Kā izmantot mikroshēmas pārdevēja op-Amp modeli LTSpice: 10 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:55

Ievads

LTspice ir bezmaksas SPICE simulācijas programmatūras rīks ar shematisku uztveršanu, viļņu formas skatītāju un daudziem uzlabojumiem, kas darbojas gan operētājsistēmā Windows, gan Mac OS X. Es to izmantoju, lai izpētītu ķēdes uzvedību un ātri eksperimentētu ar jaunām shēmām savai laboratorijai pirms PCB prototipa izveidošanas Shēmas plates) dizains. Mācīšanās līkni ir viegli iekarot, pateicoties Analog Devices, Yahoo LTspice atbalsta grupas atbalstam un tā saderībai ar visbiežāk izmantotajiem SPICE modeļiem, ko piegādā mikroshēmu pārdevēji.

Šī pamācība parādīs, kā iet tālāk par komponentu bibliotēku, kas piegādāta kopā ar LTspice, iekļaujot LMV321 op-amp modeli no trim dažādiem mikroshēmu pārdevējiem, lai izveidotu vienkāršu pastiprinātāja shematisku shēmu, kā parādīts zīmējumā. Katrs no šiem modeļiem izceļ dažādas metodes, kas pieejamas LTspice, lai izmantotu ar dažādiem komponentu modeļiem, kas tiek piegādāti no dažādām pārdevēju vietnēm. Katram no šiem modeļiem ir arī atšķirīgas veiktspējas iezīmes. Lai uzsvērtu šīs veiktspējas problēmas, es atkārtoti izmantoju šos trīs modeļus arī no strāvas līdz spriegumam.

Mērķauditorija ir tie, kuriem ir zināma pieredze komponentu ievietošanā shēmā un simulācijas palaišanā. Šīs apmācības beigās jūs zināt, kā ražotāja modeļos interpretēt komandu. SUBCKT lietošanai kopā ar LTspice opamp2 Pin tabulu un atribūtu redaktoriem, lai simulācijās izmantotu ražotāja detaļas.

1. darbība: lejupielādējiet SPICE modeļus, kas pieejami LMV321 Op-amp, no mikroshēmu piegādātājiem un ievietojiet jaunā direktorijā

Ražošanas SPICE modeļi

Šajā apmācībā mēs iekļausim trīs SPICE modeļus, kuru pamatā ir LMV321 op-amp. Sekojiet līdzi, kad es izklāstu soļus.

Izveidojiet mapi gaidāmajām LTspice shēmām, simboliem un modeļiem. Turpmāk es uz šo direktoriju atsaucos kā uz mūsu darba direktoriju.

Apmeklējiet šīs mikroshēmu pārdevēju vietnes, lai iegūtu SPICE modeļus LMV321 op-amp:

• TI vietne (izmanto Nacionālo pusvadītāju PSPICE modeli): LMV321
• Maksimālie darbības pastiprinātāji Makromodeļi: LMX321
• STMicroelectronics Macromodels: LMV3x opamp Macromodel

Skatiet trīs saistītās diagrammas konkrētiem failiem, ko lejupielādēt, rakstot šo pamācību. Nākotnē, iespējams, būs jāmeklē modeļu nosaukumi, ja mikroshēmu pārdevēji tos ir pārcēluši uz jaunām tīmekļa lapām.

Attiecībā uz TI un STMicro jūs kopētu modeli no lejupielādētajiem zip failiem savā darba direktorijā. Maxim modelim ar peles labo pogu noklikšķiniet uz LMX321. FAM faila viņu vietnē un saglabājiet to savā LTspice darba direktorijā.

Šī soļa beigās darba direktorijā jābūt šiem trim garšvielu modeļa failiem:

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

Katru no šiem failiem var atvērt ar teksta redaktoru, lai redzētu kopīgu struktūru:

• dokumentācija augšpusē,
• . SUBCKT komanda,
• garšvielu komandas, veidojot modeli.

2. darbība. Atveriet vispārējo 5 kontaktu LTspice Opamp2.asy simbolu

Opamp2.asy ir atkārtoti lietojams

Izvēlnē LTspice File Atveriet opamp2.asy simbolu no instalēšanas direktorijas.

Windows noklusējuma instalēšanai tas būtu:

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

Simbolam opamp2 nav piešķirts op-amp modelis. Tātad tas nedarbosies simulācijā. Šī iemesla dēļ tas ir labs sākuma bloks, jo tajā ir rasējums un saites, lai mēs varētu izveidot jebkuru op-amp, kas izmanto piecas kopējās tapas:

1. +
2. -
3. V+
4. V-
5. Ārā

Uzmanieties, lai kļūdas dēļ neatvērtu vienu no šiem līdzīgajiem simbolu failiem:

• opamp.asy (līdzīgi opamp2.asy, bet bez abām strāvas tapām)
• UniversalOpamp2.asy (pilnībā funkcionāls opamp ar vispārēju modeli)

3. darbība. Pārbaudiet, vai Opamp2.asy simbola tapas secība atbilst LMV321. SUBCKT tapas savienojuma informācijai

Piespraudes tabulas piešķiršana, izmantojot. SUBCKT

Atveriet LMV321 opamp modeli, kas iepriekš saglabāts kā LMV321. MOD savā darba direktorijā, izmantojot savu iecienīto teksta redaktoru. Augšpusē mēs varam atrast. SUBCKT paziņojumu.

. SUBCKT definē atkārtoti lietojamu SPICE netlist - līdzīgu funkcijai ar tās nosaukumu un saistītajiem parametriem programmatūras valodās. Ražotāja piegādātā op-amp apakšshēmas sintakse izskatās šādi:

. SUBCKT

… elementu paziņojumi…

. GALAS

Op-amp nosaukums ir ārēja atsauce uz op-amp nosaukumu, un 5 N ir pasūtīto elektrisko savienojumu saraksts ar op-amp, kā aprakstīts tieši virs komandas. SUBCKT. Elektriskie savienojumi var būt jebkurā secībā, bet mūsu opamp2 simbols pieņem šādu secību:

1. neinvertējoša ieeja (In+)
2. apgrieztā ieeja (In-)
3. pozitīvs barošanas avots (V+, Vss)
4. negatīvs barošanas avots (V-, Vee)
5. izeja (izeja)

Atveriet simbolu LMV321.asy mūsu darba direktorijā LTspice un skatiet tapu tabulu, lai kartētu savienojumu nosaukumus. SUBCKT ar savienojuma nosaukumiem mūsu simbolā:

Skats -> Pin tabula

Visi elektriskie savienojumi jau ir pareizajā kārtībā mūsu LTspice Pin tabulā, no 1 līdz 5 šādi:

• neinvertējoša ieeja (In+) = 1
• apgrieztā ieeja (In-) = 2
• pozitīvs barošanas avots (V+) = 3
• negatīvs barošanas avots (V-) = 4
• izeja (izeja) = 5

Tātad mums nebūs jāveic nekādas izmaiņas simbola tapas tabulā.

4. darbība: izveidojiet jaunā LMV321 simbola atribūtus un saglabājiet failu kā LMV321.asy

Opamp simbola atribūtu piešķiršana

Pēdējais solis pirms simbola faila saglabāšanas ir simbola nosaukšana, izmantojot atribūtu redaktoru. Mēs izmantosim to pašu nosaukumu, kas parādīts rindā. SUBCKT:

LMV321.

Izvēlnē atveriet atribūtu redaktoru:

Rediģēt -> Atribūti -> Rediģēt atribūtus

Veiciet šādas izmaiņas:

• Mainīt vērtību uz: LMV321 (izmantojiet to pašu nosaukumu, kas komandrindā. SUBCKT)
• Mainīt aprakstu uz: Iekļaut shematiski LMV321. MOD (vairāk par to vēlāk)

Noklikšķiniet uz Labi un saglabājiet opamp2.asy kā LMV321.asy savā darba direktorijā.

Piezīmes:

• Atstājiet X blakus prefiksam, lai norādītu, ka simbols tiks attēlots shematiski,
• Atstājiet simbola veidu kā šūnu, lai modeļa fails tiktu pareizi interpretēts,
• Nesaglabājiet modificēto opamp2.asy simbolu atpakaļ LTspice bibliotēkā vai arī citas shēmas, kas var paļauties uz šo failu, var būt bojātas,
• Ja jūs pieļāvāt šo kļūdu (kā es to darīju vienu reizi), varat atjaunot sākotnējo opamp2.asy failu ar atkārtotu sinhronizāciju, izmantojot komandu: Tools -> Sync Release.

Jūsu darba direktorijā tagad vajadzētu būt šādiem failiem:

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

5. darbība: izveidojiet testa shēmu un simulējiet LMV321 Op-amp veiktspēju

Pārbaudiet LMV321 Op-amp modeli simulācijā

Atveriet jaunu shēmu no LTspice: Fails -> Jauna shēma

Mēs izveidosim op-amp testa shēmu, kuras pamatā ir neinvertējošs pastiprinātājs ar pastiprinājumu 2:

Ieguvums = 1 + Rf / Rin

Pievienojiet mūsu jaunizveidoto komponentu LMV321.asy no sava darba direktorija, izmantojot komandu LTspice lentes izvēlnes komponenta komanda.

Padoms: Daudzi LTspice lietotāji nezina, ka simbola direktorijs ir jāmaina uz savu darba direktoriju. Lai pārvaldītu piekļuvi jaunajiem failiem, pārslēdziet vienumu "Top Directory" uz to darba direktoriju.

Barojiet op-amp ar 5 voltu barošanu, izmantojot sprieguma komponentu.

Pārbaudiet op-amp ar atkārtotiem impulsiem diapazonā no 0,2 līdz 2,3 voltiem līdz neinvertējošai ieejai, izmantojot otru sprieguma komponentu.

Iestatiet pārejošu analīzi 500 mikrosekundes intervālā, izmantojot LTspice lentes izvēlni. Opp SPICE direktīvas komanda.

Palieliniet simulācijas veiktspēju, izmantojot šādas opcijas, izmantojot komandu. OP:

.opcijas gmin = 1e-10 abstol = 1e-10

. opcijas plotwinsize = 0

Kur:

• Gmin (novērš mezglu peldēšanu, nosakot nelielu vadītspēju nelineārās ierīcēs)
• Abstol (ierobežojiet pielaidi strāvām jebkurā ķēdes vietā)
• plotwinsize (saspiešanas kontrole, kur 0 norāda, ka nav saspiešanas)

Pievienojiet nosaukumu mūsu shēmai, izmantojot lentes izvēlni Teksts:

Nacionālais pusvadītāju LMV321 modelis: neinvertējošs pastiprinātājs

Saglabājiet shēmu savā darba direktorijā kā: test_LMV321.asc

Palaidiet simulāciju National Semiconductor LMV321 modelim, kas lejupielādēts no TI vietnes:

LTspice lentes izvēlnē noklikšķiniet uz ikonas Palaist

Izmēriet V (izeja) un V (ieeja+), izmantojot kursoru virs saistītajiem vadiem

Ņemiet vērā, ka pieaugums tiek parādīts kā 2, kā mēs iepriekš paredzējām.

Jūsu darba direktorijā tagad vajadzētu būt šādiem failiem:

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

6. darbība: izveidojiet simbolu LMX321, sākot ar simbolu LMV321

Izveidojiet LMX321.asy simbolu ar pareiziem atribūtiem un pin sarakstu / netlist secību

Dodieties uz savu darba direktoriju un atveriet LMX321. FAM modeli ar savu iecienītāko teksta redaktoru, lai skatītu. SUBCKT informāciju (skatiet diagrammu). Mēs atkārtojam pēdējās divas darbības, lai izveidotu jaunu op-amp komponentu un testa ķēdi.

Atveriet mūsu iepriekš izveidoto LMV321.asy simbolu no LTspice, kas atrodas jūsu darba direktorijā:

Fails -> Atvērt -> LMV321.asy

Piezīme. Ja neesat izveidojis simbolu LMV321.asy agrāk, varat atvērt opamp2.asy simbolu.

Izmantojiet atribūtu redaktoru, lai mainītu simbolu Vērtība un apraksts (skatiet diagrammu):

Rediģēt -> Atribūti -> Atribūtu redaktors

• Vērtība: LMX321
• Apraksts: shematiski iekļaujiet LMX321. FAM

Noklikšķiniet uz Labi

Izmantojiet piespraudes tabulu, lai mainītu savienojumu secību, lai pareizi sakristu ar komandu. SUBCKT (skatiet diagrammu):

Skats -> Pin tabula

Savienojumu saraksts no 1 līdz 5 ir citā secībā nekā mūsu iepriekšējā LMV321 op-amp saraksts, tāpēc mums būs jāmaina LMX321 simbola pin tabula šādi:

• Pēc+ = 1
• In- = 3
• V+ (Vcc) = 5
• V- (Vee) = 2
• Izeja = 4

Noklikšķiniet uz Labi

Kāpēc? Modeļa aprakstā. SUBCKT mēs atklājam, ka In+ ir piešķirts "1", tāpēc mūsu Pin tabulā mēs piešķiram In+ līdz 1. Bet In- ir piešķirts "3" aprakstā. SUBCKT, tāpēc mēs savā Pin tabulā piešķiram In-3. Un tā tālāk

Saglabājiet jauno simbolu savā darba direktorijā kā LMX321.asy

Jūsu darba direktorijā tagad vajadzētu būt šādiem failiem:

• test_LMV321.asc
• LMX321.viegls
• LMV321.vienkāršs
• LMX321. FAM
• LMV321. MOD
• LMV3x_macromodel.mod

7. solis: atkārtoti izmantojiet testa shēmu un simulējiet LMX321 Op-amp veiktspēju

Pārbaudiet LMX321 Op-amp modeli simulācijā

Atveriet mūsu iepriekšējo testa ķēdi un mainiet op-amp atsauces uz LMX321:

Fails -> Atvērt -> test_LMV321.asc

Izdzēsiet atsauci uz LMV321 op-amp mūsu shēmā.

Izmantojiet komponenta opciju LTspice lentes izvēlnē, lai ievietotu LMX321.asy op-amp.

Aizstājiet atsauci uz modeli, shematiskajā zīmējumā ar peles labo pogu noklikšķinot uz komandas. INC ar:

. INC LMX321. FAM

Nomainiet nosaukumu, lai atspoguļotu mūsu jauno shematisko mērķi:

Maxim LMX321 modelis: neinvertējošs pastiprinātājs

Visi pārējie shēmas elementi paliks nemainīgi.

Saglabājiet shēmu savā darba direktorijā kā test_LMX321.asc

Izpildiet simulāciju Maxim LMX321 op-amp modelim

LTspice lentes izvēlnē noklikšķiniet uz ikonas Palaist

Izmēriet V (izeja) un V (ieeja+), izmantojot kursoru virs saistītajiem vadiem

Ņemiet vērā, ka pieaugums tiek parādīts kā 2, kā mēs iepriekš paredzējām.

Jūsu darba direktorijā tagad vajadzētu būt šādiem failiem:

• test_LMX321.asc
• test_LMV321.asc
• LMX321.viegls
• LMV321.vienkāršs
• LMX321. FAM
• LMV321. MOD
• LMV3x_macromodel.mod

8. darbība: izveidojiet simbolu LMV3x, sākot ar simbolu LMV321

Izveidojiet simbolu LMV3x.asy ar pareiziem atribūtiem un tapu tabulu

Dodieties uz savu darba direktoriju un atveriet modeli LMV3x_macromodel.mod ar savu iecienītāko teksta redaktoru, lai skatītu. SUBCKT informāciju (skatiet diagrammu).

Atveriet mūsu iepriekš izveidoto LMV321.asy simbolu no LTspice, kas atrodas jūsu darba direktorijā:

Fails -> Atvērt -> LMV321.asy

Piezīme. Ja neesat izveidojis simbolu LMV321.asy agrāk, varat atvērt opamp2.asy simbolu.

Izmantojiet atribūtu redaktoru, lai mainītu simbolu Vērtība un apraksts (skatiet diagrammu):

Rediģēt -> Atribūti -> Atribūtu redaktors

• Vērtība: LM3x
• Apraksts: shematiski iekļaujiet LMV3x_macromodel.mod

Noklikšķiniet uz Labi

Izmantojiet piespraudes tabulu, lai mainītu savienojumu secību, lai pareizi sakristu ar komandu. SUBCKT (skatiet diagrammu):

Skats -> Pin tabula

Savienojumu sarakstam nav skaitļu, un parametri ir citā secībā nekā iepriekšējo divu op-amp. SUBCKT saraksts. Komandā. SUBCKT nav nepieciešami ciparu ieraksti, bet mums būs jāmaina LM3x simbola Pin tabula, lai tā atbilstu mūsu sākotnējai opamp2.asy secībai:

• Pēc+ = 2
• In- = 1
• V+ (pozitīvs barošanas avots) = 4
• V- (negatīvs barošanas avots) = 5
• Izeja = 3

Noklikšķiniet uz Labi

Kāpēc? 5 tapas. SUBCKT apraksts ir noteiktā secībā. Pirmais ieraksts tiek uzskatīts par tapu 1, kas ir parametrs Inverting Input (In-). Tātad, izmantojot Pin tabulu, mēs atzīmējam ierakstu kā 1. Otrais ieraksts būs 2. tapa, kas tiek apzīmēts kā neinvertējoša ieeja (In+). Tātad mēs atzīmējam ierakstu In+, izmantojot Pin tabulu kā skaitli 2. Un tā tālāk

Saglabājiet jauno simbolu savā darba direktorijā kā LMV3x.asy Jūsu darba direktorijā tagad jābūt šādiem failiem:

• test_LMV321.asc
• LMV3x1.viegli
• LMX321.viegls
• LMV321.vienkāršs
• LMX321. FAM
• LMV321. MOD
• LMV3x_macromodel.mod

9. solis: atkārtoti izmantojiet testa shēmu un simulējiet LMV3x Op-amp veiktspēju

Pabeigt LMV3 Op-amp modeli un testu simulācijā

Atveriet mūsu sākotnējo testa ķēdi un mainiet op-amp atsauces uz LMV3x:

Fails -> Atvērt -> test_LMV321.asc

Izdzēsiet atsauci uz LMV321 op-amp mūsu shēmā.

Izmantojiet komponenta opciju LTspice lentes izvēlnē, lai ievietotu LMV3x.asy op-amp

Aizstājiet atsauci uz modeli, shematiskajā zīmējumā ar peles labo pogu noklikšķinot uz komandas. INC ar:

. INC LMV3x_macromodel.mod

Nomainiet nosaukumu, lai atspoguļotu mūsu jauno shematisko mērķi:

STMicroelectronics LM3x modelis: neinvertējošs pastiprinātājs

Visi pārējie shēmas elementi paliks nemainīgi.

Saglabājiet modificēto shēmu savā darba direktorijā kā test_LMV3x.asc.

Izpildiet simulāciju STMicroelectronics LMV3x op-amp modelim

LTspice lentes izvēlnē noklikšķiniet uz ikonas Palaist

Izmēriet V (izeja) un V (ieeja+), izmantojot kursoru virs saistītajiem vadiem

Ņemiet vērā, ka pieaugums tiek parādīts kā 2, kā mēs iepriekš paredzējām.

Jūsu darba direktorijā tagad vajadzētu būt šādiem failiem:

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

10. solis: salīdziniet modeļa veiktspēju un noslēguma piezīmes

Pārskatiet simulācijas modeļus strāvas un sprieguma ķēdē

Līdz šim izpētītās neinvertējošās pastiprinātāja op-amp simulācijas parāda konsekventus rezultātus katram no trim modeļiem. Proti, sprieguma pieaugums 2, kā mēs paredzējām.

Es vēlētos atstāt jums vēl vienu ķēdes simulāciju, izmantojot katru no trim modeļiem. "Slikti" izstrādāts strāvas un sprieguma pārveidotājs. Shēma parāda paredzamo Vout = Iin * R1.

Minimālai kļūdai strāvas dēļ, ieteicamajai R2 vērtībai jābūt tādai pašai kā R1. Savā ķēdē es apzināti izmantoju daudz zemāku R2 vērtību, mēģinot atklāt modeļu atšķirības ārpus parastās projektēšanas prakses. Simulācijai vajadzētu arī palīdzēt mums vizualizēt slikto dizaina kļūdu, kas tika prognozēta, izmantojot novirzes, jo R1 un R2 nav vienādi.

Trīs simulācijās Maxim LMX321 darbojas visatšķirīgāk, jo šķiet, ka Vout ir zems un nav atšķirību neobjektivitātē vai zvana signālā. Kamēr pārējie divi modeļi, STMicro LMV3x un National Semi's LMV321 parāda gaidītos Vout rezultātus, kā arī dažas atšķirības novirzēs vai zvana uzvedībā.

Noslēgumā

Esmu parādījis trīs dažādas metodes, kas radušās, importējot ražotāja op-amp modeļus, izmantojot LMV321 saimi LTspice. Mēs pārskatījām National Semiconductor LMV321 modeli no TI tīmekļa vietnes, STMicroelectronics LMV3x modeļa un MAXIM LMX321 modeļa. Šīm trim metodēm vajadzētu palīdzēt importēt op-amp modeļus jebkurai citai daļai, izmantojot modeļa komandu. SUBCKT kopā ar LTspices atribūtiem un Pin tabulu redaktoriem.

Esmu arī parādījis, ka daži modeļi darbojas labāk nekā citi, kā parādīts strāvas pārveidotāja shēmā. Divu vai vairāku modeļu testēšana simulācijas dizainā var palīdzēt iegūt ticamākus rezultātus jūsu vajadzībām.

Atsauces:

LTspice lejupielāde un dokumentācija

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

LTspice grupa - Yahoo Groups: daudz koplietotu failu, aktīvs jautājumu atbalsts

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

SPICE Quick Reference Sheet v1.0, Standford EE133 - 2001. gada ziema: atsauce uz. SUBCKT 7. -8. Lpp.

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

Op Amp Circuit Collection: National Semiconductor Application Note 31. piezīme, 2002. gada septembris: atsauce uz pastiprinātāju, kas nav invertējošs, un strāvas un sprieguma pārveidošanas op-amp shēmas

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

Visi ar šo pamācību saistītie faili ir pieejami lejupielādei kā zip fails zemāk.

ltspice_lmv321_simulation_files.zip