Jak korzystać z modelu wzmacniacza operacyjnego dostawcy chipów w LTSpice: 10 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

Wstęp

LTspice to bezpłatne narzędzie do symulacji SPICE z przechwytywaniem schematów, przeglądarką przebiegów i wieloma ulepszeniami, które działa zarówno w systemie Windows, jak i Mac OS X. Używam go do badania zachowania obwodu i szybkiego eksperymentowania z nowymi obwodami dla mojego laboratorium przed prototypowaniem PCB (drukowane Obwód drukowany). Krzywa uczenia się jest łatwa do pokonania dzięki wsparciu Analog Devices, Yahoo's LTspice Support Group i jego kompatybilności z najpopularniejszymi modelami SPICE dostarczanymi przez producentów chipów.

Ta instrukcja pokaże, jak wyjść poza bibliotekę komponentów dostarczoną z LTspice, włączając model wzmacniacza operacyjnego LMV321 od trzech różnych dostawców chipów, aby stworzyć prosty schemat wzmacniacza, jak pokazano na rysunku. Każdy z tych modeli wyróżnia różne metody dostępne w LTspice do użytku z szeroką gamą modeli komponentów dostarczanych z witryn internetowych różnych dostawców. Każdy z tych modeli prezentuje również inne cechy wydajności. Aby podkreślić te problemy z wydajnością, ponownie używam tych trzech modeli również w projekcie Prąd-Napięcie.

Docelowi odbiorcy to osoby z pewnym doświadczeniem w umieszczaniu komponentów na schemacie i przeprowadzaniu symulacji. Pod koniec tego samouczka dowiesz się, jak interpretować polecenie. SUBCKT w modelach producenta do użycia z edytorami tabel i atrybutów opamp2 w LTspice, aby używać części producenta w swoich symulacjach.

Krok 1: Pobierz modele SPICE dostępne dla wzmacniacza operacyjnego LMV321 od dostawców chipów i umieść w nowym katalogu

Modele SPICE producenta

W tym samouczku zamierzamy włączyć trzy modele SPICE oparte na wzmacniaczu operacyjnym LMV321. Postępuj zgodnie z opisem kroków.

Utwórz folder na nadchodzące schematy, symbole i modele LTspice. W przyszłości będę nazywał ten katalog naszym katalogiem roboczym.

Odwiedź te witryny dostawców chipów, aby wyodrębnić modele SPICE dla wzmacniacza operacyjnego LMV321:

• Witryna TI (wykorzystuje model National Semiconductor PSPICE): LMV321
• Wzmacniacze operacyjne Maxim Makromodele: LMX321
• Makromodele STMicroelectronics: Makromodel LMV3x opamp

Zobacz trzy powiązane diagramy dla konkretnych plików do pobrania w momencie pisania tej instrukcji. W przyszłości może być konieczne wyszukanie nazw modeli, jeśli zostały one przeniesione przez dostawców chipów na nowe strony internetowe.

W przypadku TI i STMicro skopiujesz model z pobranych plików zip do katalogu roboczego. W przypadku modelu Maxim należy kliknąć prawym przyciskiem myszy plik LMX321. FAM na ich stronie internetowej i zapisać go w katalogu roboczym LTspice.

Pod koniec tego kroku powinieneś mieć te trzy pliki modeli przypraw w swoim katalogu roboczym:

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

Każdy z tych plików można otworzyć za pomocą edytora tekstu, aby zobaczyć wspólną strukturę:

• dokumentacja u góry,
• polecenie. SUBCKT,
• Spice polecenia budowania modelu.

Krok 2: Otwórz ogólny 5-stykowy symbol LTspice Opamp2.asy

Opamp2.asy jest wielokrotnego użytku

Z menu Plik LTspice Otwórz symbol opamp2.asy z katalogu instalacyjnego.

W przypadku domyślnej instalacji systemu Windows będzie to:

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

Symbol opamp2 nie ma przypisanego do niego modelu wzmacniacza operacyjnego. Więc nie będzie działać w symulacji. Z tego powodu jest to dobry blok startowy, ponieważ zawiera rysunek i linki do stworzenia dowolnego wzmacniacza operacyjnego, który używa pięciu wspólnych pinów:

1. W+
2. W-
3. V+
4. V-
5. Na zewnątrz

Uważaj, aby przez pomyłkę nie otworzyć jednego z tych podobnych plików symboli:

• opamp.asy (podobny do opamp2.asy, ale bez dwóch pinów zasilania)
• UniversalOpamp2.asy (w pełni funkcjonalny opamp z modelem generycznym)

Krok 3: Sprawdź, czy kolejność pinów symbolu Opamp2.asy jest zgodna z informacjami o połączeniu pinów LMV321. SUBCKT

Przypisanie tabeli pinów za pomocą. SUBCKT

Otwórz model opamp LMV321 wcześniej zapisany jako LMV321. MOD w katalogu roboczym za pomocą ulubionego edytora tekstu. W górnej części znajduje się instrukcja. SUBCKT.

. SUBCKT definiuje listę sieciową SPICE wielokrotnego użytku - podobną do funkcji z jej nazwą i powiązanymi parametrami w językach oprogramowania. Składnia podukładu dla wzmacniacza operacyjnego dostarczonego przez producenta wygląda następująco:

. SUBCKT

… zestawienia elementów …

. KOŃCZY SIĘ

Nazwa wzmacniacza operacyjnego jest zewnętrznym odniesieniem do nazwy wzmacniacza operacyjnego, a 5 N to lista uporządkowanych połączeń elektrycznych do wzmacniacza operacyjnego, jak opisano bezpośrednio nad poleceniem. SUBCKT. Połączenia elektryczne mogą być w dowolnej kolejności, ale nasz symbol opamp2 przyjmuje tę kolejność:

1. wejście nieodwracające (In+)
2. wejście odwracające (In-)
3. dodatnie zasilanie (V+, Vss)
4. ujemne zasilanie (V-, Vee)
5. wyjście (wyjście)

Otwórz symbol LMV321.asy w naszym katalogu roboczym w LTspice i wyświetl tabelę pinów, aby zmapować nazwy połączeń w. SUBCKT na nazwy połączeń w naszym symbolu:

Widok -> Tabela przypinania

Wszystkie połączenia elektryczne są już w prawidłowej kolejności dla naszej tabeli pinów LTspice, od 1 do 5 w następujący sposób:

• wejście nieodwracające (In+) = 1
• wejście odwracające (In-) = 2
• dodatnie zasilanie (V+) = 3
• ujemne zasilanie (V-) = 4
• wyjście (Out) = 5

Dzięki temu nie będziemy musieli dokonywać żadnych zmian w tabeli pinów symbolu.

Krok 4: Utwórz atrybuty dla nowego symbolu LMV321 i zapisz plik jako LMV321.asy

Przypisanie atrybutu symbolu Opamp

Ostatnim krokiem przed zapisaniem pliku symboli jest nazwanie symbolu za pomocą Edytora atrybutów. Użyjemy tej samej nazwy, jak pokazano w wierszu. SUBCKT:

LMV321.

Otwórz Edytor atrybutów z menu:

Edycja -> Atrybuty -> Edycja atrybutów

Wprowadź następujące zmiany:

• Zmień wartość na: LMV321 (użyj tej samej nazwy, co w wierszu polecenia. SUBCKT)
• Zmień opis na: Dołącz LMV321. MOD do schematu (więcej na ten temat później)

Kliknij OK i zapisz opamp2.asy jako LMV321.asy w katalogu roboczym.

Uwagi:

• Zostaw X obok Prefiksu, aby wskazać, że symbol będzie wyświetlany w schemacie,
• Pozostaw Typ symbolu jako Komórkę, aby plik modelu został poprawnie zinterpretowany,
• Nie zapisuj zmodyfikowanego symbolu opamp2.asy z powrotem do biblioteki LTspice lub inne schematy, które mogą opierać się na tym pliku, mogą być uszkodzone,
• Jeśli popełniłeś ten błąd (tak jak kiedyś), możesz przywrócić oryginalny plik opamp2.asy z ponowną synchronizacją za pomocą polecenia: Narzędzia -> Synchronizuj wydanie.

Twój katalog roboczy powinien teraz zawierać te pliki:

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

Krok 5: Utwórz schemat testowy i zasymuluj wydajność wzmacniacza operacyjnego LMV321

Przetestuj model wzmacniacza operacyjnego LMV321 w symulacji

Otwórz nowy schemat z poziomu LTspice: Plik -> Nowy schemat

Stworzymy obwód testowy wzmacniacza operacyjnego oparty na wzmacniaczu nieodwracającym o wzmocnieniu 2:

Zysk = 1 + Rf / Rin

Dodaj nasz nowo utworzony komponent LMV321.asy z katalogu roboczego za pomocą polecenia komponentu menu wstążki LTspice.

Wskazówka: Wielu użytkowników LTspice nie zdaje sobie sprawy, że muszą zmienić katalog symbolu na swój katalog roboczy. Aby zarządzać dostępem do nowych plików, przełącz pozycję „Katalog główny” do ich katalogu roboczego.

Zasil wzmacniacz operacyjny za pomocą zasilacza 5 V za pomocą elementu napięciowego.

Przetestuj wzmacniacz operacyjny za pomocą powtarzających się impulsów w zakresie od 0,2 do 2,3 V do wejścia nieodwracającego, korzystając z drugiej składowej napięcia.

Skonfiguruj analizę stanu nieustalonego w interwale 500 mikrosekund za pomocą polecenia w menu wstążki LTspice. Op dyrektywy SPICE.

Zwiększ wydajność symulacji za pomocą następujących opcji za pomocą polecenia. OP:

.opcje gmina=1e-10 abstol=1e-10

.opcjerozmiarrozdruku=0

Gdzie:

• Gmin (zapobiega pływaniu węzłów poprzez zdefiniowanie małej przewodności pomiędzy urządzeniami nieliniowymi)
• Abstol (ogranicz tolerancję dla prądów w dowolnym miejscu obwodu)
• plotwinsize (kontrolka kompresji, gdzie 0 oznacza brak kompresji)

Dodaj tytuł do naszego schematu za pomocą menu wstążki Tekst:

Model National Semiconductor LMV321: wzmacniacz nieodwracający

Zapisz schemat w swoim katalogu roboczym jako: test_LMV321.asc

Uruchom symulację dla modelu National Semiconductor LMV321 pobranego ze strony internetowej TI:

Kliknij ikonę Uruchom w menu wstążki LTspice

Zmierz V(out) i V(In+), używając kursora nad powiązanymi przewodami

Zauważ, że wzmocnienie jest pokazane jako 2, jak przewidywaliśmy powyżej.

Twój katalog roboczy powinien teraz zawierać te pliki:

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

Krok 6: Utwórz symbol LMX321 zaczynając od symbolu LMV321

Utwórz symbol LMX321.asy z poprawnymi atrybutami i listą pinów / kolejnością listy sieci

Przejdź do katalogu roboczego i otwórz model LMX321. FAM za pomocą ulubionego edytora tekstu, aby wyświetlić informacje. SUBCKT (patrz diagram). Powtarzamy dwa ostatnie kroki, aby zbudować nowy komponent wzmacniacza operacyjnego i obwód testowy.

Otwórz nasz wcześniej utworzony symbol LMV321.asy z LTspice znajdujący się w twoim katalogu roboczym:

Plik -> Otwórz -> LMV321.asy

Uwaga: Jeśli wcześniej nie utworzono symbolu LMV321.asy, możesz zamiast tego otworzyć symbol opamp2.asy.

Użyj Edytora atrybutów, aby zmienić wartość symbolu i opis (patrz diagram):

Edycja -> Atrybuty -> Edytor atrybutów

• Wartość: LMX321
• Opis: Dołącz LMX321. FAM na schemacie

Kliknij OK

Użyj tabeli pinów, aby zmienić kolejność połączeń, aby poprawnie dopasować się do polecenia. SUBCKT (patrz diagram):

Widok -> Tabela przypinania

Lista połączeń od 1 do 5 jest w innej kolejności niż lista dla naszego poprzedniego wzmacniacza operacyjnego LMV321, więc będziemy musieli zmienić tabelę pinów dla symbolu LMX321 w następujący sposób:

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

Kliknij OK

Czemu? W opisie. SUBCKT w modelu znajdujemy, że In+ jest przypisane do „1”, więc przypisujemy In+ do 1 w naszej tabeli pinów. Ale In- jest przypisane do „3” w opisie. SUBCKT, więc przypisujemy In- do 3 w naszej tabeli pinów. I tak dalej

Zapisz nowy symbol w katalogu roboczym jako LMX321.asy

Twój katalog roboczy powinien teraz zawierać te pliki:

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

Krok 7: Ponownie użyj schematu testowego i zasymuluj wydajność wzmacniacza operacyjnego LMX321

Przetestuj model wzmacniacza operacyjnego LMX321 w symulacji

Otwórz nasz poprzedni obwód testowy i zmień referencje wzmacniacza operacyjnego na LMX321:

Plik -> Otwórz -> test_LMV321.asc

Usuń odniesienie do wzmacniacza operacyjnego LMV321 na naszym schemacie.

Użyj opcji komponentu w menu wstążki LTspice, aby umieścić wzmacniacz operacyjny LMX321.asy.

Zastąp odniesienie do modelu, klikając prawym przyciskiem myszy polecenie. INC na schematycznym rysunku na:

. INC LMX321. FAM

Zastąp tytuł, aby odzwierciedlić nasz nowy cel schematu:

Model Maxim LMX321: Wzmacniacz nieodwracający

Wszystkie pozostałe elementy schematu pozostaną takie same.

Zapisz schemat w swoim katalogu roboczym jako test_LMX321.asc

Uruchom symulację dla modelu wzmacniacza operacyjnego Maxim LMX321

Kliknij ikonę Uruchom w menu wstążki LTspice

Zmierz V(out) i V(In+), używając kursora nad powiązanymi przewodami

Zauważ, że wzmocnienie jest pokazane jako 2, jak przewidywaliśmy powyżej.

Twój katalog roboczy powinien teraz zawierać te pliki:

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

Krok 8: Utwórz symbol LMV3x, zaczynając od symbolu LMV321

Utwórz symbol LMV3x.asy z poprawnymi atrybutami i tabelą pinów

Przejdź do katalogu roboczego i otwórz model LMV3x_macromodel.mod za pomocą ulubionego edytora tekstu, aby wyświetlić informacje. SUBCKT (patrz diagram).

Otwórz nasz wcześniej utworzony symbol LMV321.asy z LTspice znajdujący się w twoim katalogu roboczym:

Plik -> Otwórz -> LMV321.asy

Uwaga: Jeśli wcześniej nie utworzono symbolu LMV321.asy, możesz zamiast tego otworzyć symbol opamp2.asy.

Użyj Edytora atrybutów, aby zmienić wartość symbolu i opis (patrz diagram):

Edycja -> Atrybuty -> Edytor atrybutów

• Wartość: LM3x
• Opis: Dołącz LMV3x_macromodel.mod do schematu

Kliknij OK

Użyj tabeli pinów, aby zmienić kolejność połączeń, aby poprawnie dopasować się do polecenia. SUBCKT (patrz diagram):

Widok -> Tabela przypinania

Lista połączeń nie ma numerów, a parametry są w jeszcze innej kolejności niż lista naszych dwóch poprzednich wzmacniaczy operacyjnych. SUBCKT. Nie ma potrzeby wprowadzania wpisów numerycznych w poleceniu. SUBCKT, ale będziemy musieli zmienić tabelę pinów dla symbolu LM3x, aby dopasować ją do naszej oryginalnej kolejności opamp2.asy w następujący sposób:

• W+ = 2
• In- = 1
• V+ (dodatnie zasilanie) = 4
• V- (ujemne zasilanie) = 5
• Out = 3

Kliknij OK

Czemu? Opis. SUBCKT 5 pinów jest w określonej kolejności. Jako pierwszy wpis przyjmujemy pin 1, który jest parametrem Inverting Input (In-). Oznaczamy więc wejście In- za pomocą tabeli pinów jako numer 1. Drugim wejściem będzie pin 2, który jest oznaczony jako wejście nieodwracające (In+). Oznaczamy więc wpis In+ za pomocą tabeli pinów jako numer 2. I tak dalej

Zapisz nowy symbol w swoim katalogu roboczym jako LMV3x.asy Twój katalog roboczy powinien teraz zawierać te pliki:

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

Krok 9: Ponownie użyj schematu testowego i zasymuluj wydajność wzmacniacza operacyjnego LMV3x

Kompletny model wzmacniacza operacyjnego LMV3 i test w symulacji

Otwórz nasz oryginalny obwód testowy i zmień odniesienia wzmacniacza operacyjnego na LMV3x:

Plik -> Otwórz -> test_LMV321.asc

Usuń odniesienie do wzmacniacza operacyjnego LMV321 na naszym schemacie.

Użyj opcji komponentu w menu wstążki LTspice, aby umieścić wzmacniacz operacyjny LMV3x.asy

Zastąp odniesienie do modelu, klikając prawym przyciskiem myszy polecenie. INC na schematycznym rysunku na:

. INC LMV3x_makromodel.mod

Zastąp tytuł, aby odzwierciedlić nasz nowy cel schematu:

Model STMicroelectronics LM3x: wzmacniacz nieodwracający

Wszystkie pozostałe elementy schematu pozostaną takie same.

Zapisz zmodyfikowany schemat jako test_LMV3x.asc w swoim katalogu roboczym.

Uruchom symulację dla modelu wzmacniacza operacyjnego STMicroelectronics LMV3x

Kliknij ikonę Uruchom w menu wstążki LTspice

Zmierz V(out) i V(In+), używając kursora nad powiązanymi przewodami

Zauważ, że wzmocnienie jest pokazane jako 2, jak przewidywaliśmy powyżej.

Twój katalog roboczy powinien teraz zawierać te pliki:

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

Krok 10: Porównaj wydajność modelu i uwagi końcowe

Przegląd modeli symulacyjnych w obwodzie prądowo-napięciowym

Symulacje wzmacniacza operacyjnego nieodwracającego, które zbadaliśmy do tej pory, pokazują spójne wyniki dla każdego z trzech modeli. Mianowicie wzmocnienie napięciowe o wartości 2, jak przewidywaliśmy.

Chciałbym zostawić wam jeszcze jedną symulację obwodu przy użyciu każdego z trzech modeli. „Źle” zaprojektowany konwerter prądu na napięcie. Schemat przedstawia przewidywane Vout = Iin * R1.

Dla minimalnego błędu spowodowanego prądem polaryzacji sugerowana wartość R2 powinna być taka sama jak R1. W moim obwodzie celowo używam znacznie niższej wartości dla R2, próbując wyeksponować różnice w modelach poza normalnymi praktykami projektowymi. Symulacja powinna również pomóc nam w wizualizacji słabego błędu projektowego przewidywanego na podstawie wariancji obciążenia, ponieważ R1 i R2 nie są takie same.

W trzech symulacjach Maxim LMX321 zachowuje się najbardziej różnie, ponieważ Vout wydaje się niski i nie ma żadnych różnic w odchyleniu ani dzwonieniu. Podczas gdy pozostałe dwa modele, LMV3x firmy STMicro i LMV321 firmy National Semi, pokazują oczekiwane wyniki Vout wraz z pewnymi różnicami w odchyleniu lub zachowaniu dzwonienia.

Podsumowując

Pokazałem trzy różne metody napotkane podczas importowania modeli wzmacniaczy operacyjnych producenta przy użyciu rodziny LMV321 dla LTspice. Sprawdziliśmy model National Semiconductor LMV321 ze strony internetowej TI, model STMicroelectronics LMV3x i model MAXIM LMX321. Te trzy metody powinny pomóc w imporcie modeli wzmacniacza operacyjnego dla dowolnej innej części przy użyciu polecenia. SUBCKT modelu wraz z edytorami atrybutów i tabeli pinów LTspices.

Wykazałem również, że niektóre modele działają lepiej niż inne, co pokazano na schemacie konwertera napięcia na prąd. Testowanie dwóch lub więcej modeli w projektach symulacji może pomóc w uzyskaniu bardziej wiarygodnych wyników odpowiadających Twoim potrzebom.

Bibliografia:

Pobieranie i dokumentacja LTspice

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

Grupa LTspice - Grupy Yahoo: wiele udostępnianych plików, aktywne wsparcie w przypadku pytań

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

Karta skrócona SPICE v1.0, Standford EE133 - Zima 2001: odniesienie do. SUBCKT s.7-8

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

Op Amp Circuit Collection: National Semiconductor Application Note 31, wrzesień 2002: odniesienie do nieodwracającego wzmacniacza i obwodów wzmacniacza operacyjnego z konwersją prądu na napięcie

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

Wszystkie pliki związane z tą instrukcją są dostępne do pobrania jako plik zip poniżej.

ltspice_lmv321_simulation_files.zip