6. Оп-памын схемийн дизайн
ӨНӨӨДӨР - 6. Op-amp хэлхээний зураг төсөл
PREVIOUS- 5. Нийлүүлэлтийн хөндлөнгийн болон хөндлөнгийн бус оролт
Op-amp хэлхээний дизайн
Op-amp системийг тохируулсны дараа бид хийж болно шинжилгээ хийх Энэ систем нь оролтыг гарцын хэмжээгээр тодорхойлох. Бид энэ дүн шинжилгээг өмнө нь авч хэлэлцсэн аргачлалыг ашиглана (энэ бүлэгт).
Хэрэв та одоо хүсэж байгаа бол зураг төсөл Эсрэг урвуу ба урвуу орлуулах оролтыг хослуулсан хэлхээг нэгтгэсэн хэлхээ нь илүү төвөгтэй юм. Зураг төслийн асуудал дээр хүссэн шугаман тэгшитгэл өгч, op-amp хэлхээг боловсруулсан байх ёстой. Үйл ажиллагааны өсгөгч зуны хүссэн үр дүнг орцын шугаман хослол болгон илэрхийлж болно.
(30)
хаана X1, X2 ...Xn нь урвуу орлуулах оролдлого болон хүсээгүй ололтуудын хүссэн олз юм Ya, Yb ...Ym урвуу оролтын оролт дээр хүссэн ололтууд байна. Тэгшитгэл (30) нь Зураг (14) хэлхээний дагуу хийгддэг.
Зураг 14- Олон оролтын зун
Энэ хэлхээ нь Зураг (13) -ын хэлхээний бага зэрэг өөрчлөгдсөн хувилбар юм (XNUMX) (Эргээд буцах болон хувиргаагүй оролтууд).
13 зураг - Буцаах болон хувиргаагүй оролт
Бидний хийсэн цорын ганц өөрчлөлт бол op-amp оролт болон газар хооронд резисторуудыг оруулах явдал юм. Газар нь тохирох резистороор холбогдсон тэг нарийвчлалтай нэмэлт оролт гэж үзэж болно (Ry урвуу оролтын болон Rx урвуу оруулаагүй оролтын хувьд). Эдгээр резисторууд нь тэгшитгэл (30) -аас давсан аливаа шаардлагыг хангах уян хатан байдлыг бидэнд олгодог. Жишээ нь, оролтын эсэргүүцэл тодорхойлогдож болно. Эдгээр нэмэлт резисторүүдийн хоёуланг нь хоёуланг нь хоёуланг нь хязгаарлаж болно.
Өмнөх хэсэгт байгаа тэгшитгэл (29) нь резисторын утга, Ra, Rb, ...Rm болон R1, R2, ...Rn нь оролтын хүчдэлтэй холбоотой хүссэн ололттой урвуу харьцаатай байна. Өөрөөр хэлбэл хэрэв тодорхой оролтын терминал дээр том ашиг хэрэгтэй бол терминал дахь эсэргүүцэл бага байна.
Үйл ажиллагааны өсгөгчийн нээлттэй хүрдний олз, G, том гаралт нь гаралтын хүчдэлийг Equation (29) шиг үйлдлийн өсгөгчтэй холбогдсон резисторуудын хувьд бичиж болно. Тэгшитгэл (31) нь энэ илэрхийлэлийг бага зэрэг хялбарчлан давтаж, резисторуудыг газар дээр нь нэмдэг.
(31)
Бид дараах хоёр тэнцүү эсэргүүцлийг тодорхойлно:
(32)
ХЭРЭГЛЭЭ
V-г тодорхойлохын тулд TINACloud ашиглан дараах хэлхээнд дүн шинжилгээ хийж үзээрэйгарч Оролтын хүчдэлийн хувьд доорх холбоосыг дарах хэрэгтэй.
TINACloud-ийн олон оролт зуны симуляци
TINACloud-ийн олон оролт зуны симуляци
Гаралтын хүчдэл нь оролт бүрийг холбогдох эсэргүүцлийн дагуу хувааж, өөр эсэргүүцлийг үржүүлж байгаа оролтуудын шугаман хослол юм. Үргэлжилсэн эсэргүүцэл нь RF Оролт болон Req урвуу орлуулах бус орц.
Энэ асуудалд үл мэдэгдэх тоо байна n + m +3 (өөрөөр хэлбэл үл мэдэгдэх резисторууд). Тиймээс бид хөгжүүлэх хэрэгтэй n + m +Эдгээр үл мэдэгчдэд зориулсан 3 тэгшитгэлүүд. Бид боловсруулж чадна n + м Тэгшитгэлд (30) өгөгдсөн коэффициентэд тохируулан эдгээр тэгшитгэлүүдийн тэгшитгэлийг ашиглана. Үүний тулд бид тэгшитгэлийн систем (30), (31) болон (32) тэгшитгэлийн системийг дараах байдлаар боловсруулна:
(33)
Бид гурван үл мэдэгдэх зүйлтэй тул гурван бэрхшээлийг хангах уян хатан байдал бий. Нэмэлт хязгаарлалтууд нь оролтын эсэргүүцлийн тооцоолол ба резисторуудын хувьд зохих утгыг агуулдаг (жишээлбэл, та нарийн резисторыг ашиглахыг хүсэхгүй R1 10-тэй тэнцүү-4 ohms!).
Оп-процессуудыг ашиглан дизайн хийхэд шаардлагагүй боловч бид төгс бус op-amps-ийн хувьд дизайны хязгаарлалтыг ашиглах болно. Урвуу биш op-amp-ийн хувьд Thevenin эсэргүүцэл нь урвуу оролтын оролтоос эргэж харахад ихэвчлэн урвуу ороогүй оролтоос эргэж харахтай тэнцүү байдаг. Зураг дээр (14) дээр үзүүлсэн тохиргоонд энэ хязгаарлалтыг дараах байдлаар илэрхийлж болно:
(34)
Хамгийн сүүлийн тэгш байдал нь RA тэгшитгэлээс (32). Энэхүү үр дүнг тэгшитгэл (31) болгон орлуулж,
(35)
(36)
Энэ үр дүнг тэгшитгэл (33) болгон орлуулан энгийн тэгшитгэлийн багц,
(37)
Equation (34) ба тэгшитгэлийн хослол (37) нь хэлхээг төлөвлөхөд шаардлагатай мэдээллээр хангадаг. Бид үнэ цэнээ сонгоно RF Тэгшитгэл (37) ашиглан янз бүрийн оролтын резисторыг шийднэ. Хэрэв эсэргүүцлийн утга практик хязгаарт байхгүй бол бид буцаж эргэж буцах эсэргүүцлийн утгыг өөрчилнө. Оролтын резисторыг бид нэг удаа шийдсэний дараа бид эсэргүүцлийн хүчийг хоѐр op-amp оролтоос буцааж авахын тулд тэгшитгэлийг (34) ашиглана. Бидний үнэ цэнэ Rx болон Ry энэ тэгш байдлыг хүчээр тулгах. Тэгшитгэл (34) ба (37) нь дизайны хувьд зайлшгүй шаардлагатай мэдээллийг агуулдаг боловч нэг чухал зүйл бол op-amp оролт ба газардуулгын хоорондох резисторыг оруулах, оруулахгүй байх явдал юм.Rx болон Ry). Уг шийдэл нь утгыг олохын тулд давтамж шаардаж болно (өөрөөр хэлбэл та нэг удаа шийдлийг гүйцэтгэж, сөрөг эсэргүүцэлтэй утгатай байж болно). Энэ шалтгааны улмаас бид тооцооллын хэмжээг хялбаршуулах тоон процедурыг танилцуулж байна[1]
Тэгшитгэл (34) -ийг дараах байдлаар бичиж болно:
(38)
Тэгшитгэл (37) -ийг тэгшитгэл (38) болгон өөрчлөхийн тулд бид,
(39)
Бидний зорилго бол резервуарын үнэ цэнийн хувьд шийдэх явдал юм Xi болон Yj. Шууд утгыг дараах байдлаар тодорхойлъё:
(40)
Тэгшитгэлийг (39) дараах байдлаар дахин бичиж болно:
(41)
Энэ бол бидний дизайны журмын эхлэлийн цэг юм. Энийг эргэн санаарай Rx болон Ry нь газардуулга ба урвуу ороогүй оролтын хоорондох эсэргүүцэл юм. Санал хүсэлтийн эсэргүүцлийг тэмдэглэнэ RF шинэ нэр томъёо, Zгэж тодорхойлсон
(42)
Хүснэгт (1) -Шинжлэх өсгөгч дизайн
Бид хоёулаа эсвэл хоёуланг нь эсэргүүцэж, Rx болон Ry, Зураг дээрх (14) хэлхээнээс. Энэ нь хоёулаа эсвэл хоёулаа хоёулаа хязгааргүй байх боломжтой (өөрөөр хэлбэл, нээлттэй тойрог). Энэ нь гурван загварын боломжуудыг бий болгодог. Оролт гаралттай холбоотой хүссэн үржвэр хүчин зүйлээс шалтгаалан эдгээр тохиолдлын аль нэг нь зохих загварыг гаргана. Үр дүнг хүснэгтэнд харуулав (1).
TINA болон TINACloud-тай дугуйтай дизайн
TINA болон TINACloud-д хэд хэдэн хэрэгслийг ашиглаж болно.
оновчтой болгох
TINAОптимизацийн горимын үл мэдэгдэх хэлхээний параметрүүдийг автоматаар тодорхойлж, сүлжээ нь урьдчилан тодорхойлсон зорилтот гаралтын утгыг хамгийн бага эсвэл хамгийн их хэмжээгээр гаргах боломжтой болно. Оновчлол нь зөвхөн хэлхээний дизайн хийхэд төдийгүй заах, жишээ, асуудал гаргахад хэрэгтэй байдаг. Энэхүү хэрэгсэл нь зөвхөн хамгийн тохиромжтой op-amps ба шугаман хэлхээнд төдийгүй бодит шугаман болон бусад төхөөрөмжийн загвар бүхий шугаман бус хэлхээнд ажилладаг болохыг анхаарна уу.
OPA350-ийн жинхэнэ процессорын өсгөгчийн урвуутай өсгөгч хэлхээг бодоорой.
Энэ хэлхээний анхдагч тохиргоооор хэлхээний гаралтын хүчдэл нь 2.5 юм
Та TINACloud дахь DC товчийг дарснаар үүнийг хялбархан шалгаж болно.
ХЭРЭГЛЭЭ
V-г тодорхойлохын тулд TINACloud онлайн хэлхээний симулятор ашиглан дараах хэлхээнд дүн шинжилгээ хийж үзээрэйгарч Оролтын хүчдэлийн хувьд доорх холбоосыг дарах хэрэгтэй.
OPA350 Circuit Simulation нь TINACloud
OPA350 Circuit Simulation нь TINACloud
Хэрэв үүнийг бэлдэх бол бид Out = 3V ба хэлхээний параметрийг сонгох хэрэгтэй (Optimization Object) Vref. Энэ объектын хувьд бид хайлтанд тусалдаг бүс нутгийг тодорхойлдог боловч энэ нь хязгаарлалтыг илэрхийлдэг.
TINACloud дахь оновчлолын зорилтыг сонгох, тохируулах Vout Voltage pin дээр дарж, оновчлолын зорилтыг Тийм гэж тохируулна
Дараа нь ... товчлуурыг дараад 3-г сонгоно.
Тохиргоогоо дуусгахын тулд харилцах цонх бүр дээр OK дарна уу.
Одоо Vref Optimization Object-ийг сонгоод тохируулцгаая.
Дараа нь Vref дээр дарж ... товчлуурыг дарна
Түүний жагсаалт дахь оновчлолын объектыг сонгоод оновчтой болгох / объектыг сонгох.
Хоёр харилцан ярианд OK товчийг дар.
Хэрэв оновчлолын тохиргоог амжилттай хийсэн бол доор гарч харуулсан шиг >> гарч, Vref дээр << тэмдэг гарах болно.
Одоо Analysis Analysis цэсээс Optimization-г сонгоод RUN товчийг дарна.
Оптималыг дуусгасны дараа олсон Vref, Опционы үнэ цэнэ нь DC Optimization цонхонд харагдана
Та тохиргоог судалж, оновчлолыг онлайнаар ажиллуулж, доорх холбоосыг ашиглан Circuit Simulation-ээр шалгана уу.
Шинжилгээний цэснээс оновчтой болгохын тулд DC товчлуурыг дарна. Ингэснээр оновчтой хэлхээний үр дүнг харах боломжтой (3V)
TINACloud-тай онлайн оновчлол болон бүдүүвч загвар
Энэ үед TINACloud-д зөвхөн энгийн DC оновчтой хувилбарыг оруулсан байгаа гэдгийг анхаарна уу. Илүү оновчтой шийдлүүдийг TINA-ийн офлайн хувилбарт оруулсан болно.
АС оновчтой болгох
TINA-ийн офлайн хувилбарыг ашиглан АС-ийн хэлхээг оновчлуулж, өөрчилж болно.
-Аас MFB 2-ийн захиалга Chebyshev LPF.TSC бага нэвтрүүлэх хэлхээг нээ Жишээ нь Texas Instruments \ Filters_FilterPro хавтас TINA, доор үзүүлэв.
АС анализ / AC шилжүүлгийн онцлогийг ажиллуулна.
Дараах диаграмм гарч ирнэ:
Энэ хэлхээ нь нэгдмэл байдал (0dB) Gain болон 1.45kHz Cutoff давтамж юм.
Одоо AC AC Optimization болон Хэт бага давтамжийг 6dB-ээр, Cutoff давтамжийг 900Hz-д тохируулна.
Тайлбар ердийн оновчлолын хэрэгсэл нь зөвхөн өөрчлөлтийн хувьд хэрэглэгдэнэ. Шүүлтүүрийн хувьд та шүүгчийн дизайны хэрэгсэл ашиглахыг хүсч болно. Бид дараа нь энэ сэдвийг авч үзэх болно.
Одоо Optimization ашиглан Gain болон Cutoff давтамж нь Optimization зорилтууд юм.
Хэрэгслийн самбар дээрх "Шинжилгээний зорилтыг сонгох" дүрс дээр дарж эсвэл "Сонгох оновчлолын зорилтыг сонгох" цэс дээр дарна уу.
Курсор нь дүрс рүү шилжих болно: 
. Vout Voltage тэмдэгийг шинэ курсор тэмдэг ашиглан дарна уу.
Дараах харилцах цонх гарч ирнэ:
АС зорилгын товчлуурыг дарна уу. Дараах харилцах цонх гарч ирнэ:
Бага Пассив нүдийг шалгаад Зорилтот захын квадратыг тавина уу 900. Одоо хамгийн их хайрцгийг шалгаад Target-ийг тохируулна уу 6.
Дараа нь оновчлолын зорилтонд хүрэхийн тулд өөрчлөхийг хүсч буй хэлхээний параметрийг сонгоно уу.
дээр дарна уу 
Шинжилгээний цэснээс Control Control Object командыг сонгоно.
Курсор нь дээрх тэмдгийг өөрчлөх болно. CxNUMX конденсаторыг энэ шинэ курсор дээр дар. Дараах харилцах цонх гарч ирнэ:
Сонгох товчийг дарна уу. Дараах харилцах цонх гарч ирнэ:
Хөтөлбөр нь автоматаар хайлт хийх боломж өгдөг. Дээр үзүүлсэн шиг 20n төгсгөлийн утга.
Одоо R2-тэй ижил процедурыг давт. Төгсгөлийн утгыг 20k болгож тохируулна уу.
Optimization тохиргоог хийж дууссаны дараа Analysis цэсээс Optimization / AC Optimization (Transfer) сонго.
Дараах харилцах цонх гарч ирнэ:
OK товч дарж анхдагч тохиргоонуудыг зөвшөөрөх.
Богино тооцооллын дараа хамгийн оновчтойг олоод бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн параметрүүдийг харуулав:
Эцэст нь үр дүнг AC Run Analysis / AC Transfer Characteristic ажиллаж байгаа хэлхээний симуляци дээр шалгана.
Диаграм дээр харуулсанчлан зорилтот утга (Gain 6db, Cut-off frequency 900Hz) хүрч ирэв.
TINA болон TINACloud дахь Circuit Designer хэрэгслийг ашиглах
TINA болон TINAcloud хэлхээнд схемийг зохион байгуулах аргын өөр нэг арга нь зөвхөн дизайн хэрэгсэл гэж нэрлэгддэг Circuit Designer хэрэгсэл юм.
Дизайн хэрэгсэл нь таны хэлхээний дизайны тэгшитгэлтэй холбоотойгоор тодорхой өгөгдлүүд нь тодорхойлсон гаралтын хариунд үр дүн өгч байгааг баталгаажуулахын тулд ажилладаг. Энэ хэрэгсэл нь танд оролт, гаралтын мэдэгдэл болон бүрэлдэхүүн хэсгийн утгуудын хоорондын холбоог шаарддаг. Энэ хэрэгсэл нь танд янз бүрийн хувилбаруудын хувьд давтагдаж, үнэн зөвийг шийдвэрлэхийн тулд ашиглаж болох шийдэл бүхий хөдөлгүүрийг санал болгож байна. Тооцоологдсон бүрэлдэхүүн хэсгийн утгыг бүдүүвчид автоматаар тохируулсан бөгөөд үр дүнг симуляциар шалгаж болно.
Бидний Circuit Designer багажийг ашиглан ижил хэлхээний АК-ийн олшруулалтыг хийцгээе.
TINACloud-ийн Дизайн Хэрэгслийн хавтаснаас хэлхээг нээ. Дараах дэлгэц гарч ирнэ.
Одоо АС анализ / AC шилжүүлгийн онцлогийг ажиллуулъя.
Дараах диаграмм гарч ирнэ:
Одоо эв нэгдлийг олох (0dB)
Хэрэгслүүдийг цэснээс энэ хэлхээг дахин шинэчлээрэй
Дараах харилцах цонх гарч ирнэ.
Get-Set-to-1 (0 dB) дээр Run товчлуурыг дарна.
Шинэ бүрэлдэхүүн хэсгийн тооцоолсон утгуудыг схемийн засварлагчид нэн даруй улаан өнгөөр зурна.
Accept товчийг дарна уу.
Өөрчлөлтийг эцэслэх болно. Дахин боловсруулсан хэлхээг шалгахын тулд AC AC Analysis / AC Transfer Characteristics ажиллуулна.
———————————————————————————————————————————————————— —-
1Энэ аргыг Калифорнийн Их Сургуулийн Фил Vrbancic, Long Beach-ийн оюутнууд боловсруулсан бөгөөд IEEE Region VI Prize Paper Contest-д ирүүлсэн материал дээр танилцуулсан.