6. Dizajnimi i qarqeve Op-amp
AKTUALI - 6. Projektimi i qarqeve op-amp
PREVIOUS - 5. Inputet e kombinuara inverting dhe non-inverting
Hartimi i qarqeve op-amp
Pasi të jepet konfigurimi i një sistemi op-amp, ne mundemi analizoj që sistemi të përcaktojë prodhimin në aspektin e inputeve. Ne e kryejmë këtë analizë duke përdorur procedurën e diskutuar më herët (në këtë kapitull).
Nëse dëshironi tani dizajni një qark që kombinon inverting dhe non-inverting inputet, problemi është më komplekse. Në një problem të projektimit, një ekuacion linear i dëshiruar jepet, dhe qarku op-amp duhet të projektohet. Prodhimi i dëshiruar i verës së amplifikatorit operacional mund të shprehet si një kombinim linear i inputeve,
(30)
ku X1, X2 ...Xn janë fitimet e dëshiruara në inputet jo-inverting dhe Ya, Yb ...Ym janë përfitimet e dëshiruara në hyrjet invertuese. Ekuacioni (30) zbatohet me qarkun e Figures (14).
Figura 14- Vera e shumëfishtë e hyrjes
Ky qark është një version pak modifikuar i qarkut të Figura (13) (Invertime dhe invertime).
Figura 13- Inpute kthyese dhe jo-invertuese
E vetmja ndryshim që kemi bërë është që të përfshijmë rezistencë në mes të inputeve të op-amp dhe terrenit. Toka mund të shihet si një hyrje shtesë e zero volt të lidhur nëpërmjet rezistencës përkatëse (Ry për inverting input dhe Rx për hyrjen jo-përmbysëse). Shtimi i këtyre rezistencive na jep fleksibilitet në përmbushjen e çdo kërkese përtej atyre të Ekuacionit (30). Për shembull, mund të specifikohet rezistenca e inputit. Secila ose të dyja këto rezistencë shtesë mund të hiqen duke i lënë vlerat e tyre të shkojnë në pafundësi.
Ekuacioni (29) nga seksioni i mëparshëm tregon se vlerat e resistors, Ra, Rb, ...Rm R1, R2, ...Rn janë anasjelltas proporcionale me përfitimet e dëshiruara që lidhen me tensione përkatëse të hyrjes. Me fjalë të tjera, nëse kërkohet një fitim i madh në një terminal të veçantë të hyrjes, atëherë rezistenca në atë terminal është e vogël.
Kur fitimi i loopit të hapur të amplifikatorit operacional, G, është i madh, tensioni i daljes mund të shkruhet në terma të rezistencës së lidhur me amplifikatorin operativ si në Ekuacion (29). Ekuacioni (31) përsërit këtë shprehje me thjeshtëzim të lehtë dhe me shtimin e rezistencave në tokë.
(31)
Ne përcaktojmë dy rezistenca ekuivalente si më poshtë:
(32)
APLIKIMI
Analizoni qarkun vijues duke përdorur TINACloud për të përcaktuar Vnga në drejtim të tensioneve të hyrjes duke klikuar lidhjen më poshtë.
Multiple Input Simulimi i qarqeve verore nga TINACloud
Multiple Input Simulimi i qarqeve verore nga TINACloud
Ne shohim se tensioni i daljes është një kombinim linear i inputeve ku çdo hyrje ndahet nga rezistenca e lidhur dhe shumëzuar me një rezistencë tjetër. Rezistenca shumëzuese është RF për invertimin e inputeve dhe Req për inpute jo-invertuese.
Numri i panjohur në këtë problem është n + m +3 (p.sh vlerat e rezistencës së panjohur). Prandaj ne duhet të zhvillojmë n + m +Ekuacionet 3 në mënyrë që të zgjidhen për këto panjohura. Ne mund të formulojmë n + m e këtyre ekuacioneve duke krahasuar koeficientët e dhënë në Ekuacion (30). Kjo është, ne thjesht zhvillimin e sistemit të ekuacioneve nga ekuacionet (30), (31) dhe (32) si vijon:
(33)
Meqë kemi tre të panjohura, ne kemi fleksibilitetin për të plotësuar tre kufizime të tjera. Kufizimet shtesë tipike përfshijnë konsideratat e rezistencës së hyrjes dhe që kanë vlera të arsyeshme për resistors (p.sh., Ju nuk do të dëshironi të përdorni një rezistencë precize për R1 e barabartë me 10-4 ohms!).
Edhe pse nuk kërkohet për dizajn duke përdorur op-amps ideale, ne do të përdorim një kufizim të projektimit që është i rëndësishëm për op-amps jo ideale. Për op-ampunë jo-përmbysëse, rezistenca e Theveninit që kthehet nga hyrja invertuese zakonisht bëhet e barabartë me atë që duket prapa nga hyrja jo-invertuese. Për konfigurimin e treguar në Figura (14), ky kufizim mund të shprehet si më poshtë:
(34)
Barazia e fundit rezulton nga përkufizimi i RA nga Ekuacioni (32). Zëvendësimi i këtij rezultati në ekuacion (31) jep kufizim,
(35)
(36)
Zëvendësimi i këtij rezultati në ekuacion (33) jep grupin e thjeshtë të ekuacioneve,
(37)
Kombinimet e Ekuacionit (34) dhe Ekuacioni (37) na japin informacionin e nevojshëm për të dizajnuar qarkun. Ne zgjedhim një vlerë prej RF dhe pastaj zgjidhni për rezistencat e ndryshme të hyrjes duke përdorur Ekuacioni (37). Nëse vlerat e resistors nuk janë në një gamë praktike, ne kthehemi dhe të ndryshojmë vlerën e rezistencës feedback. Pasi të zgjidhim për resistors input, ne pastaj të përdorim Ekuacioni (34) për të detyruar rezistencat të jenë të barabartë duke kërkuar prapa nga dy inputet op-amp. Ne zgjedhim vlerat e Rx Ry për ta detyruar këtë barazi. Ndërsa ekuacionet (34) dhe (37) përmbajnë informacionin thelbësor për projektin, një konsideratë e rëndësishme është nëse duhet të përfshihen ose jo rezistencat ndërmjet hyrjeve të op-amp dhe tokës (Rx Ry). Zgjidhja mund të kërkojë përsëritje për të marrë vlera kuptimplote (dmth. Ju mund të kryeni një herë zgjidhjen dhe të dalni me vlera negative të rezistencës). Për këtë arsye, ne paraqesim një procedurë numerike e cila thjeshton shumën e llogaritjeve[1]
Ekuacioni (34) mund të rishkruhet si vijon:
(38)
Zëvendësimi i Ekuacionit (37) në Ekuacion (38) që marrim,
(39)
Kujtojnë se qëllimi ynë është për të zgjidhur për vlerat resistors në drejtim të Xi Yj. Le të përcaktojmë afatet e përmbledhjes si më poshtë:
(40)
Pastaj mund të rishkruajmë ekuacionin (39) si më poshtë:
(41)
Ky është një pikënisje për procedurën tonë të dizajnit. Kujtoj këtë Rx Ry janë përkatësisht rezistencat ndërmjet hyrjeve tokësore dhe atyre jo invertuese dhe invertuese. Rezistenca e reagimit shënohet RF dhe një term të ri, Z, është definuar si
(42)
Tabela (1) -Summing Përforcues Design
Ne mund të eliminojmë të dy ose të dy rezistorët, Rx Ry, nga qarku i Figures (14). Kjo është, ose ose të dyja këto resistors mund të vendosen në pafundësi (dmth., Të hapur-qark). Kjo jep tre mundësi të projektimit. Në varësi të faktorëve të shumëzimit të dëshiruar që lidhen me prodhimin në të dhëna, një nga këto raste do të japë dizajnin e duhur. Rezultatet janë përmbledhur në Tabelën (1).
Dizajn qark me TINA dhe TINACloud
Ekzistojnë disa mjete në dispozicion në TINA dhe TINACloud për përforcuesin operacional dhe dizajnin e qarkut.
Optimization
TINAModeli i Optimizimit Parametrat e panjohur të qarkut mund të përcaktohen automatikisht në mënyrë që rrjeti të prodhojë një vlerë të paracaktuar të daljes së synuar, minimale ose maksimale. Optimizimi është i dobishëm jo vetëm në hartimin e qarkut, por në mësimdhënie, për të ndërtuar shembuj dhe probleme. Vini re se ky mjet funksionon jo vetëm për op-amper ideal dhe qark linear, por për çdo qark jolinear me modele reale jolineare dhe pajisje të tjera.
Konsideroni qarkun përforcues invertues me një OPA350 amplifikator operacional të vërtetë.
Me vendosjen e paracaktuar të këtij qark, tensionit të daljes së qarkut është 2.5
Ju mund ta kontrolloni lehtësisht këtë duke shtypur butonin DC në TINACloud.
APLIKIMI
Analizoni qarkun vijues duke përdorur imituesin e qarkut online TINACloud për të përcaktuar Vnga në drejtim të tensioneve të hyrjes duke klikuar lidhjen më poshtë.
Simulimi i OPA350 Circuit me TINACloud
Simulimi i OPA350 Circuit me TINACloud
Në qoftë se për të përgatitur këtë, ne duhet të zgjedhim objektin Out = 3V dhe parametri qark që do të përcaktohet (Object Optimization) Vref. Për këtë objekt duhet të përcaktojmë gjithashtu një rajon që ndihmon në kërkimin, por gjithashtu përfaqëson kufizimet.
Për të zgjedhur dhe vendosur objektivin e Optimizimit në TINACloud klikoni butonin Vout Tension dhe vendosni Targetin e Optimizimit në Po
Tjetër klikoni butonin ... në të njëjtën linjë dhe vendosni vlerën në 3.
Shtypni OK për çdo dialog për të përfunduar cilësimet.
Tani le të zgjedhim dhe vendosim Objektin e Optimizimit të Vref.
Klikoni Vref pastaj butonin ... në të njëjtën linjë
Zgjidh objektin e optimizimit në listën në krye dhe caktoni kutinë e kontrollit të Optimizimit / Objektit.
Shtypni OK në të dyja dialogët.
Nëse cilësimet e Optimizimit do të ishin me sukses do të shihni një shenjë >> në Out dhe një shenjë << në Vref siç tregohet më poshtë.
Tani zgjidhni Optimizim nga menyja e Analizave dhe shtypni RUN në kutinë e dialogut Optimization.
Pas përfundimit të Optimizimit, Vref-i i gjetur, Vlera optimale, do të shfaqet në dialogun e optimizimit të DC-së
Ju mund të studioni cilësimet dhe të ekzekutoni Optimizimin online dhe të kontrolloni nga Simulimi i Circuit duke përdorur lidhjen më poshtë.
Run Optimization nga menu Analiza pastaj shtypni butonin DC kështu shikoni rezultatin në qark optimizuar (3V)
Online Optimization dhe Circuit Simulation me TINACloud
Vini re se në këtë kohë në TINACloud është përfshirë vetëm një optimizim i thjeshtë DC. Karakteristikat më të optimizimeve janë të përfshira në versionin offline të TINA.
Optimizimi i AC
Duke përdorur versionin offline të TINA ju mund të optimizoni dhe redesign qarqeve AC si.
Hapni qarkun MFB 2nd Rendit Chebyshev LPF.TSC të ulët të kalimit, nga Shembuj \ Texas Instruments \ Filters_FilterPro dosje të TINA, treguar me poshte.
Ekzekuto Karakteristikat e Transferimit të AC / AC.
Diagrama e mëposhtme do të shfaqet:
Qarku ka unitet (0dB) Gain dhe frekuenca e ndërprerjes së 1.45kHz.
Tani le të ridizajnojmë qark duke përdorur AC Optimization dhe vendosni fitimin e frekuencës së ulët në 6dB dhe frekuencën e Ndërprerjes në 900Hz.
shënim që normalisht mjet optimizues i zbatueshëm vetëm për ndryshimet. Në rast të filtrave ju mund të dëshironi të përdorni më tepër një mjet filtrimi filtri. Do të merremi me atë temë më vonë.
Tani duke përdorur Optimization, fitimi dhe frekuenca e ndërprerjes janë objektivat e Optimizimit.
Klikoni në ikonën "Select Optimization Target" në shiritin e veglave ose në menunë Analiza "Select Optimization Target"
Kursi do të ndryshojë në ikonën: 
. Klikoni butonin Vout Tension me simbolin e ri të kursorit.
Dialogu vijues do të shfaqet:
Klikoni butonin e funksioneve të qëllimit AC. Dialogu vijues do të shfaqet:
Kontrolloni kutinë e kontrollit të Kalimit të Ulët dhe vendosni frekuencën e ndërprerjes së objektivit në 900. Tani kontrolloni kutinë e zgjedhjes Maksimale dhe vendosni Targetin në 6.
Tjetër zgjidhni parametrat e qark që dëshironi të ndryshoni për të arritur objektivat e Optimizimit.
Kliko 
simbol ose linjë Select Control Object në menunë Analysis.
Kursori do të ndryshojë në simbolin e mësipërm. Klikoni kondensatorin C1 me këtë kursorin e ri. Dialogu vijues do të shfaqet:
Shtypni butonin e zgjedhur. Dialogu vijues do të shfaqet:
Programi vendos automatikisht një varg (kufizim) ku do të kërkohet vlera optimale. Vlera e fundit për 20n siç tregohet më sipër.
Tani përsëritni të njëjtën procedurë për R2. Vendosni vlerën e Fundit në 20k.
Pas përfundimit të konfigurimit të Optimizimit, zgjidhni Optimization / Optimization AC (Transfer) nga menuja Analiza.
Dialogu vijues do të shfaqet:
Pranoni cilësimet e parazgjedhura duke shtypur OK.
Pas një llogaritje të shkurtër, optimumi gjendet dhe ndryshohen parametrat e përbërësit:
Më në fund kontrolloni rezultatin me simulimin e rrjedhjes duke drejtuar AC Analiza / AC Transfer Karakteristikë.
Siç tregohet në diagram, vlerat e synuara (Gain 6db, frekuenca Cut-off 900Hz) janë arritur.
Duke përdorur Tool Designer Circuit në TINA dhe TINACloud
Një tjetër metodë e metodës së dizajnimit të qarqeve në TINA dhe TINAcloud është përdorimi i ndërtuar është instrumenti i dizajnit të qarkut i quajtur thjesht Design Tool.
Design Tool punon me ekuacionet e projektimit të qarkut tuaj për të siguruar që inputet e specifikuara të rezultojnë në përgjigjen e specifikuar të prodhimit. Mjet kërkon nga ju një deklaratë të inputeve dhe rezultateve dhe marrëdhëniet midis vlerave të komponentit. Mjeti ju ofron një motor zgjidhje që mund të përdorni për të zgjidhur në mënyrë të përsëritur dhe të saktë për skenarë të ndryshëm. Vlerat e llogaritura të komponentëve vendosen automatikisht në skemë dhe ju mund të kontrolloni rezultatin me anë të simulimit.
Le të krijojmë amplifikimin AC të të njëjtit qark duke përdorur mjetin tonë të dizajnit të qarkut.
Hapni qarkun nga dosja e Projektimit të TINACloud. Ekrani i mëposhtëm do të shfaqet.
Tani le të drejtojmë AC Analiza / AC Karakteristike të Transferimit.
Diagrama e mëposhtme do të shfaqet:
Tani le të ridizajnojmë qarkun që të kemi fitimin e unitetit (0dB)
Thirrni Redesign this Circuit nga menyja Tools
Dialogu i mëposhtëm do të shfaqet.
Set Gain to -1 (0 dB) dhe shtypni butonin Run.
Vlerat e llogaritura të komponentëve të reja do të shfaqen menjëherë në redaktorin skematik, të tërhequr në ngjyrë të kuqe.
Shtypni butonin Prano.
Ndryshimet do të finalizohen. Kryeni karakteristikat e analizës AC / AC për të kontrolluar përsëri qarkun e ridizajnuar.
———————————————————————————————————————————————— ---
1Kjo teknikë u krijua nga Phil Vrbancic, një student në Universitetin Shtetëror të Kalifornisë, Long Beach, dhe u paraqit në një letër të paraqitur në garën e Letrës së Çmimeve VIEE të Rajonit IEEE.