Jak používat model op-zesilovače dodavatele čipu v LTSpice: 10 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Úvod

LTspice je bezplatný softwarový nástroj pro simulaci SPICE se schematickým snímáním, prohlížečem průběhů a mnoha vylepšeními, které běží na Windows i Mac OS X. Používám ho k průzkumu chování obvodů a rychlému experimentování s novými obvody pro svou laboratoř před prototypováním PCB (Printed Obvodová deska). Křivku učení lze snadno překonat díky podpoře Analog Devices, Yahoo LTspice Support Group a její kompatibilitě s většinou běžných modelů SPICE dodávaných prodejci čipů.

Tento Instructable předvede, jak jít nad rámec knihovny komponent dodávané s LTspice začleněním modelu op-amp LMV321 od tří různých prodejců čipů k vytvoření jednoduchého schématu zesilovače, jak je znázorněno na obrázku. Každý z těchto modelů zdůrazňuje různé metody dostupné v rámci LTspice pro použití s širokou škálou modelů komponent dodávaných z různých webových stránek prodejců. Každý z těchto modelů má také jiné výkonnostní funkce. Abych zdůraznil tyto problémy s výkonem, znovu používám tyto tři modely také v provedení proud-napětí.

Cílovým publikem jsou ti, kteří mají určité zkušenosti s umisťováním komponent do schématu a spuštěním simulace. Na konci tohoto tutoriálu budete vědět, jak interpretovat příkaz. SUBCKT v modelech výrobců pro použití s editory Pin Table and Attribute editorů LTspice pro použití součástí výrobce ve vašich simulacích.

Krok 1: Stáhněte si modely SPICE dostupné pro operační zesilovač LMV321 od prodejců čipů a umístěte do nového adresáře

Výrobní modely SPICE

Do tohoto tutoriálu začleníme tři modely SPICE založené na operačním zesilovači LMV321. Postupujte podle toho, jak nastiňuji kroky.

Vytvořte složku pro nadcházející schémata, symboly a modely LTspice. Tento adresář budu v budoucnu označovat jako náš pracovní adresář.

Navštivte tyto webové stránky prodejce čipů a extrahujte modely SPICE pro operační zesilovač LMV321:

• Web TI (používá model National Semiconductor PSPICE): LMV321
• Operační zesilovače Maxim Makromodely: LMX321
• STMicroelectronics Makromodely: LMV3x operační zesilovač Macromodel

Při psaní tohoto pokynu si prohlédněte tři přidružené diagramy konkrétních souborů ke stažení. V budoucnu možná budete muset hledat názvy modelů, pokud je prodejci čipů přesunuli na nové webové stránky.

Pro TI a STMicro byste zkopírovali model ze stažených souborů zip do pracovního adresáře. U modelu Maxim byste pravým tlačítkem klikli na soubor LMX321. FAM na jejich webových stránkách a uložili jej do pracovního adresáře LTspice.

Na konci tohoto kroku byste měli mít ve svém pracovním adresáři tyto tři soubory modelu koření:

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

Každý z těchto souborů lze otevřít pomocí textového editoru a zobrazit tak běžnou strukturu:

• dokumentace nahoře,
• . SUBCKT příkaz,
• spice příkazy sestavení modelu.

Krok 2: Otevřete obecný 5pinový symbol LTspice Opamp2.asy

Opamp2.asy lze opakovaně použít

Z nabídky Soubor LTspice Otevřete ze svého instalačního adresáře symbol opamp2.asy.

Pro výchozí instalaci systému Windows by to bylo toto:

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

K symbolu opamp2 není přiřazen žádný model operačního zesilovače. Takže to nepoběží v simulaci. Z tohoto důvodu je to dobrý počáteční blok, protože obsahuje kresbu a odkazy, abychom mohli vytvořit jakýkoli operační zesilovač, který používá pět společných pinů:

1. V+
2. V-
3. V+
4. PROTI-
5. Ven

Dávejte pozor, abyste omylem neotevřeli jeden z těchto podobných souborů symbolů:

• opamp.asy (podobné jako opamp2.asy, ale bez dvou napájecích kolíků)
• UniversalOpamp2.asy (plně funkční operační zesilovač s generickým modelem)

Krok 3: Ověření pořadí pinů symbolu Opamp2.asy odpovídá informacím o připojení pinu LMV321. SUBCKT

Přiřazení tabulky pinů pomocí. SUBCKT

Otevřete model operačního zesilovače LMV321, který byl dříve uložen jako LMV321. MOD, ve vašem pracovním adresáři pomocí vašeho oblíbeného textového editoru. V horní části najdeme příkaz. SUBCKT.

. SUBCKT definuje opakovaně použitelný SPICE netlist - podobný funkci s názvem a přidruženými parametry v jazycích softwaru. Syntaxe subobvodu pro operační zesilovač dodaný výrobcem vypadá takto:

. SUBCKT

… prohlášení o prvcích…

. KONČÍ

Název operačního zesilovače je externí odkaz na název operačního zesilovače a 5 N je seznam uspořádaných elektrických připojení k operačnímu zesilovači, jak je popsáno přímo nad příkazem. SUBCKT. Elektrická připojení mohou být v libovolném pořadí, ale náš symbol opamp2 předpokládá toto pořadí:

1. neinvertující vstup (In+)
2. invertující vstup (In-)
3. kladné napájení (V+, Vss)
4. záporné napájení (V-, Vee)
5. výstup (Out)

Otevřete symbol LMV321.asy v našem pracovním adresáři v LTspice a zobrazením tabulky pinů namapujte názvy připojení v. SUBCKT na názvy připojení v našem symbolu:

Zobrazit -> Připnout tabulku

Všechna elektrická připojení jsou již ve správném pořadí pro naši tabulku pinů LTspice, od 1 do 5 takto:

• neinvertující vstup (In+) = 1
• invertující vstup (In-) = 2
• kladné napájení (V+) = 3
• záporné napájení (V-) = 4
• výstup (Out) = 5

V tabulce pinů symbolu tedy nebudeme muset provádět žádné změny.

Krok 4: Vytvořte atributy pro nový symbol LMV321 a uložte soubor jako LMV321.asy

Přiřazení atributu symbolu operačního zesilovače

Posledním krokem před uložením souboru symbolů je pojmenování symbolu pomocí editoru atributů. Použijeme stejný název, jak je uvedeno v řádku. SUBCKT:

LMV321.

Otevřete Editor atributů z nabídky:

Upravit -> Atributy -> Upravit atributy

Proveďte následující změny:

• Změňte hodnotu na: LMV321 (použijte stejný název jako v příkazovém řádku. SUBCKT)
• Změnit popis na: Zahrnout LMV321. MOD do schématu (více o tom později)

Klikněte na OK a uložte opamp2.asy jako LMV321.asy do svého pracovního adresáře.

Poznámky:

• Ponechte X vedle předpony, což značí, že se symbol zobrazí schematicky,
• Ponechejte typ symbolu jako buňku, aby byl soubor modelu interpretován správně,
• Neukládejte upravený symbol opamp2.asy zpět do knihovny LTspice nebo může dojít k poškození jiných schémat, která se mohou na tento soubor spolehnout,
• Pokud jste tuto chybu udělali (jako já jednou), můžete původní soubor opamp2.asy obnovit pomocí opětovné synchronizace pomocí příkazu: Nástroje -> Synchronizace.

Váš pracovní adresář by nyní měl mít tyto soubory:

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

Krok 5: Vytvořte testovací schéma a simulujte výkon operačního zesilovače LMV321

Otestujte model operačního zesilovače LMV321 v simulaci

Otevřete nové schéma z LTspice: Soubor -> Nové schéma

Vytvoříme testovací obvod operačního zesilovače na základě neinvertujícího zesilovače se ziskem 2:

Zisk = 1 + Rf / Rin

Přidejte naši nově vytvořenou komponentu LMV321.asy z pracovního adresáře pomocí příkazu komponenty komponenty pásu karet LTspice.

Tip: Mnoho uživatelů LTspice neví, že musí změnit adresář symbolu na svůj pracovní adresář. Chcete -li spravovat přístup k novým souborům, přepněte položku „Nejlepší adresář“do jejich pracovního adresáře.

Napájejte operační zesilovač 5voltovým zdrojem pomocí napěťové komponenty.

Otestujte operační zesilovač s opakujícími se impulsy v rozmezí 0,2 až 2,3 voltů na neinvertujícím vstupu pomocí druhé napěťové složky.

Nastavte přechodovou analýzu v intervalu 500 mikrosekund pomocí nabídky pásu karet LTspice. Příkaz Direktiva SPICE.

Zvyšte výkon simulace pomocí následujících možností pomocí příkazu. OP:

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

.options plotwinsize = 0

Kde:

• Gmin (zabraňte plovoucím uzlům definováním malé vodivosti napříč nelineárními zařízeními)
• Abstol (omezit toleranci proudů kdekoli v obvodu)
• plotwinsize (kontrola komprese, kde 0 znamená, že není kompromis)

Přidejte do našeho schématu nadpis pomocí nabídky pásu textu:

Model National Semiconductor LMV321: neinvertující zesilovač

Schéma uložte do pracovního adresáře jako: test_LMV321.asc

Spusťte simulaci pro model National Semiconductor LMV321 stažený z webu TI:

V nabídce pásu karet LTspice klikněte na ikonu Spustit

Změřte V (ven) a V (In+) pomocí kurzoru nad příslušnými vodiči

Zisk je zobrazen jako 2, jak jsme předpovídali výše.

Váš pracovní adresář by nyní měl mít tyto soubory:

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

Krok 6: Vytvořte symbol LMX321 od symbolu LMV321

Vytvořte symbol LMX321.asy se správnými atributy a pořadím seznamu pinů / netlistů

Přejděte do svého pracovního adresáře a otevřete model LMX321. FAM ve svém oblíbeném textovém editoru a zobrazte informace. SUBCKT (viz diagram). Zopakujeme poslední dva kroky k vybudování nové komponenty operačního zesilovače a testovacího obvodu.

Otevřete dříve vytvořený symbol LMV321.asy z LTspice umístěný ve vašem pracovním adresáři:

Soubor -> Otevřít -> LMV321.asy

Poznámka: Pokud jste nevytvořili symbol LMV321.asy dříve, můžete místo toho otevřít symbol opamp2.asy.

Pomocí editoru atributů změňte symbol Hodnota a Popis (viz diagram):

Upravit -> Atributy -> Editor atributů

• Hodnota: LMX321
• Popis: Zahrnout LMX321. FAM do schématu

Klikněte na OK

Pomocí tabulky pinů změňte pořadí připojení tak, aby bylo správně seřazeno pomocí příkazu. SUBCKT (viz diagram):

Zobrazit -> Připnout tabulku

Seznam připojení od 1 do 5 je v jiném pořadí než seznam pro náš předchozí operační zesilovač LMV321, takže budeme muset změnit pinovou tabulku pro symbol LMX321 následujícím způsobem:

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

Klikněte na OK

Proč? V popisu. SUBCKT v rámci modelu zjistíme, že In+ je přiřazeno „1“, takže v naší Pin tabulce přiřazujeme In+ k 1. Ale In- je přiřazen k "3" v popisu. SUBCKT, takže přiřadíme In- až 3 v naší Pin tabulce. A tak dále

Uložte nový symbol do pracovního adresáře jako LMX321.asy

Váš pracovní adresář by nyní měl mít tyto soubory:

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

Krok 7: Znovu použijte testovací schéma a simulujte výkon operačního zesilovače LMX321

Otestujte model operačního zesilovače LMX321 v simulaci

Otevřete náš předchozí testovací obvod a změňte reference operačního zesilovače na LMX321:

Soubor -> Otevřít -> test_LMV321.asc

Odstraňte odkaz na operační zesilovač LMV321 v našem schématu.

Pomocí možnosti komponenty v nabídce pásu karet LTspice umístěte operační zesilovač LMX321.asy.

Nahraďte odkaz na model pravým kliknutím na příkaz. INC ve schematickém výkresu pomocí:

. INC LMX321. FAM

Nahraďte název tak, aby odrážel náš nový schematický účel:

Model Maxim LMX321: neinvertující zesilovač

Všechny ostatní prvky schématu zůstanou stejné.

Schéma uložte do pracovního adresáře jako test_LMX321.asc

Spusťte simulaci pro model operačního zesilovače Maxim LMX321

V nabídce pásu karet LTspice klikněte na ikonu Spustit

Změřte V (ven) a V (In+) pomocí kurzoru nad příslušnými vodiči

Zisk je zobrazen jako 2, jak jsme předpovídali výše.

Váš pracovní adresář by nyní měl mít tyto soubory:

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

Krok 8: Vytvořte symbol LMV3x od symbolu LMV321

Vytvořte symbol LMV3x.asy se správnými atributy a tabulkou pinů

Přejděte do svého pracovního adresáře a otevřete model LMV3x_macromodel.mod pomocí svého oblíbeného textového editoru a zobrazte informace. SUBCKT (viz diagram).

Otevřete dříve vytvořený symbol LMV321.asy z LTspice umístěný ve vašem pracovním adresáři:

Soubor -> Otevřít -> LMV321.asy

Poznámka: Pokud jste nevytvořili symbol LMV321.asy dříve, můžete místo toho otevřít symbol opamp2.asy.

Pomocí editoru atributů změňte symbol Hodnota a Popis (viz diagram):

Upravit -> Atributy -> Editor atributů

• Hodnota: LM3x
• Popis: Zahrnout LMV3x_macromodel.mod do schématu

Klikněte na OK

Pomocí tabulky pinů změňte pořadí připojení tak, aby bylo správně seřazeno pomocí příkazu. SUBCKT (viz diagram):

Zobrazit -> Připnout tabulku

Seznam připojení neobsahuje čísla a parametry jsou v jiném jiném pořadí než seznam pro naše předchozí dva operační zesilovače. SUBCKT. V příkazu. SUBCKT není nutné zadávat číselné údaje, ale budeme muset změnit Pin Table pro symbol LM3x, aby odpovídal našemu původnímu pořadí opamp2.asy následovně:

• V+ = 2
• In- = 1
• V+ (pozitivní napájecí zdroj) = 4
• V- (negativní napájecí zdroj) = 5
• Out = 3

Klikněte na OK

Proč? Popis. SUBCKT 5 pinů je ve specifickém pořadí. První položku považujeme za pin 1, což je parametr Invertujícího vstupu (In-). Označíme tedy vstup In pomocí tabulky pinů jako číslo 1. Druhým záznamem bude pin 2, který je označen jako neinvertující vstup (In+). Označíme tedy vstup In+ pomocí Pin Table jako číslo 2. A tak dále

Uložte nový symbol do pracovního adresáře jako LMV3x.asy Váš pracovní adresář by nyní měl mít tyto soubory:

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

Krok 9: Znovu použijte testovací schéma a simulujte výkon operačního zesilovače LMV3x

Dokončete model a zesilovač LMV3 a proveďte test v simulaci

Otevřete náš původní testovací obvod a změňte reference operačního zesilovače na LMV3x:

Soubor -> Otevřít -> test_LMV321.asc

Odstraňte odkaz na operační zesilovač LMV321 v našem schématu.

Pomocí možnosti komponenty v nabídce pásu karet LTspice umístěte operační zesilovač LMV3x.asy

Nahraďte odkaz na model pravým kliknutím na příkaz. INC ve schematickém výkresu pomocí:

. INC LMV3x_macromodel.mod

Nahraďte název tak, aby odrážel náš nový schematický účel:

Model STMicroelectronics LM3x: neinvertující zesilovač

Všechny ostatní prvky schématu zůstanou stejné.

Upravené schéma uložte jako test_LMV3x.asc do pracovního adresáře.

Spusťte simulaci pro model operačního zesilovače STMicroelectronics LMV3x

V nabídce pásu karet LTspice klikněte na ikonu Spustit

Změřte V (ven) a V (In+) pomocí kurzoru nad příslušnými vodiči

Zisk je zobrazen jako 2, jak jsme předpovídali výše.

Váš pracovní adresář by nyní měl mít tyto soubory:

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

Krok 10: Porovnejte výkon modelu a závěrečné poznámky

Prohlédněte si simulační modely v obvodu proud -napětí

Simulace neinvertujícího zesilovače op-amp, které jsme dosud prozkoumali, ukazují konzistentní výsledky pro každý ze tří modelů. Jmenovitě zesílení napětí 2, jak jsme předpovídali.

Chtěl bych vám nechat ještě jednu simulaci obvodu pomocí každého ze tří modelů. „Špatně“navržený měnič proudu na napětí. Schéma ukazuje předpokládaný Vout = Iin * R1.

Pro minimální chybu způsobenou zkreslením proudu by navrhovaná hodnota pro R2 měla být stejná jako R1. V mém obvodu záměrně používám mnohem nižší hodnotu pro R2 ve snaze odhalit modelové rozdíly mimo běžné postupy návrhu. Simulace by nám také měla pomoci vizualizovat špatnou chybu návrhu předpovídanou pomocí rozptylu v předpětí, protože R1 a R2 nejsou stejné.

Ve třech simulacích funguje Maxim LMX321 nejvíce odlišně v tom, že Vout se zdá být nízký a bez rozdílů v předpětí nebo vyzvánění. Zatímco ostatní dva modely, STMicro LMV3x a National Semi LMV321 ukazují očekávané výsledky Vout spolu s určitými rozdíly v odchylce v předpětí nebo vyzváněcím chování.

Na závěr

Ukázal jsem tři různé metody, se kterými se setkáváme při importu modelů operačních zesilovačů výrobce pomocí rodiny LMV321 pro LTspice. Zkontrolovali jsme model National Semiconductor LMV321 z webových stránek TI, model STMicroelectronics LMV3x a MAXIM LMX321. Tyto tři metody by vám měly pomoci importovat modely operačních zesilovačů pro jakoukoli jinou část pomocí příkazu modelu. SUBCKT spolu s atributy LTspices 'Attributes a Pin Table.

Také jsem ukázal, že některé modely fungují lépe než jiné, jak ukazuje schéma schématu převodníku napětí na proud. Testování dvou nebo více modelů ve vašich simulačních návrzích vám může pomoci získat spolehlivější výsledky pro vaše potřeby.

Reference:

LTspice Stažení a dokumentace

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

Skupina LTspice - Skupiny Yahoo: spousta sdílených souborů, aktivní podpora pro dotazy

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

Sbírka obvodů operačního zesilovače: Národní aplikační poznámka k polovodičům 31, září 2002: odkaz na neinvertující zesilovače a obvody op-amp konverze proudu na napětí

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

Všechny soubory související s tímto návodem jsou k dispozici ke stažení jako zip soubor níže.

ltspice_lmv321_simulation_files.zip