6. Дизајн на кола
АКТУЕЛНО - 6. Дизајн на опм-засилувачки кола
ПРЕТХОДНО-5. Комбинирани инвертирање и неинвертирање на влезови
Дизајн на кола за оп-засилувач
Откако ќе се даде конфигурација на систем за оп-засилувач, можеме анализира тој систем за да го одреди излезот во однос на влезовите. Оваа анализа ја извршуваме со користење на постапката што беше дискутирана претходно (во ова поглавје).
Ако сега сакате дизајн кола која ги комбинира инвертирачките и неинверзивните влезови, проблемот е посложени. Во дизајнерскиот проблем, се дава посакувана линеарна равенка, а колото оп-засилувач мора да биде дизајнирано. Посакуваниот излез на оперативното засилувачко лето може да се изрази како линеарна комбинација на влезови,
(30)
каде X1, X2 ...Xn се саканите придобивки на неинверзивните влезови и Ya, Yb ...Ym се саканите придобивки на инвертирачките влезови. Равенката (30) се имплементира со коло на Слика (14).
Слика 14-Повеќе влезни лето
Ова коло е малку модифицирана верзија на колото на Слика (13) (Инвертирање и неинвертирање на влезови).
Слика 13-Инвертирање и неинвертирање на влезови
Единствената промена што ја направивме е да ги вклучиме отпорниците меѓу влезовите на оп-засилувачот и земјата. Земјата може да се гледа како дополнителен влез на нула волти поврзани преку соодветниот отпорник (Ry за инвертен влез и Rx за неинверзивниот влез). Додавањето на овие отпорници ни дава флексибилност во исполнувањето на сите барања надвор од оние на равенката (30). На пример, отпорноста на влезот може да биде одредена. Или или двата од овие дополнителни отпорници може да се отстранат со допуштање на нивните вредности да одат до бесконечност.
Равенката (29) од претходниот дел покажува дека вредностите на отпорниците, Ra, Rb, ...Rm R1, R2, ...Rn се обратно пропорционални на посакуваните придобивки поврзани со соодветните влезни напони. Со други зборови, ако е потребна голема добивка на одреден влезен терминал, тогаш отпорот на тој терминал е мал.
Кога добивањето на отворена јамка од оперативниот засилувач, G, е голем, излезниот напон може да биде напишан во однос на отпорниците поврзани со оперативниот засилувач како во равенката (29). Равенката (31) го повторува овој израз со мало поедноставување и со додавање на отпорниците на земјата.
(31)
Ние дефинираме две еквивалентни отпори на следниов начин:
(32)
ПРИМЕНА
Анализирајте го следното коло користејќи TINACloud за да одредите Vнадвор во однос на влезните напони со кликнување на линкот подолу.
Симулација на повеќекратни влезни летови од TINACloud
Симулација на повеќекратни влезни летови од TINACloud
Гледаме дека излезниот напон е линеарна комбинација на влезови каде што секој влез е поделен со неговиот придружен отпор и множи со друг отпор. Отпорноста на множење е RF за инвертирање на влезови и Req за неинверзивни влезови.
Бројот на непознати во овој проблем е n + m +3 (т.е. непознати вредности на отпорници). Затоа треба да се развиеме n + m +3 равенки со цел да се реши за овие непознати. Можеме да формулираме n + m од овие равенки со совпаѓање на дадените коефициенти во равенката (30). Тоа е, ние едноставно се развие систем на равенки од равенки (30), (31) и (32) како што следува:
(33)
Бидејќи имаме уште три непознати, имаме флексибилност за задоволување на уште три ограничувања. Типични дополнителни ограничувања вклучуваат разгледување на влезниот отпор и имаат разумни вредности за отпорниците (на пример, Вие не би сакале да користите прецизен отпор за R1 еднаква на 10-4 Ом!).
Иако не е потребен за дизајн со користење на идеални оп-засилувачи, ние ќе користиме дизајнирано ограничување кое е важно за не-идеалните оп-засилувачи. За не-инвертирање на оп-засилувач, отпорноста на Thevenin гледајќи назад од инвертирачкиот влез обично се прави еднаква на онаа што се враќа од неинверзибилниот влез. За конфигурацијата прикажана на Слика (14), ова ограничување може да се изрази како што следува:
(34)
Последната еднаквост е резултат на дефиницијата на RA од равенката (32). Заменувањето на овој резултат во равенката (31) го дава ограничувањето,
(35)
(36)
Замена на овој резултат во равенката (33) дава едноставен сет на равенки,
(37)
Комбинациите на равенката (34) и равенката (37) ни ги даваат потребните информации за дизајнирање на колото. Избираме вредност од RF а потоа да се реши за различните влезни отпорници користејќи равенка (37). Ако вредностите на отпорниците не се во практичен опсег, ние се враќаме назад и ја менуваме вредноста на резисторот за повратни информации. Откако ќе ги решиме за влезните отпорници, тогаш употребуваме равенка (34) за да ги принудиме отпорите да бидат еднакви гледајќи назад од двата влезови на оп-засилувач. Избираме вредности на Rx Ry да се присили оваа еднаквост. Додека равенките (34) и (37) ги содржат суштинските информации за дизајнот, едно важно размислување е дали да се вклучат или не отпорниците помеѓу влезовите засилувач и земјата (Rx Ry). Решението може да бара итерации за да се добијат значајни вредности (т.е. еднаш може да се изврши решение и да се добијат негативни вредности на отпор). Поради оваа причина, ние претставуваме нумеричка процедура која го поедноставува износот на пресметки[1]
Равенката (34) може да се препишува на следниот начин:
(38)
Замена на равенката (37) во равенката (38) добиваме,
(39)
Потсетиме дека нашата цел е да се реши за отпорните вредности во однос на Xi Yj. Дозволете да ги дефинираме термините за собирање на следниов начин:
(40)
Потоа можеме да ја преработиме равенката (39) на следниов начин:
(41)
Ова е појдовна точка за нашата процедура за дизајн. Сети се на тоа Rx Ry се отпорниците помеѓу заземјувањето и неинвертирачкиот и инвертен влез, соодветно. Отпорникот на повратна врска е означен RF и нов термин, Z, се дефинира како
(42)
Табела (1) -Сумнување засилувач Дизајн
Ние можеме да ги елиминираме или двата отпорници, Rx Ry, од кругот на Слика (14). Тоа е, или еден или двајцата од овие отпорници можат да бидат поставени на бесконечност (т.е. отворен круг). Ова дава три можности за дизајн. Во зависност од посакуваните множење фактори поврзани со излез на влез, еден од овие случаи ќе даде соодветен дизајн. Резултатите се сумирани во Табела (1).
Дизајн на коло со TINA и TINACloud
Постојат неколку алатки достапни во TINA и TINACloud за оперативен засилувач и дизајн на кола.
Оптимизација
TINAРежимот на оптимизација, непознатите параметри на колото можат да се одредат автоматски, така што мрежата може да произведе претходно дефинирана целна вредност на излезот, минимална или максимална. Оптимизацијата е корисна не само во дизајнот на колото, туку и во наставата, за да се конструираат примери и проблеми. Забележете дека оваа алатка работи не само за идеални оп-засилувачи и линеарно коло, туку и за секое нелинеарно коло со вистински нелинеарни и други модели на уреди.
Размислете за инверзното засилувачко коло со вистински оперативен засилувач OPA350.
Со стандардното поставување на ова коло, излезниот напон на колото е 2.5
Можете лесно да го проверите ова со притискање на копчето DC во TINACloud.
ПРИМЕНА
Анализирајте го следното коло користејќи го симулаторот за онлајн кола TINACloud за да одредите Vнадвор во однос на влезните напони со кликнување на линкот подолу.
Симулација на кола со OPA350 со TINACloud
Симулација на кола со OPA350 со TINACloud
Ако цел да го подготвиме ова, треба да го одредиме целниот Out = 3V и параметар на колото што треба да се определи (Optimization Object) Vref. За овој објект, исто така, треба да се дефинира регион кој го помага пребарувањето, но исто така ги претставува и ограничувањата.
За да ја одберете и поставите целта за Оптимизација во TINACloud, кликнете на Vout напон и поставете Цели за оптимизација на Yes
Следно кликнете на копчето ... во иста линија и поставете вредност на 3.
Притиснете OK во секој дијалог за да ги завршите поставките.
Сега да го избереме и поставиме објектот за оптимизација на Vref.
Кликнете Vref потоа копчето ... во истата линија
Изберете опција за оптимизација во списокот на врвот и поставете го полето за избор Оптимизација / објект.
Притиснете OK во двата дијалога.
Ако поставките за оптимизација беа успешно, ќе видите знак >> на излез и >> на Vref како што е прикажано подолу.
Сега изберете Оптимизација од менито Анализа и притиснете RUN во полето за дијалог за оптимизација.
По завршувањето на оптимизацијата, пронајдената Vref, Оптималната вредност, ќе биде прикажана во дијалогот DC Оптимизација
Можете да ги проучите поставувањата и да ја стартувате Оптимизацијата преку Интернет и да ги проверите со Симулација на коло со помош на линкот подолу.
Извршете оптимизација од менито Анализа, потоа притиснете го копчето DC, за да го видите резултатот во Оптимизираното коло (3V)
Онлајн оптимизација и коло Симулација со TINACloud
Забележете дека во овој момент во TINACloud е вклучена само едноставна DC оптимизација. Повеќе опции за оптимизација се вклучени во офлајн верзија на TINA.
AC оптимизација
Користење на офлајн верзија на TINA можете да ги оптимизирате и редизајнирате и AC кола.
Отворете го MFB 2nd Цел Chebyshev LPF.TSC ниско-помине коло, од Примери \ Texas Instruments \ Filters_FilterPro папка на TINA, прикажан подолу.
Стартувај AC анализа / AC трансфер карактеристика.
Следниот дијаграм ќе се појави:
Колото има единство (0dB) Gain и 1.45kHz Cutoff фреквенција.
Сега ајде да го редизајнираме колото користејќи AC Optimization и поставете ја ниската фреквенција на 6dB и фреквенцијата Cutoff на 900Hz.
забелешка дека вообичаено алатката за оптимизација се применува само за промени. Во случај на филтри, можеби ќе сакате да користите алатка за дизајн на филтер. Ние ќе се занимаваме со таа тема подоцна.
Сега, користејќи Оптимизација на Gain и Cutoff фреквенцијата се целите за оптимизација.
Кликнете на иконата „Избери цел за оптимизација“ на лентата со алатки или на менито за анализа „Избери цел на оптимизација“
Курсорот ќе се смени во иконата: 
. Притиснете го приклучокот за Vout напон со новиот симбол на курсорот.
Ќе се појави следниот дијалог:
Притиснете ги копчињата за целни функции на AC. Ќе се појави следниот дијалог:
Проверете го полето за избор на лош премин и поставете ја фреквентната фреквентна фреквенција 900. Сега проверете го полето за избор Максимално и поставете ја целта на 6.
Следно изберете параметри за кола кои сакате да ги промените за да ги достигнете целите за оптимизација.
Кликнете на 
симбол или Одбери контролен објект во менито Анализа.
Покажувачот ќе се смени на горниот симбол. Кликнете на кондензаторот C1 со овој нов курсор. Ќе се појави следниот дијалог:
Притиснете го копчето за избор. Ќе се појави следниот дијалог:
Програмата автоматски поставува опсег (ограничување) каде ќе се пребарува Оптималната вредност. Крајна вредност на 20n како што е прикажано погоре.
Сега повторете ја истата постапка за R2. Поставете ја крајната вредност на 20k.
По завршувањето на поставувањето за оптимизација, изберете Оптимизација / AC оптимизација (трансфер) од менито Анализа.
Ќе се појави следниот дијалог:
Прифатете ги стандардните поставки со притискање на OK.
По кратка пресметка се најде оптимален и се појавуваат променети параметри на компонентата:
Конечно проверете го резултатот со коло симулација работи Стартувај AC анализа / AC Трансфер карактеристика.
Како што е прикажано на дијаграмот, се постигнати целните вредности (Gain 6db, фреквенција на исклучување 900Hz).
Користење на алатката за дизајнирање коло во TINA и TINACloud
Уште еден метод за начинот на дизајнирање на кола во TINA и TINAcloud е користење на изградена алатка Circuit Designer наречена едноставно Design Tool.
Дизајн Алатка работи со дизајн на равенки на вашата кола да се осигура дека наведените влезови резултираат во наведениот излезен одговор. Алатката бара од вас изјава за влезови и излези и односите меѓу вредностите на компонентата. Алатката ви нуди мотор на решение што можете да го користите за репетитивно и прецизно решавање за различни сценарија. Пресметаните вредности на компонентите автоматски се поставуваат во шемата и можете да го проверите резултатот со симулација.
Ајде да го дизајнираме AC засилување на истото коло користејќи ја алатката Circuit Designer.
Отворете го коло од алатката Design Tool на TINACloud. Следниот екран ќе се појави.
Сега да го пуштиме AC Analysis / AC Transfer Characteristic.
Следниот дијаграм ќе се појави:
Сега, ајде да го редизајнираме колото за да добиеме единство (0dB)
Повикај го Редизајн ова коло од менито Алатки
Ќе се појави следниот дијалог.
Поставете Gain на -1 (0 dB) и притиснете го копчето Run.
Пресметаните вредности на нова компонента веднаш ќе се појават во шематски уредувач, нацртан со црвена боја.
Притиснете го копчето Прифати.
Промените ќе бидат финализирани. Испратете AC анализи / AC Transfer Characteristics повторно за да го проверите редизајнираното коло.
———————————————————————————————————————————————————————————————— ---
1Оваа техника ја измисли Фил Врбанчиќ, студент на Калифорнискиот државен универзитет, Лонг Бич, и презентиран во еден труд поднесен на Натпреварот за ИЕЕ Регион VI.