ओप-एम्प सर्किटहरूको डिजाइन

Op-amp सर्किटहरूको डिजाइन

एकपटक एप-एएमपी प्रणालीको कन्फिगरेसन दिएपछि, हामी गर्न सक्छौं विश्लेषण गर्नुहोस् त्यो प्रणाली इनपुटको शर्तमा आउटपुट निर्धारण गर्न। हामी यस विश्लेषणलाई पहिले चर्चा गरिएको प्रक्रिया प्रयोग गरेर यस अधिनियम प्रदर्शन गर्दछौं (यस अध्यायमा)।

यदि तपाईं अहिले चाहानुहुन्छ भने डिजाइन एक सर्किट जुन उल्टाउने र गैर इनभाउन्डिंग दुवै दुवै को संयोजन गर्दछ, समस्या अधिक जटिल छ। एक डिजाइन समस्यामा, एक इच्छित रैखिक समीकरण दिइएको छ, र ओप्-एम्प सर्किट डिजाइन गरिएको हुनुपर्छ। परिचालन एम्पलीफायर गर्मीको वांछित उत्पादन इनपुटहरूको रैखिक संयोजनको रूपमा व्यक्त गर्न सकिन्छ,

(30)

जहाँ X₁, X₂ ...X_n गैर वांछित इनपुट र वांछित लाभहरू छन् Y_a, Y_b ...Y_m इनभिंगिङ इनपुटहरूमा वांछित लाभहरू छन्। समीकरण (30) चित्रा (14) सर्किटसँग कार्यान्वयन गरिएको छ।

आदर्श परिचालन एम्पलीफायर, ओप्-एएम सर्किटहरूको डिजाइन

चित्रा 14- एकाधिक इनपुट गर्मी

यो सर्किट चित्रा (13) को सर्किट को थोडा परिमार्जित संस्करण हो (इन्भर्टिङ र अन्डर इनभाइजिंग इनपुटहरू).

आदर्श परिचालन एम्पलीफायर, परिचालन एम्पलीफायर

त्यसो भए उनीहरुसँग भेटघाट गर्न सकेनन्

हामीले बनाएको मात्र परिवर्तन ओपन-एम्प इनपुट र जमीन बीचको प्रतिरोधकहरू समावेश गर्न हो। यस जमीनलाई शून्य भोल्युसनको अतिरिक्त इनपुट को रूपमा सम्बन्धित अवरोधको माध्यमद्वारा जोडिएको हुन सक्छ (R_y उल्टो इनपुट र R_x गैर-इन्भर्टिङ इनपुटको लागि)। यी प्रतिरोधकहरूको अतिरिक्तले समीकरण (30) भन्दा बाहिरका कुनै पनि आवश्यकताहरू पूरा गर्न लचीलापन दिन्छ। उदाहरणको लागि, आगत रिजर्भेसन निर्दिष्ट हुन सक्छ। या त वा यी दुबै अतिरिक्त प्रतिरोधकहरू हटाउन सकिन्छ कि उनीहरूको मूल्य अनन्तमा जान्छ।

समीकरण (29) अघिल्लो खण्डबाट देखाउँछ कि प्रतिरोधकहरूको मूल्यहरू, R_a, R_b, ...R_m र R₁, R₂, ...R_n सम्बन्धित इनपुट भोल्टेजहरूसँग सम्बन्धित वांछित लाभहरूको आक्रामक आनुपातिक हो। अन्य शब्दहरुमा, यदि ठूलो लाभ एक विशेष इनपुट टर्मिनल मा वांछित छ, तब टर्मिनल मा प्रतिरोध सानो छ।

जब सञ्चालन एम्पलीफायरको खुला लूप लाभ, G, ठूलो छ, आउटपुट भोल्टेज समीकरण (29) को रूपमा परिचालन एम्पलीफायरसँग जोडिएका प्रतिरोधकहरूको सन्दर्भमा लेख्न सकिन्छ। समीकरण (31) यो अभिव्यक्तिले थोडा सरलीकरणको साथ र जमीनमा प्रतिरोधकहरूको साथ साथ दोहोर्याउँछ।

(31)

हामी दुई बराबर समानुभूति परिभाषित गर्दछौँ:

(32)

आवेदन

V निर्धारण गर्न TINACloud प्रयोग गरेर निम्न सर्किटको विश्लेषण गर्नुहोस्_{बाहिर} तल लिङ्क क्लिक गरी इनपुट भोल्टहरूको शर्तमा।

एकाइ इनपुट ग्रीष्मकालीन सर्किट सिमुलेशन TINACloud द्वारा

एकाइ इनपुट ग्रीष्मकालीन सर्किट सिमुलेशन TINACloud द्वारा

हामी आउटपुट भोल्टेज इनपुट को एक रैखिक संयोजन हो जहाँ प्रत्येक इनपुट यसको सम्बन्धित प्रतिरोध द्वारा विभाजित छ र एक अन्य प्रतिरोध द्वारा गुणा। गुणात्मक प्रतिरोध हो R_F इनपुटहरू उल्टाउन र R_eq अनावश्यक ईन्टरनेटिङका लागि।

यस समस्यामा अज्ञातहरूको संख्या हो n + m +3 (अज्ञात रिस्ट्रास्टर मानहरू)। त्यसैले हामी विकास गर्न आवश्यक छ n + m +यी अज्ञातहरूको लागि समाधान गर्न 3 समीकरणहरू। हामी बनाउन सक्छौं n + m समीकरणको दिइएको गुणांक (30) सँग मेल खाने गरी यी समीकरणहरूको। यही छ, हामी समीकरण (30), (31) र (32) बाट समीकरणको प्रणालीलाई निम्न रूपमा विकास गर्दछौं:

(33)

चूंकि हामीले तीन थप अज्ञात छौं, हामीसँग तीनवटा अवरोधहरू पूरा गर्न लचीलापन छ। साधारण अतिरिक्त बाधाहरू आगत प्रतिरोधी विचारहरू समावेश गर्दछ र प्रतिरोधकहरूका लागि उचित मूल्यहरू राख्दछन् (उदाहरणका लागि, तपाईं को लागि परिमार्जन अवरोध प्रयोग गर्न चाहँदैनन्। R₁ 10 को बराबर^-4 ओह!)।

यद्यपि आदर्श अप-एप्स प्रयोग गरी डिजाइनको लागि आवश्यक पर्दैन, हामी गैर-डिजाइन एप्स-एप्सको लागि एक डिजाइन अवरोध प्रयोग गर्नेछौं। गैर-इनभ्रोइङ अप-एएमपीको लागि, थिभिनन प्रतिरोधले इनभाइङ इनपुटबाट फर्केर हेर्दै सामान्यतया जुन त्यसलाई गैर-इन्भर्टिङ इन्पुटबाट फर्काउँछ। चित्रा (14) मा देखाइएको कन्फिगरेसनका लागि, यस बाधाले निम्नानुसार व्यक्त गर्न सकिन्छ:

(34)

परिभाषाको अन्तिम समानता परिणाम R_A समीकरण (32) बाट। यो नतिजा समीकरणमा (31) मा कमी उत्पन्न गर्दछ,

(35)

(36)

यो परिणाम समीकरणमा (33) मा समीकरण को सरल सेट पैदा गर्दछ,

(37)

समीकरण (34) र समीकरण (37) को संयोजन हामीलाई सर्किट डिजाइन गर्न आवश्यक जानकारी दिन्छ। हामी एक मान को चयन गर्छौं R_F र त्यसपछि समीकरण (37) को प्रयोग गरी विभिन्न इनपुट प्रतिरोधहरूको लागि समाधान गर्नुहोस्। यदि प्रतिरोधकहरूको मूल्य व्यावहारिक दायरामा छैन भने, हामी फिर्ता जान्छौं र प्रतिक्रिया अवरोधको मूल्य परिवर्तन गर्दछौं। एकपटक हामी इनपुट प्रतिरोधकहरूको लागि समाधान गरौं भने, हामी समिकरण (34) को उपयोग गर्न को लागी बाध्य गर्न को लागी दुई ओप्-एम्प इनपुट देखि फिर्ता देख्न बाध्य छ। हामी मूल्यहरु को चयन गर्छौं R_x र R_y यो समानता जबरजस्ती गर्न। जबकि इक्वेसन () 34) र () 37) ले डिजाइनका लागि आवश्यक जानकारी समावेश गर्दछ, एउटा महत्त्वपूर्ण विचार यो छ कि ऑप्ट-एम्प इनपुटहरू र ग्राउन्ड (R_x र R_y)। समाधानले पुनरुत्थानहरूलाई सार्थक मानहरू प्राप्त गर्न आवश्यक पर्दछ (यद्यपि तपाईं एक पटक समाधान गर्न सक्नुहुनेछ र नकारात्मक प्रतिरोध मूल्यहरूसँग आउँनुहुनेछ)। यस कारणको लागि, हामी संख्यात्मक प्रक्रिया प्रस्तुत गर्दछ जुन गणनाको रकम सरल गर्दछ^[1]

समीकरण (34) निम्न रूपमा पुन: लेख्न सकिन्छ:

(38)

समीकरण (37) समीकरण (38) मा समीकरण गर्न हामी प्राप्त गर्छौं,

(39)

हाम्रो लक्ष्य को सन्दर्भमा प्रतिरोधक मूल्यहरूको लागि समाधान गर्न याद गर्नुहोस् X_i र Y_j_.निम्नानुसार सारांश सर्तहरू परिभाषित गरौं:

(40)

त्यसपछि हामी निम्नानुसार समीकरण (39) पुन: लेख्न सक्छौं:

(41)

यो हाम्रो डिजाइन प्रक्रियाको लागि एक सुरूवात बिन्दु हो। त्यो सम्झनुहोस् R_x र R_y क्रमशः ग्राउन्ड र नन-इन्भर्टि and र इन्भर्टि in इनपुटहरू बीच प्रतिरोधकर्ताहरू हुन्। प्रतिक्रिया प्रतिरोधक जनाउँछ R_F र नयाँ शब्द, Z, को रूपमा परिभाषित गरिएको छ

(42)

तालिका (1) -सुमिङ एम्पलीफायर डिजाइन

हामी या तो या दुवै प्रतिरोध को समाप्त गर्न सक्छन्, R_x र R_y, चित्रा (14) सर्किटबाट। त्यो हो, या त या यी प्रतिरोधक दुवै अनन्तमा सेट हुन सक्छ (यानी, खुला सर्किट)। यसले तीन डिजाइन सम्भावनाहरू पैदा गर्छ। इनपुट गर्न सम्बन्धित उत्पादन वांछित गुणा कारकहरूमा निर्भर गर्दछ, यी मध्ये एक पनि उपयुक्त डिजाइन उपज हुनेछ। परिणाम तालिकामा (1) सारांश गरिएको छ।

TINA र TINACloud सँग सर्किट डिजाइन

त्यहाँ TINA र TINACloud मा परिचालन एम्पलीफायर र सर्किट डिजाईन को लागि धेरै उपकरण उपलब्ध छन्।

अनुकूलन

TINAको अप्टिमाइजेसन मोड अज्ञात सर्किट प्यारामिटरहरू स्वचालित रूपमा निर्धारित गर्न सकिन्छ कि नेटवर्क पूर्वनिर्धारित लक्षित आउटपुट मान, न्यूनतम वा अधिकतम उत्पादन गर्न सक्दछ। अनुकूलन सर्किट डिजाइनमा मात्र उपयोगी छैन, तर शिक्षणमा, उदाहरणहरू र समस्याहरू निर्माण गर्न। नोट गर्नुहोस् कि यो उपकरणले आदर्श अप-एम्प्स र लाइनर सर्किटका लागि मात्र काम गर्दछ, तर कुनै पनि गैर-लाइनर सर्किट वास्तविक गैरलाईनियर र अन्य उपकरण मोडेलहरूको साथ।

वास्तविक परिचालन एम्पलीफायर OPA350 को साथ उल्टा एम्पलीफायर सर्किटलाई विचार गर्नुहोस्।

यस सर्किटको पूर्वनिर्धारित सेटिङद्वारा सर्किटको आउटपुट भोल्टेज 2.5 हो

तपाइँ सजिलै यो TINACloud मा डीसी बटन थिचेर यो जाँच गर्न सक्नुहुन्छ।

आवेदन

VIN निर्धारण गर्न TINACloud अनलाइन सर्किट सिम्युलेटर प्रयोग गरी निम्न सर्किटको विश्लेषण गर्नुहोस्_{बाहिर} तल लिङ्क क्लिक गरी इनपुट भोल्टहरूको शर्तमा।

OPA350 सर्किट सिमुलेशन TINACloud संग

OPA350 सर्किट सिमुलेशन TINACloud संग

अब मानौं कि हामी योजनाबद्ध डिजाइनमा भिभर भोल्टेज परिवर्तन गरेर यो भोल्टेज सेट गर्न चाहन्छौं।

यदि यो तयार गर्न आदेश हामीले लक्षित आउट = 3V र सर्किट प्यारामिटर निर्धारण गर्न सक्दछ (अनुकूलन वस्तु) Vref। यस वस्तुको लागि हामीले खोजी गर्न मद्दत गर्ने क्षेत्रलाई पनि परिभाषित गर्नुपर्दछ तर अवरोधहरूको प्रतिनिधित्व गर्दछ।

चयन गर्न र अनुकूलन लक्ष्य सेट TINACloud मा Vout भोल्टेज पिन क्लिक गर्नुहोस् र हाई अनुकूलन लक्ष्य सेट गर्नुहोस्।

अर्को बटन ... समान रेखामा क्लिक गर्नुहोस् र मान सेट गर्नुहोस् 3।

सेटिङ्हरू समाप्त गर्न प्रत्येक संवादमा ठीक थिच्नुहोस्।

अब Vref अनुकूलन वस्तु चयन र सेट गरौं।

त्यसपछि Vref मा क्लिक गर्नुहोस् ... बटन एकै लाइनमा

अनुकूलन वस्तु चयन गर्नुहोस् त्यो शीर्षमा सूचीमा र अनुकूलन / वस्तु चेकबक्स सेट गर्नुहोस्।

दुबै संवादहरूमा ठीक थिच्नुहोस्।

यदि अप्टिमाइजेसन सेटिंग्स सफलतापूर्वक थिए भने तपाईले >> साइन आउट आउट र << साइन इन गर्नुहुनेछ Vref मा तल देखाइएको अनुसार।

अब विश्लेषण मेनूबाट अनुकूलन छान्नुहोस् र अनुकूलन वार्ता बक्समा RUN थिच्नुहोस्।

अनुकूलन प्राप्त गरे पछि Vref, अनुकूलतम मूल्य, डीसी अनुकूलन संवादमा देखाइनेछ

तपाइँ सेटिङहरू पढ्न र अनुकूलन अनलाइन चलाउन सक्नुहुन्छ र सर्कल सिमुलेसनले तल लिङ्क प्रयोग गरेर जाँच गर्न सक्नुहुन्छ।
विश्लेषण मेनु बाट अनुकूलन चलाउनुहोस् त्यसपछि DC बटन थिच्नुहोस् ताकि परिणाम अनुकूलित सर्किटमा (3V) हेर्नुहोस्।

TINACloud संग अनलाइन अनुकूलन र सर्किट अनुकरण

ध्यान दिनुहोस् कि यस समयमा TINACloud मा केवल एक सरल डीसी अनुकूलन समावेश छ। थप अनुकूलन विशेषताहरू TINA को अफलाइन संस्करणमा सम्मिलित छन्।

एसी अनुकूलन

TINA को अफलाइन संस्करण प्रयोग गरेर तपाइँ एसी सर्किटलाई अनुकूलन र पुन: प्रयोग गर्न सक्नुहुन्छ।

MFB 2nd अर्डर Chebyshev LPF.TSC कम-पास सर्किट खोल्नुहोस् उदाहरणहरू \ टेक्सास उपकरणहरू \ फिल्टरहरू टिभीको प्रो फोल्डर, तल देखाइयो।

एसी विश्लेषण / एसी ट्रांसफर विशेषता चलाउनुहोस्।

निम्न रेखाचित्र देखा पर्नेछ:

सर्किट एकता (0dB) लाभ र 1.45kHz Cutoff आवृत्ति छ।

अब एसी अनुकूलन र प्रयोग गरी सर्किटलाई पुनःबहाली गरौं 6dB मा कम फ्रिक्वेन्सी लाभ सेट गर्नुहोस् र 900Hz को लागि कटऑफ आवृत्ति।

नोट सामान्यतया परिवर्तनहरूको लागी अनुकूलन उपकरण लागू हुन्छ। फिल्टरको अवस्थामा तपाईले प्रयोग गर्न चाहानुहुन्छ बरु फिल्टर डिजाइन उपकरण। हामी पछि यो विषय संग सम्झौता गर्नेछौं।

अब अनुकूलन प्रयोग गर्नुहोला र Cutoff फ्रिक्वेन्सी अप्टिमाइजेशन लक्ष्य हुन्।

उपकरणपट्टी वा विश्लेषण मेनूमा "अप्टिमाइजेसन लक्ष्य चयन गर्नुहोस्" प्रतिमा क्लिक गर्नुहोस् "अप्टिमाइजेसन लक्ष्य चयन गर्नुहोस्"।

कर्सर प्रतिमामा परिवर्तन हुनेछ: । नयाँ कर्सर प्रतीकसँग Vout भोल्टेज पिनमा क्लिक गर्नुहोस्।

निम्न संवाद प्रकट हुनेछ:

AC लक्ष्य प्रकार्य बटन क्लिक गर्नुहोस्। निम्न संवाद प्रकट हुनेछ:

कम पास चेकबक्स जाँच गर्नुहोस् र लक्ष्य कट-अफ फ्रिक्वेन्सी सेट गर्नुहोस् 900। अब अधिकतम चेकबक्स जाँच गर्नुहोस् र मा लक्ष्य सेट 6.

त्यसपछि अनुकूलन लक्ष्यहरूमा पुग्न सर्कल प्यारामिटरहरू परिवर्तन गर्न चाहानुहुन्छ।

क्लिक गर्नुहोस् प्रतीक वा विश्लेषण मेनुमा नियन्त्रण वस्तु रेखा चयन गर्नुहोस्।

कर्सरले माथिको प्रतीकमा परिवर्तन गर्नेछ। यस नयाँ कर्सरसँग C1 संधारित्रमा क्लिक गर्नुहोस्। निम्न संवाद प्रकट हुनेछ:

चयन बटन थिच्नुहोस्। निम्न संवाद प्रकट हुनेछ:

कार्यक्रम स्वचालित रूपमा एक दायरा सेट गर्दछ (बाधा) जहाँ अनुकूल मूल्य को खोज गरिनेछ। माथि देखाइएको रूपमा 20n लाई अन्त्य मान।

अब R2 को लागि समान प्रक्रिया दोहोर्याउनुहोस्। अन्त मान २०k मा सेट गर्नुहोस्।

अनुकूलन सेटअप परिष्करण पछि, विश्लेषण मेनु बाट अनुकूलन / एसी अनुकूलन (स्थानान्तरण) चयन गर्नुहोस्।

निम्न संवाद प्रकट हुनेछ:

OK थिच्दा डिफल्ट सेटिङ्हरू स्वीकार गर्नुहोस्।

छोटो गणना पछि इष्टतम फेला पर्यो र घटकको प्यारामिटरहरू परिवर्तन हुन्छ:

अन्तमा सर्कल सिमुलेसनसँग परिणाम जाँच गर्नुहोस् एसी विश्लेषण / एसी ट्राफिक विशेषता चलिरहेको छ।

रेखाचित्रमा देखाईएको लक्ष्य मानहरू (लाभ 6db, कट अफ फ्रिक्वेन्सी 900Hz) पुगिसकेको छ।

TINA र TINACloud मा सर्किट डिजाइनर उपकरण प्रयोग गर्दै

TINA र TINAcloud मा सर्किट डिजाइन गर्ने तरिका को तरिका को एक अन्य विधि को उपयोग गरिन्छ डिजाइन टूल भनिन्छ सर्किट डिजाइनर उपकरण।

डिजाइन उपकरण तपाईंको सर्किट को डिजाईन समीकरण संग काम गर्दछ ताकि यो सुनिश्चित गर्नुहोस कि निर्दिष्ट इनपुट निर्दिष्ट आउटपुट प्रतिक्रिया मा परिणाम हो। उपकरणले तपाईंलाई आवश्यक इनपुट र आउटपुटको विवरण र घटक मानहरू बीचको सम्बन्धको आवश्यकता छ। उपकरणले तपाईंलाई एक समाधान इञ्जिन प्रदान गर्दछ जुन तपाईंले विभिन्न परिदृश्यहरूको लागि दोहोरो र सही समाधान गर्न प्रयोग गर्न सक्नुहुनेछ। गणना गरिएको घटक मानहरू स्वचालित रूपमा योजनाबद्धमा सेट हुन्छन् र तपाईं अनुकार द्वारा परिणाम जाँच गर्न सक्नुहुन्छ।

हाम्रो सर्किट डिजाइनर उपकरण प्रयोग गरेर एकै सर्किट को एसी प्रवर्द्धन डिजाइन गरौं।

सर्किट खोल्नुहोस् TINACloud को डिजाइन उपकरण फोल्डर बाट। निम्न स्क्रिन देखा पर्नेछ।

अब एसी विश्लेषण / एसी ट्रांसफर विशेषता चलाउछौं।

निम्न रेखाचित्र देखा पर्नेछ:

अब चकलेट लाई एकता लाभ प्राप्त गर्न दिनुहोस (0dB)

उपकरण मेनुबाट यस सर्किटलाई पुनःआदेश दिनुहोस्

निम्न संवाद देखा पर्नेछ।

लाभ सेट -1 (0 डीबी) र रन बटन थिच्नुहोस्।

गणना गरिएको नयाँ घटक मानहरू तुरुन्तै योजनाबद्ध सम्पादकमा रातो देखिन्छन्।

स्वीकार बटन थिच्नुहोस्।

परिवर्तनहरु लाई अंतिम रूप दिइनेछ। पुन: विश्लेषण सर्कल जाँच गर्नका लागि एसी विश्लेषण / एसी ट्राफिकहरू चलाउनुहोस्।

-------------------------------------------------- -

¹यस प्रविधि कोलिफोर्निया स्टेट यूनिवर्सिटी, लङ्ग बिचको फिलिप फिल फिलबान्निक द्वारा बनाईएको थियो, र आईईईई क्षेत्रफल VI पुरस्कार पेपर प्रतियोगिता को लागी एक पेपरमा पेश गरिएको थियो।

PREVIOUS- 5। संयुक्त इनभाइङ र अन्धन ईन्टरिंगिंग

NEXT- 7। अन्य op-amp अनुप्रयोगहरू