نحوه استفاده از مدل Op-Amp فروشنده تراشه در LTSpice: 10 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

معرفی

LTspice یک ابزار نرم افزاری شبیه سازی SPICE رایگان با ضبط شماتیک ، نمایش شکل موج و پیشرفتهای بسیاری است که بر روی ویندوز و Mac OS X اجرا می شود. من از آن برای تحقیق درباره رفتار مدار و آزمایش سریع مدارهای جدید آزمایشگاه قبل از نمونه سازی PCB استفاده می کنم (چاپ شده برد مدار) طراحی. به لطف پشتیبانی دستگاههای آنالوگ ، پشتیبانی گروه LTspice یاهو و سازگاری آن با اکثر مدلهای رایج SPICE که توسط فروشندگان تراشه ارائه می شود ، منحنی یادگیری به راحتی قابل غلبه است.

این دستورالعمل نشان می دهد که چگونه با استفاده از یک مدل LMV321 op-amp از سه فروشنده تراشه مختلف ، از کتابخانه اجزای ارائه شده با LTspice فراتر رفته و یک طرحواره تقویت کننده ساده را همانطور که در تصویر نشان داده شده است ایجاد کنید. هر یک از این مدلها روشهای مختلف موجود در LTspice را برای استفاده با طیف گسترده ای از مدلهای کامپوننت ارائه شده از وب سایتهای فروشنده مختلف برجسته می کنند. هر یک از این مدل ها ویژگی های عملکرد متفاوتی را نیز ارائه می دهند. برای برجسته کردن این مسائل مربوط به عملکرد ، من از این سه مدل در طراحی جریان به ولتاژ نیز استفاده می کنم.

مخاطبان موردنظر کسانی هستند که تجربه نصب قطعات را بر روی یک طرح کلی و اجرای شبیه سازی دارند. در پایان این آموزش شما می دانید چگونه دستور. SUBCKT را در مدل های سازنده برای استفاده با opamp2 Pin Table LTspice و Attribute ویرایشگران برای استفاده از قطعات سازنده در شبیه سازی های خود تفسیر کنید.

مرحله 1: مدلهای SPICE موجود برای LMV321 Op-amp را از فروشندگان تراشه بارگیری کرده و در فهرست جدید قرار دهید

مدل های SPICE تولید کننده

ما قصد داریم در این آموزش سه مدل SPICE را براساس op-amp LMV321 ترکیب کنیم. همانطور که مراحل را شرح می دهم ، ادامه دهید.

یک پوشه برای طرحواره ها ، نمادها و مدل های LTspice خود ایجاد کنید. من به این دایرکتوری به عنوان دایرکتوری کاری ما در آینده اشاره می کنم.

برای استخراج مدل های SPICE برای op-amp LMV321 از این وب سایت های فروشنده تراشه دیدن کنید:

• وب سایت TI (از مدل PSPICE نیمه هادی ملی استفاده می کند): LMV321
• مدلهای ماکرومودل تقویت کننده عملیاتی Maxim: LMX321
• مدلهای STMicroelectronics Macromodels: LMV3x opamp Macromodel

به سه نمودار مربوط به فایلهای خاص برای بارگیری در هنگام نوشتن این دستورالعمل مراجعه کنید. اگر در آینده نام مدلها توسط فروشندگان تراشه به صفحات وب جدید منتقل شده اند ، ممکن است مجبور شوید آنها را جستجو کنید.

برای TI و STMicro شما می توانید مدل را از فایل های فشرده بارگیری شده در پوشه کاری خود کپی کنید. برای مدل ماکسیم ، روی فایل LMX321. FAM در وب سایت خود راست کلیک کرده و آن را در فهرست کار LTspice خود ذخیره کنید.

در پایان این مرحله شما باید این سه فایل مدل ادویه را در فهرست کار خود داشته باشید:

• LMV321. MOD
• LMX321. FAM
• LMV3x_macromodel.mod

هر یک از این فایل ها را می توان با ویرایشگر متن باز کرد تا ساختار معمول را مشاهده کنید:

• اسناد در بالا ،
• . فرمان SUBCKT ،
• دستورات spice ساختن مدل

مرحله 2: نماد عمومی 5 پین LTspice Opamp2.asy را باز کنید

Opamp2.asy قابل استفاده مجدد است

از منوی LTspice File نماد opamp2.asy را از فهرست نصب خود باز کنید.

برای نصب پیش فرض ویندوز این موارد زیر است:

C -> LTC -> LTspiceXVII -> lib -> sym -> Opamps -> opamp2.asy

نماد opamp2 هیچ مدل op-amp به آن اختصاص داده نشده است. بنابراین در یک شبیه سازی اجرا نمی شود. به همین دلیل این یک بلوک شروع خوب است زیرا حاوی نقاشی و پیوندهایی است که ما می توانیم هرگونه op-amp را که از پنج پین رایج استفاده می کند ایجاد کنیم:

1. در+
2. که در-
3. V+
4. V-
5. بیرون

مراقب باشید یکی از این فایلهای نماد مشابه را به اشتباه باز نکنید:

• opamp.asy (مشابه opamp2.asy اما بدون دو پین برق)
• UniversalOpamp2.asy (یک opamp کاملاً کاربردی با مدل عمومی)

مرحله 3: تأیید کنید که ترتیب پین نماد Opamp2.asy با اطلاعات اتصال پین LMV321. SUBCKT مطابقت دارد

تخصیص جدول پین با استفاده از. SUBCKT

مدل LMV321 opamp را که قبلاً به عنوان LMV321. MOD ذخیره شده بود در فهرست کار خود با استفاده از ویرایشگر متن مورد علاقه خود باز کنید. در نزدیکی بالا می توانیم عبارت. SUBCKT را بیابیم.

A. SUBCKT یک فهرست شبکه SPICE قابل استفاده مجدد را تعریف می کند - مشابه عملکردی با نام و پارامترهای مرتبط در زبان نرم افزار. نحو subcircuit برای op-amp ارائه شده توسط سازنده به این شکل است:

. SUBCKT

به به به دستورات عنصر…

. ENDS

نام Op-amp مرجع بیرونی نام op-amp است و 5 N's لیستی از اتصالات الکتریکی مرتب شده به op-amp است که مستقیماً در بالا دستور. SUBCKT توضیح داده شده است. اتصالات الکتریکی ممکن است به هر ترتیب باشد اما نماد opamp2 ما این ترتیب را فرض می کند:

1. ورودی غیر معکوس (در+)
2. معکوس کردن ورودی (In-)
3. منبع تغذیه مثبت (V+، Vss)
4. منبع تغذیه منفی (V- ، Vee)
5. خروجی (خروجی)

نماد LMV321.asy را در دایرکتوری کاری ما در LTspice باز کرده و Pin Table را مشاهده کنید تا نامهای اتصال در. SUBCKT را به نام اتصالات در نماد ما ترسیم کنید:

مشاهده -> جدول پین

همه اتصالات الکتریکی در حال حاضر برای جدول پین LTspice ما از 1 تا 5 مانند این است:

• ورودی غیر معکوس (در+) = 1
• معکوس کردن ورودی (In-) = 2
• منبع تغذیه مثبت (V+) = 3
• منبع تغذیه منفی (V-) = 4
• خروجی (خروجی) = 5

بنابراین مجبور نیستیم هیچ تغییری در پین جدول نماد ایجاد کنیم.

مرحله 4: ایجاد ویژگی های نماد LMV321 جدید و ذخیره فایل به عنوان LMV321.asy

تخصیص ویژگی نماد Opamp

آخرین مرحله قبل از ذخیره فایل نماد ، نامگذاری نماد با استفاده از ویرایشگر ویژگی ها است. ما از همان نامی که در خط. SUBCKT نشان داده شده استفاده می کنیم:

LMV321.

از منو Attribute Editor را باز کنید:

ویرایش -> ویژگی ها -> ویرایش ویژگی ها

تغییرات زیر را انجام دهید:

• تغییر مقدار به: LMV321 (از همان نام خط فرمان. SUBCKT استفاده کنید)
• تغییر توضیحات به: شامل LMV321. MOD در شماتیک (بیشتر در این مورد بعدا)

روی تأیید کلیک کنید و opamp2.asy را به عنوان LMV321.asy در فهرست کار خود ذخیره کنید.

یادداشت:

• X را در کنار پیشوند بگذارید تا نشان داده شود که نماد بصورت شماتیک نمایش داده می شود ،
• نوع نماد را به عنوان سلول بگذارید تا فایل مدل به درستی تفسیر شود ،
• نماد opamp2.asy اصلاح شده را دوباره در کتابخانه LTspice ذخیره نکنید یا سایر طرحواره هایی که ممکن است به این فایل متکی باشند ممکن است خراب شوند ،
• اگر شما این اشتباه را انجام دادید (مانند یک بار دیگر) ، می توانید فایل اصلی opamp2.asy را با همگام سازی مجدد با استفاده از فرمان: Tools -> Sync Release بازیابی کنید.

دایرکتوری کاری شما باید این فایلها را داشته باشد:

• LMV321.asy
• LMX321. FAM
• LMV321. MOD
• LMV3x_macromodel.mod

مرحله 5: ایجاد شماتیک تست و شبیه سازی عملکرد LMV321 Op-amp

مدل Op-amp LMV321 را در یک شبیه سازی آزمایش کنید

یک شماتیک جدید را از داخل LTspice: File -> New Schematic باز کنید

ما یک مدار آزمایش op-amp بر اساس تقویت کننده غیر معکوس با افزایش 2 ایجاد می کنیم:

افزایش = 1 + Rf / Rin

با استفاده از دستور جزء منوی روبان LTspice ، جزء LMV321.asy تازه ایجاد شده ما را از فهرست کار خود اضافه کنید.

نکته: بسیاری از کاربران LTspice نمی دانند که باید دایرکتوری نماد را به دایرکتوری کاری خود تغییر دهند. برای مدیریت دسترسی به فایل های جدید ، مورد "Top Directory" را به فهرست کارکرد آنها تغییر دهید.

با استفاده از مولفه ولتاژ ، منبع تغذیه را با منبع تغذیه 5 ولت تغذیه کنید.

با استفاده از یک مولفه ولتاژ دوم ، آمپر را با پالس های تکراری بین 0.2 تا 2.3 ولت تا ورودی غیر وارونه آزمایش کنید.

با استفاده از منوی روبان LTspice. Op SPICE دستورالعمل تجزیه و تحلیل گذرا را در فاصله 500 میکروثانیه تنظیم کنید.

با استفاده از دستور. OP ، عملکرد شبیه سازی را با گزینه های زیر افزایش دهید:

. گزینه های gmin = 1e-10 abstol = 1e-10

.options plotwinsize = 0

جایی که:

• Gmin (جلوگیری از شناور شدن گره ها با تعریف یک رسانایی کوچک در دستگاه های غیر خطی)
• Abstol (محدوده تحمل جریان در هر نقطه از مدار)
• plotwinsize (کنترل فشرده سازی که در آن 0 فشرده سازی را نشان نمی دهد)

با استفاده از منوی نوار متن یک عنوان به طرحواره ما اضافه کنید:

مدل ملی نیمه هادی LMV321: تقویت کننده غیر معکوس

شماتیک را در فهرست راهنمای کاری خود به عنوان: test_LMV321.asc ذخیره کنید

شبیه سازی مدل ملی نیمه هادی LMV321 را که از وب سایت TI بارگیری شده است اجرا کنید:

روی نماد Run در منوی روبان LTspice کلیک کنید

V (خارج) و V (داخل+) را با استفاده از مکان نما روی سیم های مربوطه اندازه گیری کنید

توجه داشته باشید که همانطور که در بالا پیش بینی کردیم ، سود به صورت 2 نشان داده می شود.

دایرکتوری کاری شما باید این فایلها را داشته باشد:

• test_LMV321.asc
• LMV321.asy
• LMX321. FAM
• LMV321. MOD
• LMV3x_macromodel.mod

مرحله 6: ایجاد نماد LMX321 با شروع از نماد LMV321

نماد LMX321.asy را با ویژگیهای صحیح و فهرست پین / ترتیب فهرست ایجاد کنید

به دایرکتوری کاری خود بروید و مدل LMX321. FAM را با ویرایشگر متن مورد علاقه خود باز کنید تا اطلاعات. SUBCKT را مشاهده کنید (نمودار را ببینید). ما دو مرحله آخر را برای ساختن یک جزء op-amp جدید و یک مدار آزمایش تکرار می کنیم.

نماد LMV321.asy که قبلاً ایجاد شده است را از LTspice که در فهرست کار شما قرار دارد باز کنید:

فایل -> باز کردن -> LMV321.asy

توجه: اگر نماد LMV321.asy را زودتر ایجاد نکرده اید ، می توانید به جای آن نماد opamp2.asy را باز کنید.

از Attributes Editor برای تغییر نماد Value and Description استفاده کنید (نمودار را ببینید):

ویرایش -> ویژگیها -> ویرایشگر ویژگیها

• ارزش: LMX321
• توضیحات: شامل LMX321. FAM در شماتیک

روی OK کلیک کنید

از جدول پین برای تغییر ترتیب اتصالات برای تراز صحیح با دستور. SUBCKT استفاده کنید (نمودار را ببینید):

مشاهده -> جدول پین

لیست اتصال از 1 تا 5 به ترتیب متفاوت از لیست قبلی LMV321 op-amp است ، بنابراین ما باید جدول پین را برای نماد LMX321 به شرح زیر تغییر دهیم:

• در+ = 1
• در- = 3
• V+ (Vcc) = 5
• V- (Vee) = 2
• بیرون = 4

روی OK کلیک کنید

چرا؟ در توضیحات. SUBCKT در مدل متوجه می شویم که In+ به "1" اختصاص داده شده است ، بنابراین در+ Pin را در+ به 1 اختصاص می دهیم. اما In- در توضیحات. SUBCKT به "3" اختصاص داده شده است بنابراین ما در جدول پین خود In- را به 3 اختصاص می دهیم. و غیره

نماد جدید را به عنوان LMX321.asy در فهرست راهنمای کاری خود ذخیره کنید

دایرکتوری کاری شما باید این فایلها را داشته باشد:

• test_LMV321.asc
• LMX321.asy
• LMV321.asy
• LMX321. FAM
• LMV321. MOD
• LMV3x_macromodel.mod

مرحله 7: از شماتیک تست مجدد استفاده کنید و عملکرد LMX321 Op-amp را شبیه سازی کنید

مدل Op-amp LMX321 را در یک شبیه سازی آزمایش کنید

مدار آزمایش قبلی ما را باز کرده و مراجع op-amp را به LMX321 تغییر دهید:

فایل -> باز کردن -> test_LMV321.asc

مرجع به LMV321 op-amp را در شماتیک ما حذف کنید.

از گزینه component در منوی روبان LTspice برای قرار دادن op-amp LMX321.asy استفاده کنید.

با کلیک راست بر روی دستور. INC در نقشه شماتیک ، مرجع مدل را جایگزین کنید:

. INC LMX321. FAM

عنوان را جایگزین کنید تا هدف شماتیک جدید ما را منعکس کند:

مدل Maxim LMX321: تقویت کننده غیر معکوس

تمام عناصر دیگر طرحواره ثابت خواهند ماند.

شماتیک را در فهرست کار خود به عنوان test_LMX321.asc ذخیره کنید

شبیه سازی را برای مدل op-amp Maxim LMX321 اجرا کنید

روی نماد Run در منوی روبان LTspice کلیک کنید

V (خارج) و V (داخل+) را با استفاده از مکان نما روی سیم های مربوطه اندازه گیری کنید

توجه داشته باشید که همانطور که در بالا پیش بینی کردیم ، سود به صورت 2 نشان داده می شود.

دایرکتوری کاری شما باید این فایلها را داشته باشد:

• test_LMX321.asc
• test_LMV321.asc
• LMX321.asy
• LMV321.asy
• LMX321. FAM
• LMV321. MOD
• LMV3x_macromodel.mod

مرحله 8: ایجاد نماد LMV3x با شروع از نماد LMV321

نماد LMV3x.asy را با ویژگی های صحیح و جدول پین ایجاد کنید

به دایرکتوری کاری خود بروید و مدل LMV3x_macromodel.mod را با ویرایشگر متن مورد علاقه خود باز کنید تا اطلاعات. SUBCKT را مشاهده کنید (نمودار را ببینید).

نماد LMV321.asy که قبلاً ایجاد شده است را از LTspice که در فهرست کار شما قرار دارد باز کنید:

فایل -> باز کردن -> LMV321.asy

توجه: اگر نماد LMV321.asy را زودتر ایجاد نکرده اید ، می توانید به جای آن نماد opamp2.asy را باز کنید.

از Attributes Editor برای تغییر نماد Value and Description استفاده کنید (نمودار را ببینید):

ویرایش -> ویژگیها -> ویرایشگر ویژگیها

• ارزش: LM3x
• توضیحات: شامل LMV3x_macromodel.mod در شماتیک

روی OK کلیک کنید

از جدول پین برای تغییر ترتیب اتصالات برای تراز صحیح با دستور. SUBCKT استفاده کنید (نمودار را ببینید):

مشاهده -> جدول پین

لیست اتصال دارای اعداد نیست و پارامترها به ترتیب دیگری متفاوت از لیست دو گزینه قبلی. SUBCKT ما هستند. در دستور. SUBCKT نیازی به ورودی های عددی نیست ، اما باید جدول Pin را برای نماد LM3x تغییر دهیم تا با دستور opamp2.asy اصلی ما به صورت زیر مطابقت داشته باشد:

• در+ = 2
• در- = 1
• V+ (منبع تغذیه مثبت) = 4
• V- (منبع تغذیه منفی) = 5
• بیرون = 3

روی OK کلیک کنید

چرا؟ شرح. SUBCKT مربوط به 5 پین به ترتیب خاصی است. اولین ورودی را پین 1 می دانیم که پارامتر Inverting Input (In-) است. بنابراین ورودی ورودی را با استفاده از Pin Table به عنوان شماره 1 علامت گذاری می کنیم. ورودی دوم پین 2 خواهد بود که به عنوان ورودی غیر معکوس (In+) برچسب گذاری شده است. بنابراین ورودی In+ را با استفاده از Pin Table به عنوان شماره 2 علامت گذاری می کنیم

نماد جدید را در فهرست کار خود به عنوان LMV3x.asy ذخیره کنید. دایرکتوری کاری شما باید این فایلها را در حال حاضر داشته باشد:

• test_LMV321.asc
• LMV3x1.asy
• LMX321.asy
• LMV321.asy
• LMX321. FAM
• LMV321. MOD
• LMV3x_macromodel.mod

مرحله 9: استفاده مجدد از طرحواره و شبیه سازی عملکرد LMV3x Op-amp

مدل کامل LMV3 Op-amp و آزمایش در یک شبیه سازی

مدار آزمایشی اصلی ما را باز کرده و مراجع op-amp را به LMV3x تغییر دهید:

فایل -> باز کردن -> test_LMV321.asc

مرجع به LMV321 op-amp را در شماتیک ما حذف کنید.

از گزینه component در منوی روبان LTspice برای قرار دادن op-amp LMV3x.asy استفاده کنید

با کلیک راست بر روی دستور. INC در نقشه شماتیک ، مرجع مدل را جایگزین کنید:

. INC LMV3x_macromodel.mod

عنوان را جایگزین کنید تا هدف شماتیک جدید ما را منعکس کند:

مدل STMicroelectronics LM3x: تقویت کننده غیر معکوس

تمام عناصر دیگر طرحواره ثابت خواهند ماند.

شماتیک اصلاح شده را به عنوان test_LMV3x.asc در فهرست کار خود ذخیره کنید.

شبیه سازی را برای مدل op-amp STMicroelectronics LMV3x اجرا کنید

روی نماد Run در منوی روبان LTspice کلیک کنید

V (خارج) و V (داخل+) را با استفاده از مکان نما روی سیم های مربوطه اندازه گیری کنید

توجه داشته باشید که همانطور که در بالا پیش بینی کردیم ، سود به صورت 2 نشان داده می شود.

دایرکتوری کاری شما باید این فایلها را داشته باشد:

• test_LMV3x.asc
• test_LMX321.asc
• test_LMV321.asc
• LMX321.asy
• LMV321.asy
• LMX321. FAM
• LMV321. MOD
• LMV3x_macromodel.mod

مرحله 10: عملکرد مدل و نکات پایانی را مقایسه کنید

مدلهای شبیه سازی را در مدار جریان به ولتاژ مرور کنید

شبیه سازی های op-amp تقویت کننده غیر معکوس که ما تا کنون بررسی کرده ایم ، نتایج ثابتی را برای هر یک از سه مدل نشان می دهد. همانطور که پیش بینی کردیم ، افزایش ولتاژ 2.

من می خواهم یک شبیه سازی مدار دیگر با استفاده از هر یک از سه مدل برای شما بگذارم. مبدل جریان به ولتاژ "ضعیف" طراحی شده است. شماتیک یک Vout = Iin * R1 پیش بینی شده را نشان می دهد.

برای حداقل خطای ناشی از جریان بایاس ، مقدار پیشنهادی برای R2 باید برابر با R1 باشد. در مدار من عمداً از مقدار بسیار کمتری برای R2 استفاده می کنم تا سعی کنم تفاوت های مدل را خارج از شیوه های معمول طراحی نشان دهم. شبیه سازی همچنین باید به ما در تجسم خطای ضعیف طراحی پیش بینی شده از طریق واریانس بایاس کمک کند زیرا R1 و R2 یکسان نیستند.

در سه شبیه سازی ، Maxim LMX321 متفاوت ترین عملکرد را دارد از این جهت که Vout کم به نظر می رسد و هیچ گونه تعصبی در تعصب یا زنگ ندارد. در حالی که دو مدل دیگر ، STMicro's LMV3x و National Semi's LMV321 نتایج مورد انتظار Vout را به همراه برخی تفاوت در واریانس در جهت گیری یا رفتار زنگ نشان می دهند.

در نتیجه

من سه روش مختلف را در هنگام وارد کردن مدل های تولید کننده op-amp با استفاده از خانواده LMV321 برای LTspice نشان دادم. ما مدل ملی نیمه هادی LMV321 را از وب سایت TI ، مدل STMicroelectronics LMV3x و مدل MAXIM LMX321 را بررسی کردیم. این سه روش به شما کمک می کند تا مدل های op-amp را برای هر قسمت دیگر با استفاده از دستور. SUBCKT مدل همراه با ویژگی های LTspices و ویرایشگران Pin Table وارد کنید.

من همچنین نشان داده ام که برخی از مدلها بهتر از مدلهای دیگر عمل می کنند همانطور که با شماتیک مبدل ولتاژ به جریان نشان داده شده است. آزمایش دو یا چند مدل در طرح های شبیه سازی شما ممکن است به شما در دستیابی به نتایج قابل اطمینان تری برای نیازهای شما کمک کند.

منابع:

بارگیری و مستندات LTspice

www.analog.com/fa/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html

گروه LTspice - Yahoo Groups: تعداد زیادی فایل به اشتراک گذاشته شده ، پشتیبانی فعال از سوالات

groups.yahoo.com/neo/groups/LTspice/info

SPICE Quick Reference Sheet v1.0 ، Standford EE133 - Winter 2001: reference to. SUBCKT pp7-8

web.stanford.edu/class/ee133/handouts/general/spice_ref.pdf

مجموعه مدارهای آمپ: برنامه نیمه هادی ملی توجه 31 ، سپتامبر 2002: اشاره به تقویت کننده غیر وارونه و مدارهای op-amp تبدیل جریان به ولتاژ

www.ti.com/ww/en/bobpease/assets/AN-31.pdf

همه فایلهای مربوط به این دستورالعمل به صورت فایل زیپ در زیر قابل بارگیری هستند.

ltspice_lmv321_simulation_files.zip