כיצד להשתמש במודל אופ-אמפר של ספק צ'יפ ב- LTSpice: 10 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

מבוא

LTspice הוא כלי תוכנת סימולציה SPICE בחינם עם לכידה סכמטית, צורת גל, ושיפורים רבים הפועלים הן ב- Windows והן ב- Mac OS X. אני משתמש בו כדי לחקור התנהגות מעגלים ולהתנסות במהירות במעגלים חדשים עבור המעבדה שלי לפני אבות -טיפוס של PCB (מודפס עיצוב מעגלים). עקומת הלמידה קלה לכבוש הודות לתמיכה של מכשירים אנלוגיים, קבוצת התמיכה LTspice של Yahoo והתאימות שלה עם רוב דגמי SPICE הנפוצים המסופקים על ידי ספקי שבבים.

הוראה זו תדגים כיצד לחרוג מספריית הרכיבים המסופקת עם LTspice על ידי שילוב דגם מגבר LMV321 משלושה ספקי שבבים שונים ליצירת סכמטי מגבר פשוט כפי שמוצג בשרטוט. כל אחד מהדגמים הללו מדגיש שיטות שונות הזמינות בתוך LTspice לשימוש עם מגוון רחב של דגמי רכיבים המסופקים מאתרי ספק שונים. כל אחד מהדגמים הללו מציג גם תכונות ביצוע שונות. כדי להדגיש בעיות ביצועים אלה אני משתמשת שוב בשלושה דגמים אלה בעיצוב זרם למתח.

קהל היעד הוא בעלי ניסיון כלשהו בהצבת רכיבים על סכמטי והפעלת סימולציה. בסוף מדריך זה תדע לפרש את הפקודה. SUBCKT בתוך דגמי יצרנים לשימוש עם טבלת הסיכות opamp2 של LTspice ועורכי תכונה לשימוש בחלקי יצרן בתוך הסימולציות שלך.

שלב 1: הורד את דגמי ה- SPICE הזמינים עבור LMV321 Op-amp מספקי שבבים ומניחים אותם בספרייה החדשה

דגמי SPICE של הייצור

אנו הולכים לשלב שלושה דגמי SPICE המבוססים על מגבר ה- LMV321 במדריך זה. עקוב אחרי כשאני מתאר את השלבים.

צור תיקיה לסכימות, הסמלים והדגמים הקרובים שלך ל- LTspice. אני אתייחס לספרייה הזו כספריית העבודה שלנו בהמשך.

בקר באתרי ספק שבבים אלה כדי לחלץ את דגמי SPICE עבור מגבר ה- LMV321:

• אתר TI (משתמש במודל PSPICE National Semiconductor): LMV321
• מגברים תפעוליים מרביים מקרומודלים: LMX321
• מקרומודלס STMicroelectronics: LMV3x oprom Macromodel

עיין בשלוש הדיאגרמות הקשורות להורדה של קבצים ספציפיים עד לכתיבת מדריך זה. בעתיד ייתכן שיהיה עליך לחפש את שמות הדגמים אם הם הועברו על ידי ספקי השבבים לדפי אינטרנט חדשים.

עבור TI ו- STMicro היית מעתיק את הדגם מקבצי ה- zip שהורדו לספריית העבודה שלך. עבור דגם Maxim, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על קובץ LMX321. FAM באתר האינטרנט שלהם ושמור אותו בספריית העבודה שלך LTspice.

בסוף שלב זה אמורים להיות לך שלושת קבצי דגמי התבלינים הבאים בספריית העבודה שלך:

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

ניתן לפתוח כל אחד מהקבצים הללו בעזרת עורך טקסט כדי לראות מבנה נפוץ:

• תיעוד למעלה,
• פקודת SUBCKT,
• פקודות ספייס הבנות את המודל.

שלב 2: פתח את הסמל הכללי של 5 פינים LTspice Opamp2.asy

Opamp2.asy ניתן לשימוש חוזר

מתפריט קובץ LTspice פתח את סמל opamp2.asy מספריית ההתקנה שלך.

עבור התקנת ברירת המחדל של Windows זה יהיה:

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

לסמל opamp2 אין מוקצה לו דגם אופ-אמפר. אז זה לא יפעל בסימולציה. מסיבה זו זהו בלוק התחלה טוב שכן הוא מכיל את הציור והקישורים שנוכל ליצור כל מגבר אופ שעושה שימוש בחמשת הסיכות הנפוצות:

1. ב-+
2. ב-
3. V+
4. V-
5. הַחוּצָה

הקפד לא לפתוח אחד מקבצי הסמלים הדומים בטעות:

• opamp.asy (בדומה ל- opamp2.asy אך ללא שני סיכות החשמל)
• UniversalOpamp2.asy (אופמפ פונקציונאלי לחלוטין עם דגם כללי)

שלב 3: ודא שהסדר סיכת Opamp2.asy תואם את פרטי חיבור הפינים LMV321. SUBCKT

הקצאת טבלת פינים באמצעות. SUBCKT

פתח את מודל opamp LMV321 שנשמר בעבר כ- LMV321. MOD בספריית העבודה שלך באמצעות עורך הטקסט האהוב עליך. ליד החלק העליון נוכל למצוא את הצהרת. SUBCKT.

. SUBCKT מגדיר רשימה של רשת SPICE לשימוש חוזר - בדומה לפונקציה עם השם שלה ופרמטרים קשורים בשפות תוכנה. תחביר מעגל המשנה למגבר אופטי המסופק על ידי יצרן נראה כך:

. SUBCKT

… הצהרות אלמנטים…

. ENDS

שם Op-amp הוא ההתייחסות החיצונית לשם של המגבר ו- 5 N הם רשימה של חיבורים חשמליים מסודרים למגבר op כפי שמתואר ישירות מעל הפקודה. SUBCKT. חיבורי החשמל עשויים להיות בכל סדר אך סמל opamp2 שלנו מניח את הסדר הזה:

1. קלט לא הפוך (ב+)
2. היפוך קלט (In-)
3. ספק כוח חיובי (V+, Vss)
4. ספק כוח שלילי (V-, Vee)
5. פלט (יוצא)

פתח את סמל LMV321.asy בספריית העבודה שלנו בתוך LTspice והצג את טבלת הסיכות כדי למפות את שמות החיבורים ב-. SUBCKT לשמות החיבורים שבסמל שלנו:

הצג -> טבלת סיכות

כל החיבורים החשמליים כבר נמצאים בסדר הנכון עבור שולחן הסיכות LTspice שלנו, מ -1 עד 5 כך:

• קלט לא הפוך (ב+) = 1
• קלט הפוך (In-) = 2
• ספק כוח חיובי (V+) = 3
• ספק כוח שלילי (V-) = 4
• פלט (החוצה) = 5

כך שלא נצטרך לבצע שינויים בטבלת הסיכות של הסמל.

שלב 4: צור את התכונות של סמל LMV321 החדש ושמור את הקובץ כ- LMV321.asy

הקצאת תכונת סמלי Opamp

שלב אחרון לפני שמירת קובץ הסמלים הוא שמות הסמל באמצעות עורך התכונות. נשתמש באותו שם כפי שמוצג בשורת ה- SUBCKT:

LMV321.

פתח את עורך התכונות מהתפריט:

ערוך -> תכונות -> ערוך תכונות

בצע את השינויים הבאים:

• שנה ערך ל: LMV321 (השתמש באותו שם כמו בשורת הפקודה. SUBCKT)
• שנה תיאור ל: כלול את LMV321. MOD בסכימה (עוד על כך בהמשך)

לחץ על אישור ושמור את opamp2.asy בשם LMV321.asy בספריית העבודה שלך.

הערות:

• השאר את ה- X ליד הקידומת כדי לציין שהסמל יוצג בסכימה,
• השאר את סוג הסמל כתא כדי שקובץ המודל יתפרש כהלכה,
• אל תשמור את הסמל opamp2.asy ששונה בחזרה לספריית LTspice או שסכימות אחרות שעשויות להסתמך על קובץ זה עלולות להיפגם,
• אם אכן עשית את הטעות הזו (כמו שעשיתי פעם), תוכל לשחזר את הקובץ המקורי opamp2.asy עם סנכרון מחדש באמצעות הפקודה: כלים -> שחרור סינכרון.

ספריית העבודה שלך צריכה להכיל את הקבצים האלה כעת:

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

שלב 5: צור סכמטי בדיקה ודמה את ביצועי מגבר ה- LMV321

בדוק דגם מגבר אופ-מגבר LMV321 בסימולציה

פתח סכמטי חדש מתוך LTspice: קובץ -> סכמטי חדש

ניצור מעגל בדיקת מגבר אופ-אמפר המבוסס על מגבר שאינו הפוך בעל רווח של 2:

רווח = 1 + Rf / Rin

הוסף את רכיב LMV321.asy החדש שנוצר מספריית העבודה שלך באמצעות הפקודה רכיב תפריט סרט LTspice.

רמז: משתמשי LTspice רבים אינם מודעים לכך שהם צריכים לשנות את ספריית הסמל לספריית העבודה שלהם. כדי לנהל את הגישה לקבצים החדשים, העבר את הפריט "Top Directory" לספריית העבודה שלהם.

הפעל את מגבר ה- op באמצעות אספקת 5 וולט באמצעות רכיב המתח.

בדוק את מגבר ה- op עם פולסים חוזרים הנעים בין 0.2 ל 2.3 וולט לקלט הבלתי הפיך באמצעות רכיב מתח שני.

הגדר ניתוח חולף על פני מרווח של 500 מיקרו -שניות באמצעות פקודת ההנחיה OPp SPICE.

הגדל את ביצועי הסימולציה בעזרת האפשרויות הבאות באמצעות הפקודה. OP:

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

.options plotwinsize = 0

איפה:

• Gmin (למנוע צפים לצוף על ידי הגדרת מוליכות קטנה על פני מכשירים לא ליניאריים)
• אבסטול (הגבל את הסובלנות לזרמים בכל מקום במעגל)
• plotwinsize (בקרת דחיסה כאשר 0 מציין שאין דרישה)

הוסף כותרת לסכימה שלנו באמצעות תפריט רצועת הטקסט:

דגם LMV321 לאומי מוליכים למחצה: מגבר לא הפוך

שמור את הסכימה בספריית העבודה שלך כ: test_LMV321.asc

הפעל את הסימולציה לדגם LMV321 National Semiconductor שהורד מאתר TI:

לחץ על סמל הפעלה בתפריט סרט LTspice

מדוד V (החוצה) ו- V (ב+) באמצעות הסמן מעל החוטים המשויכים

שים לב שהרווח מוצג כ -2, כפי שחזינו לעיל.

ספריית העבודה שלך צריכה להכיל את הקבצים האלה כעת:

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

שלב 6: צור את סמל LMX321 החל מהסמל LMV321

צור סמל LMX321.asy עם תכונות נכונות ורשימת סיכות / סדר רשימות

עבור לספריית העבודה שלך ופתח את דגם LMX321. FAM עם עורך הטקסט המועדף עליך כדי לצפות במידע. SUBCKT (ראה תרשים). אנו חוזרים על שני השלבים האחרונים לבניית רכיב אופ-אמפר חדש ומעגל בדיקה.

פתח את סמל LMV321.asy שלנו שנוצר בעבר מ- LTspice הממוקם בספריית העבודה שלך:

קובץ -> פתח -> LMV321.asy

הערה: אם לא יצרת את סמל LMV321.asy קודם לכן תוכל לפתוח את סמל opamp2.asy במקום זאת.

השתמש בעורך התכונות כדי לשנות את הסמל ערך ותיאור (ראה תרשים):

עריכה -> תכונות -> עורך תכונות

• ערך: LMX321
• תיאור: כלול את LMX321. FAM בסכימה

לחץ על אישור

השתמש בטבלת הסיכות כדי לשנות את סדר החיבורים כך שיתאימו לפקודה. SUBCKT כראוי (ראה תרשים):

הצג -> טבלת סיכות

רשימת החיבורים מ -1 עד 5 היא בסדר שונה מהרשימה של מגבר ה- LMV321 הקודם שלנו, כך שנצטרך לשנות את טבלת הסיכות עבור סמל LMX321 כדלקמן:

• ב-+ = 1
• ב- = 3
• V+ (Vcc) = 5
• V- (Vee) = 2
• החוצה = 4

לחץ על אישור

למה? בתיאור. SUBCKT בתוך המודל אנו מוצאים כי In+ מוקצה ל- "1" ולכן אנו מקצים את In+ ל- 1 בטבלת הסיכות שלנו. אבל In- מוקצה ל- "3" בתיאור ה- SUBCKT ולכן אנו מקצים את In- ל- 3 בטבלת הסיכות שלנו. וכן הלאה

שמור את הסמל החדש בספריית העבודה שלך כ- LMX321.asy

ספריית העבודה שלך צריכה להכיל את הקבצים האלה כעת:

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

שלב 7: שימוש חוזר בבדיקה סכמטית ודמות ביצועי מגבר ה- LMX321

בדוק דגם מגבר אופ-מגבר LMX321 בסימולציה

פתח את מעגל הבדיקה הקודם שלנו ושנה את הפניות למגבר ה- LMX321:

קובץ -> פתח -> test_LMV321.asc

מחק את ההפניה למגבר ה- LMV321 בסכימה שלנו.

השתמש באפשרות הרכיב בתפריט סרט LTspice כדי למקם את מגבר ה- LMX321.asy.

החלף את ההפניה למודל על ידי לחיצה ימנית על הפקודה. INC בשרטוט הסכימטי ב:

. INC LMX321. FAM

החלף את הכותרת כך שישקף את המטרה הסכימטית החדשה שלנו:

דגם Maxim LMX321: מגבר לא הפוך

כל שאר המרכיבים של הסכימה יישארו זהים.

שמור את הסכימה בספריית העבודה שלך כ- test_LMX321.asc

הפעל את הסימולציה עבור דגם ה- Maxim LMX321 op-amp

לחץ על סמל הפעלה בתפריט סרט LTspice

מדוד V (החוצה) ו- V (ב+) באמצעות הסמן מעל החוטים המשויכים

שים לב שהרווח מוצג כ -2, כפי שחזינו לעיל.

ספריית העבודה שלך צריכה להכיל את הקבצים האלה כעת:

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

שלב 8: צור את סמל LMV3x החל מהסמל LMV321

צור סמל LMV3x.asy עם תכונות נכונות וטבלת סיכות

עבור לספריית העבודה שלך ופתח את דגם LMV3x_macromodel.mod עם עורך הטקסט האהוב עליך כדי לצפות במידע. SUBCKT (ראה תרשים).

פתח את סמל LMV321.asy שלנו שנוצר בעבר מ- LTspice הממוקם בספריית העבודה שלך:

קובץ -> פתח -> LMV321.asy

הערה: אם לא יצרת את סמל LMV321.asy קודם לכן תוכל לפתוח את סמל opamp2.asy במקום זאת.

השתמש בעורך התכונות כדי לשנות את הסמל ערך ותיאור (ראה תרשים):

עריכה -> תכונות -> עורך תכונות

• ערך: LM3x
• תיאור: כלול LMV3x_macromodel.mod בסכימה

לחץ על אישור

השתמש בטבלת הסיכות כדי לשנות את סדר החיבורים כך שיתאימו לפקודה. SUBCKT כראוי (ראה תרשים):

הצג -> טבלת סיכות

לרשימת החיבורים אין מספרים והפרמטרים נמצאים בסדר אחר לגמרי אחר מהרשימה של שני מגברי ה- OP. SUBCKT הקודמים שלנו. אין צורך בערכים מספריים בפקודה. SUBCKT, אך נצטרך לשנות את טבלת הסיכות עבור סמל LM3x כדי להתיישר עם הסדר המקורי שלנו opamp2.asy כדלקמן:

• ב-+ = 2
• ב-- = 1
• V+ (ספק כוח חיובי) = 4
• V- (ספק כוח שלילי) = 5
• החוצה = 3

לחץ על אישור

למה? תיאור. SUBCKT של 5 הפינים הוא בסדר ספציפי. אנו לוקחים את הערך הראשון להיות סיכה 1, שהיא הפרמטר Input Input (In-). אז אנו מסמנים את הכניסה באמצעות לוח הסיכות כמספר 1. הערך השני יהיה סיכה 2, שכותרתה היא קלט שאינו הופך (ב+). אז אנו מסמנים את ערך In+ באמצעות טבלת הסיכות כמספר 2. וכן הלאה

שמור את הסמל החדש בספריית העבודה שלך כ- LMV3x.asy בספריית העבודה שלך אמורים להיות קבצים אלה כעת:

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

שלב 9: שימוש חוזר בבדיקה סכמטית ודמות ביצועי מגבר ה- LMV3x

מלא דגם מגבר אופ-מגבר LMV3 ובדיקה בסימולציה

פתח את מעגל הבדיקה המקורי שלנו ושנה את הפניות המגבר ל- LMV3x:

קובץ -> פתח -> test_LMV321.asc

מחק את ההפניה למגבר ה- LMV321 בסכימה שלנו.

השתמש באפשרות הרכיב בתפריט סרט LTspice כדי למקם את מגבר ה- LMV3x.asy

החלף את ההפניה למודל על ידי לחיצה ימנית על הפקודה. INC בשרטוט הסכימטי ב:

. INC LMV3x_macromodel.mod

החלף את הכותרת כך שישקף את המטרה הסכימטית החדשה שלנו:

דגם STMicroelectronics LM3x: מגבר לא הפוך

כל שאר המרכיבים של הסכימה יישארו זהים.

שמור את הסכימה שהשתנתה כ- test_LMV3x.asc בספריית העבודה שלך.

הפעל את הסימולציה לדגם ST-Microelectronics LMV3x op-amp

לחץ על סמל הפעלה בתפריט סרט LTspice

מדוד V (החוצה) ו- V (ב+) באמצעות הסמן מעל החוטים המשויכים

שים לב שהרווח מוצג כ -2, כפי שחזינו לעיל.

ספריית העבודה שלך צריכה להכיל את הקבצים האלה כעת:

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

שלב 10: השווה את ביצועי המודל והערות הסיום

סקור מודלים של סימולציה במעגל זרם למתח

סימולציות המגבר הלא מגבר של מגבר שחיפשנו עד כה מראות תוצאות עקביות עבור כל אחד משלושת הדגמים. כלומר רווח מתח של 2, כפי שחזינו.

ברצוני להשאיר לך סימולציה נוספת של מעגל באמצעות כל אחד משלושת הדגמים. ממיר זרם למתח מתוכנן "גרוע". סכמטי מראה Vout = Iin * R1 צפוי.

עבור שגיאה מינימלית בשל זרם הטיה הערך המוצע עבור R2 צריך להיות זהה ל- R1. במעגל שלי אני בכוונה משתמש בערך נמוך בהרבה עבור R2 בניסיון לחשוף הבדלי מודלים מחוץ לשיטות עיצוב רגילות. הסימולציה אמורה גם לעזור לנו לדמיין את שגיאת העיצוב הלקויה החזויה באמצעות שונות בהטיה מכיוון ש- R1 ו- R2 אינם זהים.

בשלוש הסימולציות ה- Maxim LMX321 מתפקד בצורה השונה ביותר בכך שה- Vout נראה נמוך ואין שונות בהטיות או צלצולים. בעוד ששני הדגמים האחרים, LMV3x של STMicro ו- LMV321 של National Semi מציגים את התוצאות הצפויות של Vout יחד עם כמה הבדלים בשונות בהטיה או בהתנהגות צלצולים.

לסיכום

הראיתי שלוש שיטות שונות בהן נתקלתי בייבוא דגמי אופ-אמפר של יצרן באמצעות משפחת LMV321 עבור LTspice. בדקנו את דגם LMV321 National Semiconductor מאתר האינטרנט של TI, מודל STMicroelectronics LMV3x ומודל MAXIM LMX321. שלוש שיטות אלו אמורות לסייע לך לייבא דגמי אופ-אמפר לכל חלק אחר באמצעות הפקודה. SUBCKT של הדגם יחד עם תכונות LTspices ועורכי טבלת פינים.

הראיתי גם כי חלק מהדגמים מתפקדים טוב יותר מאחרים כפי שהודגם עם סכמטי ממיר המתח לזרם. בדיקת שני דגמים או יותר בעיצובי הסימולציה שלך עשויה לסייע לך להשיג תוצאות אמינות יותר לצרכיך.

הפניות:

הורדת תיעוד LTspice

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

קבוצת LTspice - קבוצות Yahoo: הרבה קבצים משותפים, תמיכה פעילה בשאלות

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

SPICE גיליון הפניה מהיר v1.0, Standford EE133 - חורף 2001: התייחסות ל-. SUBCKT pp7-8

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

אוסף מעגלי אופ מגבר: יישום הלאומי של מוליכים למחצה הערה 31, ספטמבר 2002: התייחסות למגבר שאינו הפוך ולמרות זרם למתח של מגבר מתח.

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

כל הקבצים הקשורים להוראה זו זמינים להורדה כקובץ zip להלן.

ltspice_lmv321_simulation_files.zip