Ako používať model operačného zosilňovača dodávateľa čipu v LTSpice: 10 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Úvod

LTspice je bezplatný softvérový nástroj na simuláciu SPICE so schematickým zachytávaním, zobrazovaním kriviek a mnohými vylepšeniami, ktorý beží na operačnom systéme Windows aj Mac OS X. Používam ho na skúmanie správania obvodov a rýchle experimentovanie s novými obvodmi pre moje laboratórium pred prototypovaním DPS (tlačené Obvodová doska). Krivku učenia sa dá ľahko dobyť vďaka podpore zo strany Analog Devices, skupiny Yahoo LTspice Support Group a kompatibilite s väčšinou bežných modelov SPICE dodávaných predajcami čipov.

Tento inštrukčný návod ukáže, ako ísť nad rámec knižnice komponentov dodávanej s LTspice začlenením modelu operačného zosilňovača LMV321 od troch rôznych dodávateľov čipov na vytvorenie jednoduchej schémy zosilňovača, ako je znázornené na obrázku. Každý z týchto modelov zdôrazňuje rôzne metódy dostupné v rámci LTspice na použitie so širokou škálou modelov komponentov dodávaných z rôznych webových stránok dodávateľov. Každý z týchto modelov má aj iné výkonové vlastnosti. Aby som zdôraznil tieto problémy s výkonom, znova používam tieto tri modely v prevedení prúd-napätie.

Cieľovým publikom sú tí, ktorí majú určité skúsenosti s umiestnením komponentov na schému a so simuláciou. Na konci tohto tutoriálu budete vedieť, ako interpretovať príkaz. SUBCKT v modeloch výrobcov na použitie s editormi pinových tabuliek a atribútov LTspice LTspice a používať diely výrobcov vo vašich simuláciách.

Krok 1: Stiahnite si modely SPICE dostupné pre operačný zosilňovač LMV321 od predajcov čipov a umiestnite do nového adresára

Výrobné modely SPICE

Do tohto tutoriálu začleníme tri modely SPICE založené na operačnom zosilňovači LMV321. Postupujte podľa nižšie uvedených pokynov.

Vytvorte priečinok pre svoje nadchádzajúce schémy, symboly a modely LTspice. Tento adresár budem v budúcnosti označovať ako náš pracovný adresár.

Navštívte tieto webové stránky dodávateľov čipov a extrahujte modely SPICE pre operačný zosilňovač LMV321:

• Webová stránka TI (používa model PSPICE National Semiconductor): LMV321
• Maximálne operačné zosilňovače Macromodels: LMX321
• Makromodely STMicroelectronics: makromodel LMV3x

Pri písaní tohto pokynu si pozrite tri súvisiace diagramy, kde nájdete konkrétne súbory na stiahnutie. V budúcnosti budete možno musieť hľadať názvy modelov, ak ich predajcovia čipov presunuli na nové webové stránky.

V prípade TI a STMicro by ste skopírovali model zo stiahnutých súborov zip do pracovného adresára. V prípade modelu Maxim by ste pravým tlačidlom myši klikli na súbor LMX321. FAM na jeho webovej stránke a uložili ho do pracovného adresára LTspice.

Na konci tohto kroku by ste mali mať vo svojom pracovnom adresári tieto tri súbory modelu korenia:

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

Každý z týchto súborov je možné otvoriť v textovom editore, aby ste videli spoločnú štruktúru:

• dokumentácia v hornej časti,
• Príkaz. SUBCKT,
• korenie príkazy zostavenie modelu.

Krok 2: Otvorte všeobecný 5-pólový symbol LTspice Opamp2.asy

Opamp2.asy je opakovane použiteľný

Z ponuky Súbor LTspice Otvorte symbol opamp2.asy zo svojho inštalačného adresára.

Pre predvolenú inštaláciu systému Windows by to bolo:

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

K symbolu opamp2 nie je priradený žiadny model operačného zosilňovača. Nebude to teda bežať v simulácii. Z tohto dôvodu je to dobrý štartovací blok, pretože obsahuje kresbu a odkazy na vytvorenie akéhokoľvek operačného zosilňovača, ktorý používa päť bežných pinov:

1. V+
2. In-
3. V+
4. V-
5. Von

Dávajte pozor, aby ste omylom neotvorili jeden z týchto podobných súborov symbolov:

• opamp.asy (podobné ako opamp2.asy, ale bez dvoch napájacích kolíkov)
• UniversalOpamp2.asy (plne funkčný operačný zosilňovač s generickým modelom)

Krok 3: Overte, či poradie pinov symbolu Opamp2.asy súhlasí s informáciami o pripojení pinov LMV321. SUBCKT

Priradenie tabuľky pinov pomocou. SUBCKT

Otvorte model operačného zosilňovača LMV321, ktorý bol predtým uložený ako LMV321. MOD, vo svojom pracovnom adresári pomocou obľúbeného textového editora. V hornej časti nájdete príkaz. SUBCKT.

. SUBCKT definuje opakovane použiteľný netlist SPICE - podobný funkcii s názvom a priradenými parametrami v softvérových jazykoch. Syntax subobvodu pre operačný zosilňovač dodaný výrobcom vyzerá takto:

. SUBCKT

… elementárne vyhlásenia …

. KONČÍ

Názov operačného zosilňovača je externý odkaz na názov operačného zosilňovača a 5 N je zoznam usporiadaných elektrických pripojení k operačnému zosilňovaču, ako je popísané priamo nad príkazom. SUBCKT. Elektrické pripojenia môžu byť v ľubovoľnom poradí, ale náš symbol opamp2 predpokladá toto poradie:

1. neinvertujúci vstup (In+)
2. invertujúci vstup (In-)
3. kladné napájanie (V+, Vss)
4. záporné napájanie (V-, Vee)
5. výstup (výstup)

Otvorte symbol LMV321.asy v našom pracovnom adresári v rámci LTspice a zobrazením tabuľky pinov namapujte názvy spojení v. SUBCKT na názvy spojení v našom symbole:

Zobraziť -> Pripnúť tabuľku

Všetky elektrické pripojenia sú už v správnom poradí pre našu tabuľku pinov LTspice, od 1 do 5 takto:

• neinvertujúci vstup (In+) = 1
• invertujúci vstup (In-) = 2
• kladný zdroj energie (V+) = 3
• záporné napájanie (V-) = 4
• výstup (Out) = 5

V tabuľke pinov symbolu teda nebudeme musieť vykonávať žiadne zmeny.

Krok 4: Vytvorte atribúty pre nový symbol LMV321 a uložte súbor ako LMV321.asy

Priradenie symbolu operačného symbolu

Posledným krokom pred uložením súboru symbolov je pomenovanie symbolu pomocou editora atribútov. Budeme používať rovnaký názov, ako je uvedené v riadku. SUBCKT:

LMV321.

V ponuke otvorte editor atribútov:

Upraviť -> Atribúty -> Upraviť atribúty

Vykonajte nasledujúce zmeny:

• Zmeňte hodnotu na: LMV321 (použite rovnaký názov ako v príkazovom riadku. SUBCKT)
• Zmeniť popis na: Zahrnúť LMV321. MOD do schémy (viac o tom neskôr)

Kliknite na tlačidlo OK a uložte súbor opamp2.asy ako LMV321.asy do pracovného adresára.

Poznámky:

• Nechajte X vedľa predpony, aby ste naznačili, že sa symbol zobrazí schematicky,
• Typ symbolu nechajte ako bunku, aby bol súbor modelu interpretovaný správne,
• Neukladajte upravený symbol opamp2.asy späť do knižnice LTspice alebo môže byť poškodená iná schéma, ktorá sa môže spoliehať na tento súbor,
• Ak ste urobili túto chybu (ako som to urobil raz), môžete pôvodný súbor opamp2.asy obnoviť opätovnou synchronizáciou pomocou príkazu: Nástroje -> Synchronizovať vydanie.

Váš pracovný adresár by teraz mal mať tieto súbory:

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

Krok 5: Vytvorte schému testu a simulujte výkon operačného zosilňovača LMV321

Testujte model operačného zosilňovača LMV321 na simulácii

Otvorte novú schému z LTspice: Súbor -> Nová schéma

Vytvoríme testovací obvod operačného zosilňovača na základe neinvertujúceho zosilňovača so ziskom 2:

Zisk = 1 + Rf / Rin

Pridajte náš novovytvorený komponent LMV321.asy z pracovného adresára pomocou príkazu komponentu ponuky pásu nástrojov LTspice.

Tip: Mnoho používateľov LTspice si nie je vedomých toho, že by museli zmeniť adresár symbolu na svoj pracovný adresár. Ak chcete spravovať prístup k novým súborom, prepnite položku „Najlepší adresár“do ich pracovného adresára.

Napájajte operačný zosilňovač napájaním 5 voltov pomocou napäťovej zložky.

Otestujte operačný zosilňovač s opakujúcimi sa impulzmi v rozsahu od 0,2 do 2,3 voltov na neinvertujúcom vstupe pomocou druhého komponentu napätia.

Nastavte prechodovú analýzu v intervale 500 mikrosekúnd pomocou ponuky pásu LTspice. Príkaz direktívy SPICE.

Zvýšte výkon simulácie pomocou nasledujúcich možností pomocou príkazu. OP:

.možnosti gmin = 1e-10 abstol = 1e-10

.options plotwinsize = 0

Kde:

• Gmin (zabrániť plávaniu uzlov definovaním malej vodivosti medzi nelineárnymi zariadeniami)
• Abstol (obmedzte toleranciu prúdov kdekoľvek v obvode)
• plotwinsize (kontrola kompresie, kde 0 znamená žiadne prekompenzovanie)

Pridajte názov do našej schémy pomocou ponuky Textový pás s nástrojmi:

Model National Semiconductor LMV321: neinvertujúci zosilňovač

Schému uložte do pracovného adresára ako: test_LMV321.asc

Spustite simuláciu pre model National Semiconductor LMV321 stiahnutý z webu TI:

V ponuke pásu LTspice kliknite na ikonu Spustiť

Zmerajte V (von) a V (In+) pomocou kurzora nad súvisiacimi vodičmi

Zisk je uvedený ako 2, ako sme predpovedali vyššie.

Váš pracovný adresár by teraz mal mať tieto súbory:

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

Krok 6: Vytvorte symbol LMX321 od symbolu LMV321

Vytvorte symbol LMX321.asy so správnymi atribútmi a poradím pin / netlist

Prejdite do svojho pracovného adresára a otvorte model LMX321. FAM vo svojom obľúbenom textovom editore, aby ste zobrazili informácie. SUBCKT (pozri diagram). Zopakujeme posledné dva kroky na vybudovanie nového komponentu operačného zosilňovača a testovacieho obvodu.

Otvorte náš predtým vytvorený symbol LMV321.asy z LTspice umiestnený vo vašom pracovnom adresári:

Súbor -> Otvoriť -> LMV321.asy

Poznámka: Ak ste nevytvorili symbol LMV321.asy skôr, môžete namiesto toho otvoriť symbol opamp2.asy.

Pomocou editora atribútov zmeňte symbol Hodnota a Popis (pozri diagram):

Upraviť -> Atribúty -> Editor atribútov

• Hodnota: LMX321
• Popis: Zahrnúť LMX321. FAM do schémy

Kliknite na tlačidlo OK

Pomocou tabuľky pinov zmeňte poradie pripojení tak, aby boli správne zarovnané s príkazom. SUBCKT (pozri diagram):

Zobraziť -> Pripnúť tabuľku

Zoznam pripojení od 1 do 5 je v inom poradí ako zoznam pre náš predchádzajúci operačný zosilňovač LMV321, takže budeme musieť zmeniť tabuľku pinov pre symbol LMX321 nasledovne:

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

Kliknite na tlačidlo OK

Prečo? V popise. SUBCKT v modeli zistíme, že In+ je priradené k „1“, takže v našej tabuľke pinov priradíme In+ k 1. Ale In- je v popise. SUBCKT priradený k "3", takže v našej tabuľke pinov priradíme In- až 3. A tak ďalej

Uložte nový symbol do svojho pracovného adresára ako LMX321.asy

Váš pracovný adresár by teraz mal mať tieto súbory:

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

Krok 7: Znovu použite schému testu a simulujte výkon operačného zosilňovača LMX321

Otestujte model operačného zosilňovača LMX321 na simulácii

Otvorte náš predchádzajúci testovací obvod a zmeňte referencie operačného zosilňovača na LMX321:

Súbor -> Otvoriť -> test_LMV321.asc

Odstráňte odkaz na operačný zosilňovač LMV321 v našej schéme.

Pomocou možnosti komponentu v ponuke pásky LTspice umiestnite operačný zosilňovač LMX321.asy.

Nahraďte odkaz na model kliknutím pravým tlačidlom myši na príkaz. INC v schematickom výkrese:

. INC LMX321. FAM

Nahraďte názov, aby odrážal náš nový schematický účel:

Model Maxim LMX321: neinvertujúci zosilňovač

Všetky ostatné prvky schémy zostanú rovnaké.

Schému uložte do pracovného adresára ako test_LMX321.asc

Spustite simuláciu pre model operačného zosilňovača Maxim LMX321

V ponuke pásu LTspice kliknite na ikonu Spustiť

Zmerajte V (von) a V (In+) pomocou kurzora nad súvisiacimi vodičmi

Zisk je uvedený ako 2, ako sme predpovedali vyššie.

Váš pracovný adresár by teraz mal mať tieto súbory:

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

Krok 8: Vytvorte symbol LMV3x od symbolu LMV321

Vytvorte symbol LMV3x.asy so správnymi atribútmi a tabuľkou pinov

Prejdite do svojho pracovného adresára a otvorte model LMV3x_macromodel.mod pomocou svojho obľúbeného textového editora, aby ste zobrazili informácie. SUBCKT (pozri diagram).

Otvorte náš predtým vytvorený symbol LMV321.asy z LTspice umiestnený vo vašom pracovnom adresári:

Súbor -> Otvoriť -> LMV321.asy

Poznámka: Ak ste nevytvorili symbol LMV321.asy skôr, môžete namiesto toho otvoriť symbol opamp2.asy.

Pomocou editora atribútov zmeňte symbol Hodnota a Popis (pozri diagram):

Upraviť -> Atribúty -> Editor atribútov

• Hodnota: LM3x
• Popis: Zahrnúť LMV3x_macromodel.mod do schémy

Kliknite na tlačidlo OK

Pomocou tabuľky pinov zmeňte poradie pripojení tak, aby boli správne zarovnané s príkazom. SUBCKT (pozri diagram):

Zobraziť -> Pripnúť tabuľku

Zoznam pripojení nemá čísla a parametre sú v inom poradí ako zoznam našich dvoch predchádzajúcich operačných zosilňovačov. SUBCKT. V príkaze. SUBCKT nie je potrebné zadávať číselné údaje, ale budeme musieť zmeniť tabuľku pinov pre symbol LM3x tak, aby zodpovedala nášmu pôvodnému poradiu opamp2.asy nasledovne:

• V+ = 2
• In- = 1
• V+ (pozitívny zdroj napájania) = 4
• V- (negatívny zdroj napájania) = 5
• Out = 3

Kliknite na tlačidlo OK

Prečo? Popis. SUBCKT 5 pinov je v konkrétnom poradí. Prvým záznamom je pin 1, ktorý je parametrom Invertujúceho vstupu (In-). Označíme teda vstupný vstup pomocou tabuľky pinov ako číslo 1. Druhým záznamom bude pin 2, ktorý je označený ako neinvertujúci vstup (In+). Označíme teda vstup In+ pomocou Pin tabuľky ako číslo 2. A tak ďalej

Uložte nový symbol do pracovného adresára ako LMV3x.asy Váš pracovný adresár by teraz mal mať tieto súbory:

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

Krok 9: Znovu použite schému testu a simulujte výkon operačného zosilňovača LMV3x

Kompletný model operačného zosilňovača LMV3 a test v simulácii

Otvorte náš pôvodný testovací obvod a zmeňte referencie operačného zosilňovača na LMV3x:

Súbor -> Otvoriť -> test_LMV321.asc

Odstráňte odkaz na operačný zosilňovač LMV321 v našej schéme.

Pomocou možnosti komponentu v ponuke pása s nástrojmi LTspice umiestnite operačný zosilňovač LMV3x.asy

Nahraďte odkaz na model kliknutím pravým tlačidlom myši na príkaz. INC v schematickom výkrese:

. INC LMV3x_macromodel.mod

Nahraďte názov, aby odrážal náš nový schematický účel:

Model STMicroelectronics LM3x: neinvertujúci zosilňovač

Všetky ostatné prvky schémy zostanú rovnaké.

Upravenú schému uložte ako test_LMV3x.asc do pracovného adresára.

Spustite simuláciu pre model operačného zosilňovača STMicroelectronics LMV3x

V ponuke pásu LTspice kliknite na ikonu Spustiť

Zmerajte V (von) a V (In+) pomocou kurzora nad súvisiacimi vodičmi

Zisk je uvedený ako 2, ako sme predpovedali vyššie.

Váš pracovný adresár by teraz mal mať tieto súbory:

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

Krok 10: Porovnajte výkonnosť modelu a záverečné poznámky

Prezrite si simulačné modely v obvode prúd - napätie

Simulácie neinvertujúceho zosilňovača operačného zosilňovača, ktoré sme doteraz skúmali, ukazujú konzistentné výsledky pre každý z troch modelov. Menovite zosilnenie napätia 2, ako sme predpovedali.

Chcel by som vám nechať ešte jednu simuláciu obvodu pomocou každého z troch modelov. „Zle“navrhnutý menič prúdu na napätie. Schéma ukazuje predpovedaný Vout = Iin * R1.

Pre minimálnu chybu spôsobenú predpätím by mala byť navrhovaná hodnota pre R2 rovnaká ako pre R1. V mojom obvode zámerne používam oveľa nižšiu hodnotu pre R2 v snahe odhaliť modelové rozdiely mimo bežných konštrukčných postupov. Simulácia by nám mala tiež pomôcť vizualizovať zlú konštrukčnú chybu predpovedanú pomocou odchýlky v zaujatosti, pretože R1 a R2 nie sú rovnaké.

V troch simuláciách funguje Maxim LMX321 najrozmanitejšie v tom, že Vout sa zdá byť nízky a nemá odchýlky v zaujatosti alebo vyzváňaní. Zatiaľ čo ostatné dva modely, LMV3x od STMicro a LMV321 od National Semi, ukazujú očakávané výsledky Vout spolu s určitými rozdielmi v odchýlkach v zaujatosti alebo vyzváňacom správaní.

Na záver

Ukázal som tri rôzne metódy, ktoré sa vyskytli pri importe modelov operačných zosilňovačov od výrobcu pomocou rodiny LMV321 pre LTspice. Skontrolovali sme model National Semiconductor LMV321 z webovej stránky TI, model STMicroelectronics LMV3x a model MAXIM LMX321. Tieto tri metódy by vám mali pomôcť importovať modely operačných zosilňovačov pre akúkoľvek inú časť pomocou príkazu modelu. SUBCKT spolu s atribútmi LTspices a editormi Pin Table.

Tiež som ukázal, že niektoré modely fungujú lepšie ako ostatné, ako je znázornené na schéme meniča napätia na prúd. Testovanie dvoch alebo viacerých modelov vo vašich simulačných návrhoch vám môže pomôcť získať spoľahlivejšie výsledky pre vaše potreby.

Referencie:

LTspice na stiahnutie a dokumentácia

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

Skupina LTspice - Skupiny Yahoo: veľa zdieľaných súborov, aktívna podpora pre otázky

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

Zbierka obvodov operačného zosilňovača: Poznámka k aplikácii National Semiconductor 31, september 2002: odkaz na neinvertujúci zosilňovač a obvody zosilňovača na prevod prúdu na napätie

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

Všetky súbory súvisiace s týmto pokynom sú k dispozícii na stiahnutie ako súbor zip nižšie.

ltspice_lmv321_simulation_files.zip