinių projektavimas
Kai bus suteikta op-amp sistemos konfigūracija, galime analizuoti sistemą, kad būtų galima nustatyti produkcijos kiekį pagal sąnaudas. Šią analizę atliekame pagal anksčiau šiame skyriuje aptartą procedūrą.
Jei dabar norite dizainas grandinė, kuri apjungia tiek invertuojančius, tiek ne invertuojančius įėjimus, problema yra sudėtingesnė. Projektavimo problemoje pateikiama pageidaujama linijinė lygtis, o op-amp grandinė turi būti suprojektuota. Norimą išėjimo stiprintuvo vasaros išėjimą galima išreikšti kaip linijinį įvesties derinį,
(30)
kur X1, X2 ...Xn yra norimas pelnas ne invertuojančių įėjimų ir Ya, Yb ...Ym yra pageidaujamas prieaugis prie invertuojančių įėjimų. Lygtis (30) įgyvendinama su schemos (14) grandine.
14 pav. - Daugkartinė įvestis vasarą
Ši grandinė yra šiek tiek modifikuota schemos (13) grandinė (Invertavimas ir ne invertuojantys įėjimai).
13 pav. - Invertavimas ir ne invertuojantys įėjimai
Vienintelis mūsų padarytas pakeitimas - įtraukti rezistorius tarp op-amp įėjimų ir žemės. Žemę galima vertinti kaip papildomą nulinės įtampos įvestį, prijungtą per atitinkamą rezistorių (Ry invertuotam įėjimui ir Rx nenaudojant įvesties). Šių rezistorių pridėjimas suteikia mums lankstumo, kad būtų patenkinti bet kokie reikalavimai, lyginant su lygtimi (30). Pavyzdžiui, gali būti nurodytos įvesties varžos. Arba, ar abu šiuos papildomus rezistorius galima pašalinti, leisdami jų vertėms pereiti į begalybę.
Ankstesnės dalies lygtis (29) rodo, kad rezistorių reikšmės, Ra, Rb, ...Rm ir R1, R2, ...Rn yra atvirkščiai proporcingos pageidaujamam pelnui, susijusiam su atitinkamomis įėjimo įtampomis. Kitaip tariant, jei pageidaujama didelė įtaka tam tikrame įvesties gale, tuomet pasipriešinimas tame terminale yra mažas.
Kai operacinio stiprintuvo atvirojo kontūro prieaugis, G, yra didelė, išėjimo įtampa gali būti parašyta kaip rezistoriai, prijungti prie operacinio stiprintuvo kaip ir lygtyje (29). Lygtis (31) pakartoja šią išraišką nedideliu supaprastinimu ir pridedant rezistorius į žemę.
(31)
Mes apibrėžiame dvi lygiavertes varžas taip:
(32)
PRITAIKYMĄ
Išanalizuokite šią grandinę naudodami TINACloud, kad nustatytumėte V pagal įvesties įtampas, spustelėję toliau pateiktą nuorodą.
Kelių įvesties vasaros grandinių modeliavimas pagal TINACloud
Kelių įvesties vasaros grandinių modeliavimas pagal TINACloud
Matome, kad išėjimo įtampa yra linijinis įvesties derinys, kur kiekvienas įėjimas yra padalintas iš jo pasipriešinimo ir dauginamas iš kito pasipriešinimo. Dauginamasis pasipriešinimas yra RF invertuojant įėjimus ir Req ne invertuojantiems įėjimams.
Nežinomų asmenų skaičius šioje problemoje yra n + m +3 (ty nežinomos varžos vertės). Todėl turime plėtoti n + m +3 lygtis, siekiant išspręsti šias nežinomas. Galime suformuluoti n + m iš šių lygčių, suderinus pateiktus koeficientus lygtyje (30). Tai reiškia, kad mes paprasčiausiai tobuliname lygčių sistemą iš lygčių (30), (31) ir (32) taip:
(33)
Kadangi turime dar tris nežinomas žinias, turime lankstumą, kad galėtume patenkinti dar tris apribojimus. Įprasti papildomi suvaržymai yra įėjimo pasipriešinimo aspektai ir turintys protingų verčių vertes (pvz., Nenorite naudoti tikslumo rezistorių R1 lygus 10-4 Omi!).
Nors nereikalaujama, kad būtų sukurtas idealus „opt-ampers“, mes naudojame dizaino suvaržymus, kurie yra svarbūs ne idealiems „op-amps“ stiprintuvams. Neinvestuojamam op-amp, Thevenin pasipriešinimas, žiūrint atgal nuo invertuojančios įvesties, paprastai yra lygus tai, kas žiūrima atgal iš neinvertinės įvesties. (14) pateiktoje konfigūracijoje šis apribojimas gali būti išreikštas taip:
(34)
Paskutinis lygybės rezultatas - apibrėžimas RA iš lygties (32). Pakeitus šį rezultatą į lygtį (31) gaunamas suvaržymas,
(35)
(36)
Pakeitus šį rezultatą į lygtį (33) gaunamas paprastas lygčių rinkinys,
(37)
Lygties (34) ir lygties (37) deriniai suteikia mums reikalingą informaciją grandinės projektavimui. Pasirenkame vertę RF tada išspręskite įvairius įvesties rezistorius, naudodami lygtį (37). Jei rezistorių reikšmės nėra praktiškos, mes grįžtame ir pakeisime grįžtamojo rezistoriaus vertę. Kai mes išspręsime įvesties rezistorius, mes panaudosime lygtį (34), kad priverstume pasipriešinimą būti lygiaverčiais, žiūrėdami atgal iš dviejų op-amp įėjimų. Pasirenkame Rx ir Ry priversti šią lygybę. Nors (34) ir (37) lygtyse yra esminė informacija apie projektą, vienas svarbus dalykas yra tai, ar įtraukti rezistorius tarp op-amp įėjimų ir įžeminimo (Rx ir Ry). Sprendimas gali pareikalauti iteracijų, kad gautų prasmingas reikšmes (ty galite vieną kartą atlikti tirpalą ir sugalvoti neigiamas pasipriešinimo vertes). Dėl šios priežasties pateikiame skaitinę procedūrą, kuri supaprastina skaičiavimų sumą[1]
Lygtis (34) gali būti perrašyta taip:
(38)
Mes gauname lygtį (37) į lygtį (38),
(39)
Prisiminkite, kad mūsų tikslas yra išspręsti rezistorių reikšmes pagal Xi ir Yj. Apibrėžkite apibendrinimo terminus taip:
(40)
Tada galime perrašyti lygtį (39) taip:
(41)
Tai yra mūsų projektavimo procedūros pradžia. Prisiminkite Rx ir Ry yra rezistoriai tarp atitinkamai įžeminimo ir neinvertuojančių bei apverčiančių įėjimų. Grįžtamojo ryšio rezistorius žymimas RF ir naujas terminas Z, yra apibrėžiamas kaip
(42)
Lentelė (1) -Summing Amplifier Design
Galime pašalinti vieną ar abu rezistorius, Rx ir Ry, iš schemos (14) grandinės. Tai reiškia, kad vienas arba abu šie rezistoriai gali būti nustatomi į begalybę (ty atviri). Tai suteikia tris dizaino galimybes. Priklausomai nuo pageidaujamo dauginimo veiksnių, susijusių su produkcija, vienas iš šių atvejų suteiks tinkamą dizainą. Rezultatai apibendrinti lentelėje (1).
Grandinės konstrukcija su TINA ir TINACloud
TINA ir TINACloud yra keli įrankiai, skirti operaciniam stiprintuvui ir grandinės projektavimui.
Optimizavimas
TINANežinomų grandinės parametrų optimizavimo režimo parametrus galima nustatyti automatiškai, kad tinklas galėtų sukurti iš anksto nustatytą tikslinę išėjimo vertę, mažiausią ar didžiausią. Optimizavimas yra naudingas ne tik projektuojant grandines, bet ir mokant, kuriant pavyzdžius ir problemas. Atkreipkite dėmesį, kad šis įrankis tinka ne tik idealioms stiprintuvams ir linijinėms grandinėms, bet ir bet kokioms netiesinėms grandinėms su tikrais netiesiniais ir kitais prietaisų modeliais.
Apsvarstykite inversijos stiprintuvo grandinę su tikru operaciniu stiprintuvu OPA350.
Pagal numatytąjį šios grandinės nustatymą grandinės išėjimo įtampa yra 2.5
Tai galite lengvai patikrinti paspausdami DC mygtuką TINACloud.
PRITAIKYMĄ
Išanalizuokite šią grandinę naudodami TINACloud internetinės grandinės simuliatorių, kad nustatytumėte V pagal įvesties įtampas, spustelėję toliau pateiktą nuorodą.
OPA350 grandinės modeliavimas su TINACloud
OPA350 grandinės modeliavimas su TINACloud
Jei norite tai parengti, turėtume pasirinkti tikslą Out = 3V ir grandinės parametrą, kuris turi būti nustatytas (optimizavimo objektas) Vref. Šiam objektui turėtume apibrėžti regioną, kuris padeda ieškoti, bet taip pat atspindi apribojimus.
Jei norite pasirinkti ir nustatyti „TINACloud“ optimizavimo tikslą, spustelėkite „Vout Voltage pin“ ir nustatykite „Optimization Target“ į „Yes“
Tada toje pačioje eilutėje spustelėkite mygtuką ... ir nustatykite reikšmę 3.
Norėdami baigti nustatymus, kiekviename dialogo lange paspauskite OK.
Dabar pasirinkite ir nustatykite „Vref Optimization Object“.
Toje pačioje eilutėje spustelėkite „Vref“, tada… mygtuką
Jo viršuje esančiame sąraše pasirinkite Optimizavimo objektas ir pažymėkite žymės langelį Optimizavimas / Objektas.
Paspauskite OK abiejuose dialoguose.
Jei optimizavimo nustatymai buvo sėkmingai atlikti, pamatysite >> ženklą lauke „Out“ ir << ženklą ties „Vref“, kaip parodyta žemiau.
Dabar analizės meniu pasirinkite Optimizavimas ir dialogo lange Optimizavimas paspauskite RUN.
Atlikus optimizavimą, DC optimizavimo dialogo lange bus rodoma nustatyta „Vref“, optimali vertė
Galite ištirti nustatymus ir paleisti optimizavimą internete ir patikrinti grandinės modeliavimą naudodami toliau pateiktą nuorodą.
Atlikite optimizavimą iš analizės meniu, tada paspauskite DC mygtuką, kad pamatytumėte optimizuoto grandinės rezultatą (3V)
Tinklo optimizavimas ir grandinės modeliavimas su TINACloud
Atkreipkite dėmesį, kad šiuo metu TINACloud yra įtrauktas tik paprastas DC optimizavimas. Daugiau optimizavimo funkcijų įtrauktos į „TINA“ neprisijungusią versiją.
AC optimizavimas
Naudodamiesi neprisijungusia TINA versija galite optimizuoti ir pertvarkyti AC grandines.
Atidarykite MFB 2nd užsakymą Chebyshev LPF.TSC žemo dažnio grandinę iš Pavyzdžiai „Texas Instruments“ filtras „TINA“ filtrai, nurodyta apačioje.
Paleiskite AC analizę / AC perdavimo charakteristikas.
Bus rodoma ši diagrama:
Grandinė turi vienybę (0dB) Gain ir 1.45kHz Cutoff dažnį.
Dabar leiskite pertvarkyti grandinę naudojant AC optimizavimą ir nustatyti žemą dažnį „Gain“ į „6dB“ ir „Cutoff“ dažnį į 900Hz.
pastabos kad paprastai optimizavimo priemonė taikoma tik pakeitimams. Filtrų atveju galbūt norėsite naudoti filtrų projektavimo įrankį. Vėliau šią temą spręsime.
Dabar naudodami optimizavimo metodą „Gain“ ir „Cutoff“ dažniai yra optimizavimo tikslai.
Įrankių juostoje arba analizės meniu „Pasirinkti optimizavimo tikslą“ spustelėkite piktogramą „Pasirinkti optimizavimo tikslą“.
Žymeklis pasikeis į piktogramą: 
. Spustelėkite „Vout Voltage pin“ su nauju žymeklio simboliu.
Bus rodomas toks dialogo langas:
Spustelėkite AC tikslų funkcijų mygtukus. Bus rodomas toks dialogo langas:
Pažymėkite žymės langelį Žemas leidimas ir nustatykite Target cut-off dažnį į 900. Dabar pažymėkite žymimąjį laukelį Maksimalus ir nustatykite tikslą į 6.
Toliau pasirinkite grandinės parametrus, kuriuos norite pakeisti norėdami pasiekti optimizavimo tikslus.
Spauskite 
simbolio arba „Select Control Object“ linijos analizės meniu.
Žymeklis pasikeis į aukščiau esantį simbolį. Spustelėkite C1 kondensatorių su šiuo nauju žymekliu. Bus rodomas toks dialogo langas:
Paspauskite pasirinkimo mygtuką. Bus rodomas toks dialogo langas:
Programa automatiškai nustato intervalą (suvaržymą), kur bus ieškoma optimalios vertės. Pabaikite reikšmę į 20n, kaip parodyta aukščiau.
Dabar pakartokite tą pačią procedūrą R2. Nustatykite pabaigos vertę į 20 tūkst.
Baigę optimizavimo sąranką, analizės meniu pasirinkite Optimizavimas / AC optimizavimas (perkėlimas).
Bus rodomas toks dialogo langas:
Priimkite numatytuosius nustatymus paspausdami OK.
Po trumpo skaičiavimo nustatomas optimalus parametras ir rodomi pakeisti komponentų parametrai:
Galiausiai patikrinkite rezultatą su grandinės modeliavimu, kuriame veikia „Run AC Analysis / AC Transfer Character“.
Kaip parodyta diagramoje, pasiekta tikslinė vertė (Gain 6db, išjungimo dažnis 900Hz).
Naudojant „Circuit Designer“ įrankį „TINA“ ir „TINACloud“
Kitas metodas, skirtas TINA ir TINAcloud grandinių projektavimui, yra sukurtas „Circuit Designer“ įrankis, vadinamas tiesiog „Design Tool“.
Dizaino įrankis veikia su jūsų grandinės projektavimo lygtimis, kad būtų užtikrinta, jog nurodytos įvestys lemia nurodytą išvesties atsaką. Įrankis reikalauja jums įvesties ir išėjimų bei komponentų vertybių santykio. Šis įrankis siūlo Jums tirpalų variklį, kurį galite naudoti pakartotinai ir tiksliai išspręsti įvairiems scenarijams. Apskaičiuotos sudedamosios vertės automatiškai nustatomos schemoje ir rezultatus galite patikrinti imituojant.
Suprojektuokite tos pačios grandinės AC stiprinimą naudodami „Circuit Designer“ įrankį.
Atidarykite grandinę iš TINACloud dizaino įrankio aplanko. Bus rodomas toks ekranas.
Dabar leiskite paleisti AC analizę / AC perdavimo charakteristikas.
Bus rodoma ši diagrama:
Dabar pakeiskime grandinę, kad galėtume gauti vienybę (0dB)
Spustelėkite meniu Įrankiai „Redaguoti šią grandinę“
Pasirodys toks dialogo langas.
Nustatykite „Gain“ į -1 (0 dB) ir paspauskite mygtuką „Run“.
Apskaičiuotos naujos komponentų vertės iš karto atsiras scheminiame redaktoriuje, sudarytame raudonai.
Paspauskite mygtuką Priimti.
Pakeitimai bus baigti. Vėl atlikite AC analizės / AC perdavimo charakteristikas, kad patikrintumėte pakeistą grandinę.
—————————————————————————————————————————————————— —-
1Šį metodą sukūrė Kalifornijos valstijos universiteto Long Beach studentas Phil Vrbancicas, kuris buvo pristatytas IEEE regiono VI premijos popieriaus konkurse.