Cum se folosește un model Op-Amp pentru furnizorul de cipuri în LTSpice: 10 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Introducere

LTspice este un instrument software gratuit de simulare SPICE cu captură schematică, vizualizator de forme de undă și multe îmbunătățiri care rulează atât pe Windows, cât și pe Mac OS X. Îl folosesc pentru a cerceta comportamentul circuitului și pentru a experimenta rapid circuite noi pentru laboratorul meu înainte de a prototipa un PCB (tipărit) Circuit Board) proiectare. Curba de învățare este ușor de cucerit datorită asistenței oferite de Analog Devices, grupului de asistență Yahoo LTspice și compatibilității sale cu cele mai comune modele SPICE furnizate de furnizorii de cipuri.

Acest instructabil va demonstra cum să depășească biblioteca de componente furnizată cu LTspice prin încorporarea unui model op-amp LMV321 de la trei furnizori de cipuri diferiți pentru a crea o schemă simplă a amplificatorului, așa cum se arată în desen. Fiecare dintre aceste modele evidențiază diferite metode disponibile în LTspice pentru a fi utilizate cu o mare varietate de modele de componente furnizate de la diferiți site-uri web ale furnizorilor. Fiecare dintre aceste modele prezintă și caracteristici de performanță diferite. Pentru a evidenția aceste probleme de performanță, reutilizez aceste trei modele și într-un design curent-tensiune.

Publicul țintă sunt cei cu o anumită experiență plasând componente pe o schemă și rulând o simulare. Până la sfârșitul acestui tutorial veți ști cum să interpretați comanda. SUBCKT în cadrul modelelor producătorului pentru a fi utilizate cu editorii de tabel opamp2 Pin și editor de atribute LTspice pentru a utiliza piesele producătorului în cadrul simulărilor dvs.

Pasul 1: Descărcați modelele SPICE disponibile pentru amplificatorul opțional LMV321 de la furnizorii de cipuri și plasați-l în noul director

Modelele SPICE ale producătorului

Vom încorpora trei modele SPICE bazate pe op-amp LMV321 în acest tutorial. Urmăriți în timp ce descriu pașii.

Creați un dosar pentru schemele, simbolurile și modelele LTspice viitoare. Mă voi referi la acest director ca directorul nostru de lucru în viitor.

Accesați aceste site-uri web pentru furnizorii de cipuri pentru a extrage modelele SPICE pentru amplificatorul opțional LMV321:

• Site-ul web TI (utilizează modelul PSPICE al semiconductorului național): LMV321
• Amplificatoare operaționale Maxim Macromodele: LMX321
• STMicroelectronics Macromodels: LMV3x opamp Macromodel

Consultați cele trei diagrame asociate pentru fișiere specifice de descărcat de la scrierea acestui instructable. În viitor, va trebui să căutați numele modelelor dacă acestea au fost mutate de către furnizorii de cipuri pe pagini web noi.

Pentru TI și STMicro, ați copia modelul din fișierele zip descărcate în directorul dvs. de lucru. Pentru modelul Maxim, faceți clic dreapta pe fișierul LMX321. FAM de pe site-ul web și îl salvați în directorul de lucru LTspice.

La sfârșitul acestui pas, ar trebui să aveți aceste trei fișiere model de condimente în directorul dvs. de lucru:

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

Fiecare dintre aceste fișiere poate fi deschis cu un editor de text pentru a vedea o structură comună:

• documentație în partea de sus,
• Comanda. SUBCKT,
• comenzi condimentate construind modelul.

Pasul 2: Deschideți simbolul generic LTspice Opamp2.asy cu 5 pini

Opamp2.asy este reutilizabil

Din meniul Fișier LTspice Deschideți simbolul opamp2.asy din directorul dvs. de instalare.

Pentru instalarea implicită Windows, aceasta ar fi:

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

Simbolul opamp2 nu are atribuit niciun model de amplificator op. Deci nu va rula într-o simulare. Din acest motiv, este un bun bloc de pornire, deoarece conține desenul și linkurile pentru a crea orice amplificator opțional care utilizează cei cinci pini comuni:

1. În +
2. În-
3. V +
4. V-
5. Afară

Aveți grijă să nu deschideți din greșeală unul dintre aceste fișiere simbol similare:

• opamp.asy (similar cu opamp2.asy dar fără cei doi pini de alimentare)
• UniversalOpamp2.asy (un opamp complet funcțional cu model generic)

Pasul 3: Verificați ordinea pinului cu simbolul Opamp2.asy care se potrivește cu informațiile de conectare a pinului LMV321. SUBCKT

Alocarea tabelului Pin utilizând. SUBCKT

Deschideți modelul opamp LMV321 salvat anterior ca LMV321. MOD în directorul dvs. de lucru folosind editorul de text preferat. Aproape de vârf putem găsi declarația. SUBCKT.

A. SUBCKT definește o listă de rețea SPICE reutilizabilă - similară unei funcții cu numele său și parametrii asociați în limbile software. Sintaxa subcircuitului pentru un amplificator operațional furnizat de un producător arată astfel:

. SUBCKT

… enunțuri element …

. ENDS

Numele amplificatorului de operare este referința externă la numele amplificatorului de operare, iar cele 5 N sunt o listă de conexiuni electrice comandate la amplificatorul de operare, așa cum este descris direct deasupra comenzii. SUBCKT. Conexiunile electrice pot fi în orice ordine, dar simbolul nostru opamp2 își asumă această ordine:

1. intrare fără inversare (In +)
2. inversare intrare (In-)
3. sursa de alimentare pozitiva (V +, Vss)
4. sursa de alimentare negativa (V-, Vee)
5. ieșire (Out)

Deschideți simbolul LMV321.asy în directorul nostru de lucru din LTspice și vizualizați Tabelul Pin pentru a asocia numele conexiunilor din. SUBCKT la numele conexiunilor din simbolul nostru:

Vizualizare -> Pin tabel

Toate conexiunile electrice sunt deja în ordinea corectă pentru tabelul nostru de pin LTspice, de la 1 la 5 astfel:

• intrare fără inversare (In +) = 1
• inversare intrare (In-) = 2
• sursa de alimentare pozitiva (V +) = 3
• alimentare negativă (V-) = 4
• ieșire (Out) = 5

Deci, nu va trebui să facem modificări în tabelul Pin al simbolului.

Pasul 4: Creați atributele pentru noul simbol LMV321 și salvați fișierul ca LMV321.asy

Atribuire atribut simbol Opamp

Un ultim pas înainte de a salva fișierul simbol este să denumiți simbolul folosind Editorul de atribute. Vom folosi același nume ca în linia. SUBCKT:

LMV321.

Deschideți Editorul de atribute din meniu:

Editați -> Atribute -> Editați atribute

Efectuați următoarele modificări:

• Schimbați valoarea în: LMV321 (utilizați același nume ca în linia de comandă. SUBCKT)
• Schimbați descrierea în: Includeți LMV321. MOD în schemă (mai multe despre aceasta mai târziu)

Faceți clic pe OK și salvați opamp2.asy ca LMV321.asy în directorul dvs. de lucru.

Note:

• Lăsați X lângă Prefix pentru a indica faptul că simbolul se va afișa în schemă,
• Lăsați tipul de simbol ca celulă, astfel încât fișierul model să fie interpretat corect,
• Nu salvați simbolul opamp2.asy modificat înapoi în biblioteca LTspice sau alte scheme care se pot baza pe acest fișier pot fi corupte,
• Dacă ați făcut această greșeală (așa cum am făcut o dată), puteți restaura fișierul original opamp2.asy cu o resincronizare utilizând comanda: Instrumente -> Sincronizare.

Directorul dvs. de lucru ar trebui să conțină aceste fișiere acum:

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

Pasul 5: Creați schema de testare și simulați performanța amplificatorului LMV321

Testați modelul LMV321 Op-amp într-o simulare

Deschideți o nouă schemă din LTspice: Fișier -> Schemă nouă

Vom crea un circuit de testare a amplificatorului operațional bazat pe un amplificator fără inversare cu un câștig de 2:

Câștig = 1 + Rf / Rin

Adăugați noua noastră componentă LMV321.asy din directorul dvs. de lucru folosind comanda componentă meniu LTspice.

Sugestie: Mulți utilizatori LTspice nu știu că trebuie să schimbe directorul simbolului în directorul lor de lucru. Pentru a gestiona accesul la noile fișiere, comutați elementul „Top Directory” în directorul lor de lucru.

Alimentați amplificatorul opțional cu o sursă de 5 volți utilizând componenta de tensiune.

Testați amplificatorul opțional cu impulsuri repetate cuprinse între 0,2 și 2,3 volți la intrarea care nu inversează folosind o a doua componentă de tensiune.

Configurați o analiză tranzitorie pe un interval de 500 de microsecunde utilizând meniul panglică LTspice. Comanda directivă Op SPICE.

Măriți performanța de simulare cu următoarele opțiuni cu comanda. OP:

.opțiuni gmin = 1e-10 abstol = 1e-10

.opțiuni plotwinsize = 0

Unde:

• Gmin (împiedică plutirea nodurilor prin definirea unei conductanțe mici între dispozitive neliniare)
• Abstol (limitează toleranța pentru curenți oriunde în circuit)
• plotwinsize (control de compresie în care 0 indică lipsa unei compoziții)

Adăugați un titlu la schema noastră folosind meniul panglică Text:

Modelul National Semiconductor LMV321: Amplificator fără inversare

Salvați schema în directorul dvs. de lucru ca: test_LMV321.asc

Rulați simularea pentru modelul National Semiconductor LMV321 descărcat de pe site-ul web TI:

Faceți clic pe pictograma Executare din meniul panglicii LTspice

Măsurați V (out) și V (In +) folosind cursorul peste firele asociate

Rețineți că câștigul este afișat ca 2, așa cum am prezis mai sus.

Directorul dvs. de lucru ar trebui să conțină aceste fișiere acum:

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

Pasul 6: Creați simbolul LMX321 Pornind de la simbolul LMV321

Creați un simbol LMX321.asy cu atribute corecte și listă de Pin / ordine Netlist

Accesați directorul de lucru și deschideți modelul LMX321. FAM cu editorul de text preferat pentru a vizualiza informațiile. SUBCKT (a se vedea diagrama). Repetăm ultimii doi pași pentru a construi o nouă componentă amplificator op și un circuit de testare.

Deschideți simbolul nostru LMV321.asy creat anterior din LTspice aflat în directorul dvs. de lucru:

Fișier -> Deschis -> LMV321.asy

Notă: Dacă nu ați creat simbolul LMV321.asy mai devreme, atunci puteți deschide simbolul opamp2.asy.

Utilizați Editorul de atribute pentru a schimba simbolul Valoare și descriere (a se vedea diagrama):

Editați -> Atribute -> Editor de atribute

• Valoare: LMX321
• Descriere: Includeți LMX321. FAM în schemă

Faceți clic pe OK

Utilizați Pin Table pentru a modifica ordinea conexiunilor pentru a vă alinia corect cu comanda. SUBCKT (a se vedea diagrama):

Vizualizare -> Pin tabel

Lista de conexiuni de la 1 la 5 se află într-o ordine diferită de lista pentru op-amp-ul nostru anterior LMV321, așa că va trebui să schimbăm Pin Pin pentru simbolul LMX321 după cum urmează:

• În + = 1
• În- = 3
• V + (Vcc) = 5
• V- (Vee) = 2
• Afară = 4

Faceți clic pe OK

De ce? În descrierea. SUBCKT din cadrul modelului, găsim că In + este atribuit la „1”, deci atribuim In + la 1 în tabelul nostru Pin. Dar In- este atribuit la „3” în descrierea. SUBCKT, deci atribuim In- la 3 în tabelul nostru Pin. Si asa mai departe

Salvați noul simbol în directorul dvs. de lucru ca LMX321.asy

Directorul dvs. de lucru ar trebui să conțină aceste fișiere acum:

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

Pasul 7: Reutilizați schema de testare și simulați performanța amplificatorului LMX321

Testați modelul LMX321 Op-amp într-o simulare

Deschideți circuitul nostru anterior de testare și schimbați referințele op-amp la LMX321:

Fișier -> Deschis -> test_LMV321.asc

Ștergeți referința la amplificatorul opțional LMV321 din schema noastră.

Utilizați opțiunea componentă din meniul panglicii LTspice pentru a plasa amplificatorul opțional LMX321.asy.

Înlocuiți referința la model făcând clic dreapta pe comanda. INC din desenul schematic cu:

. INC LMX321. FAM

Înlocuiți titlul pentru a reflecta noul nostru scop schematic:

Model Maxim LMX321: Amplificator fără inversare

Toate celelalte elemente ale schemei vor rămâne aceleași.

Salvați schema în directorul dvs. de lucru ca test_LMX321.asc

Rulați simularea pentru modelul op-amp Maxim LMX321

Faceți clic pe pictograma Executare din meniul panglicii LTspice

Măsurați V (out) și V (In +) folosind cursorul peste firele asociate

Rețineți că câștigul este afișat ca 2, așa cum am prezis mai sus.

Directorul dvs. de lucru ar trebui să conțină aceste fișiere acum:

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

Pasul 8: Creați simbolul LMV3x Pornind de la simbolul LMV321

Creați un simbol LMV3x.asy cu atribute corecte și un tabel Pin

Accesați directorul de lucru și deschideți modelul LMV3x_macromodel.mod cu editorul de text preferat pentru a vizualiza informațiile. SUBCKT (a se vedea diagrama).

Deschideți simbolul nostru LMV321.asy creat anterior din LTspice aflat în directorul dvs. de lucru:

Fișier -> Deschis -> LMV321.asy

Notă: Dacă nu ați creat simbolul LMV321.asy mai devreme, atunci puteți deschide simbolul opamp2.asy.

Utilizați Editorul de atribute pentru a schimba simbolul Valoare și descriere (a se vedea diagrama):

Editați -> Atribute -> Editor de atribute

• Valoare: LM3x
• Descriere: Includeți LMV3x_macromodel.mod în schemă

Faceți clic pe OK

Utilizați Pin Table pentru a modifica ordinea conexiunilor pentru a vă alinia corect cu comanda. SUBCKT (a se vedea diagrama):

Vizualizare -> Pin tabel

Lista de conexiuni nu are numere și parametrii sunt încă într-o altă ordine diferită de lista pentru cele două op-amp-uri anterioare. SUBCKT-uri. Nu este nevoie de intrări numerice în comanda. SUBCKT, dar va trebui să schimbăm Pin Table pentru simbolul LM3x pentru a ne alinia la ordinea originală opamp2.asy după cum urmează:

• În + = 2
• În- = 1
• V + (sursă de alimentare pozitivă) = 4
• V- (sursă de alimentare negativă) = 5
• Afară = 3

Faceți clic pe OK

De ce? Descrierea. SUBCKT a celor 5 pini este într-o ordine specifică. Primim prima intrare a fi pinul 1, care este parametrul Inverting Input (In-). Deci, marcăm intrarea folosind tabelul Pin ca numărul 1. A doua intrare va fi pinul 2, care este numit intrare non-inversantă (In +). Deci, marcăm intrarea In + folosind Pin Table ca numărul 2. Și așa mai departe

Salvați noul simbol în directorul dvs. de lucru ca LMV3x.asy Directorul dvs. de lucru ar trebui să conțină aceste fișiere acum:

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

Pasul 9: Reutilizați schema de testare și simulați performanța amplificatorului LMV3x

Completați modelul LMV3 Op-amp și testați într-o simulare

Deschideți circuitul nostru original de testare și schimbați referințele op-amp la LMV3x:

Fișier -> Deschis -> test_LMV321.asc

Ștergeți referința la amplificatorul opțional LMV321 din schema noastră.

Utilizați opțiunea componentă din meniul panglicii LTspice pentru a plasa amplificatorul opțional LMV3x.asy

Înlocuiți referința la model făcând clic dreapta pe comanda. INC din desenul schematic cu:

. INC LMV3x_macromodel.mod

Înlocuiți titlul pentru a reflecta noul nostru scop schematic:

Modelul STMicroelectronics LM3x: Amplificator fără inversare

Toate celelalte elemente ale schemei vor rămâne aceleași.

Salvați schema modificată ca test_LMV3x.asc în directorul dvs. de lucru.

Rulați simularea pentru modelul op-amp STMicroelectronics LMV3x

Faceți clic pe pictograma Executare din meniul panglicii LTspice

Măsurați V (out) și V (In +) folosind cursorul peste firele asociate

Rețineți că câștigul este afișat ca 2, așa cum am prezis mai sus.

Directorul dvs. de lucru ar trebui să conțină aceste fișiere acum:

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

Pasul 10: comparați performanța modelului și observațiile finale

Examinați modelele de simulare într-un circuit de curent la tensiune

Simulările amplificatorului op-amplificator fără inversare pe care le-am explorat până acum arată rezultate consistente pentru fiecare dintre cele trei modele. Și anume un câștig de tensiune de 2, așa cum am prezis.

Aș dori să vă las încă o simulare de circuit folosind fiecare dintre cele trei modele. Un convertor de curent la tensiune „prost conceput”. Schema prezintă un Vout previzionat = Iin * R1.

Pentru erori minime datorate curentului de polarizare, valoarea sugerată pentru R2 ar trebui să fie aceeași cu R1. În circuitul meu, folosesc în mod intenționat o valoare mult mai mică pentru R2, în încercarea de a expune diferențele de model în afara practicilor normale de proiectare. Simularea ar trebui, de asemenea, să ne ajute să vizualizăm eroarea de proiectare slabă prezisă prin varianță în părtinire, deoarece R1 și R2 nu sunt aceleași.

În cele trei simulări, Maxim LMX321 funcționează cel mai diferit prin faptul că Vout pare scăzut și nu prezintă nicio variație a prejudecății sau a sunetului. În timp ce celelalte două modele, LMV3x de la STMicro și LMV321 de la National Semi prezintă rezultatele Vout așteptate, împreună cu unele diferențe de varianță în prejudecată sau comportament de apel.

In concluzie

Am arătat trei metode diferite întâlnite la importul modelelor de amplificatoare op-producător folosind familia LMV321 pentru LTspice. Am analizat modelul National Semiconductor LMV321 de pe site-ul web al TI, modelul STMicroelectronics LMV3x și modelul MAXIM LMX321. Aceste trei metode ar trebui să vă ajute să importați modele op-amp pentru orice altă parte folosind comanda. SUBCKT a modelului împreună cu atributele LTspices și editorii Pin Table.

Am arătat, de asemenea, că unele modele funcționează mai bine decât altele, așa cum sa demonstrat cu schema convertorului de tensiune la curent. Testarea a două sau mai multe modele în proiectele de simulare vă poate ajuta să obțineți rezultate mai fiabile pentru nevoile dvs.

Referințe:

Descărcare și documentare LTspice

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

Grup LTspice - Grupuri Yahoo: o mulțime de fișiere partajate, asistență activă pentru întrebări

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

SPICE Quick Reference Sheet v1.0, Standford EE133 - Iarna 2001: referință la. SUBCKT pp7-8

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

Colecția de circuite amplificator op: Notă privind aplicația națională pentru semiconductori 31, septembrie 2002: referință la amplificatorul fără inversare și la circuitele de amplificare op-conversie curent la tensiune

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

Toate fișierele legate de acest instructable sunt disponibile pentru descărcare ca fișier zip de mai jos.

ltspice_lmv321_simulation_files.zip