Cara Menggunakan Model Op-Amp Vendor Chip di LTSpice: 10 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

pengantar

LTspice adalah perangkat lunak simulasi SPICE gratis dengan tangkapan skema, penampil bentuk gelombang, dan banyak peningkatan yang berjalan pada Windows dan Mac OS X. Saya menggunakannya untuk meneliti perilaku sirkuit dan dengan cepat bereksperimen dengan sirkuit baru untuk lab saya sebelum membuat prototipe PCB (Dicetak Papan sirkuit) desain. Kurva pembelajaran mudah ditaklukkan berkat dukungan Perangkat Analog, Grup Dukungan LTspice Yahoo dan kompatibilitasnya dengan model SPICE paling umum yang disediakan oleh vendor chip.

Instruksi ini akan menunjukkan bagaimana melampaui pustaka komponen yang disertakan dengan LTspice dengan memasukkan model op-amp LMV321 dari tiga vendor chip yang berbeda untuk membuat skema penguat sederhana seperti yang ditunjukkan pada gambar. Masing-masing model ini menyoroti metode berbeda yang tersedia dalam LTspice untuk digunakan dengan berbagai macam model komponen yang disediakan dari berbagai situs web vendor. Masing-masing model ini juga menghadirkan fitur kinerja yang berbeda. Untuk menyoroti masalah kinerja ini, saya menggunakan kembali ketiga model ini dalam desain Arus-ke-Tegangan juga.

Target audiens adalah mereka yang memiliki pengalaman menempatkan komponen pada skema dan menjalankan simulasi. Pada akhir tutorial ini Anda akan tahu bagaimana menafsirkan perintah. SUBCKT dalam model pabrikan untuk digunakan dengan Tabel Pin opamp2 LTspice dan editor Atribut untuk menggunakan suku cadang pabrikan dalam simulasi Anda.

Langkah 1: Unduh Model SPICE yang Tersedia untuk Op-amp LMV321 Dari Vendor Chip dan Tempatkan di Direktori Baru

Model SPICE Pabrikan

Kami akan menggabungkan tiga model SPICE berdasarkan op-amp LMV321 dalam tutorial ini. Ikuti bersama saat saya menguraikan langkah-langkahnya.

Buat folder untuk skema, simbol, dan model LTspice Anda yang akan datang. Saya akan merujuk ke direktori ini sebagai direktori kerja kami ke depan.

Kunjungi situs web vendor chip ini untuk mengekstrak model SPICE untuk op-amp LMV321:

• Situs web TI (menggunakan Model PSPICE Semikonduktor Nasional): LMV321
• Makromodel Penguat Operasional Maxim: LMX321
• STMicroelectronics Macromodels: LMV3x opamp Macromodel

Lihat tiga diagram terkait untuk file tertentu yang dapat diunduh pada saat penulisan instruksi ini. Di masa mendatang, Anda mungkin harus mencari nama model jika telah dipindahkan oleh vendor chip ke halaman web baru.

Untuk TI dan STMicro Anda akan menyalin model dari file zip yang diunduh ke direktori kerja Anda. Untuk model Maxim Anda akan mengklik kanan pada file LMX321. FAM di situs web mereka dan menyimpannya ke direktori kerja LTspice Anda.

Di akhir langkah ini, Anda harus memiliki tiga file model rempah-rempah ini di direktori kerja Anda:

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

Masing-masing file ini dapat dibuka dengan editor teks untuk melihat struktur umum:

• dokumentasi di atas,
• . SUBCKT perintah,
• perintah rempah-rempah membangun model.

Langkah 2: Buka Simbol Generik 5-pin LTspice Opamp2.asy

Opamp2.asy Dapat Digunakan Kembali

Dari menu File LTspice Buka simbol opamp2.asy dari direktori instalasi Anda.

Untuk instalasi default Windows, ini akan menjadi:

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

Simbol opamp2 tidak memiliki model op-amp yang ditetapkan padanya. Jadi itu tidak akan berjalan dalam simulasi. Untuk alasan ini, ini adalah blok awal yang baik karena berisi gambar dan tautan bagi kita untuk membuat op-amp apa pun yang menggunakan lima pin umum:

1. Di+
2. Di dalam-
3. V+
4. V-
5. Keluar

Berhati-hatilah untuk tidak membuka salah satu dari file simbol serupa ini secara tidak sengaja:

• opamp.asy (mirip dengan opamp2.asy tetapi tanpa dua pin daya)
• UniversalOpamp2.asy (opamp yang berfungsi penuh dengan model generik)

Langkah 3: Verifikasi Urutan Pin Simbol Opamp2.asy Cocok dengan Informasi Koneksi Pin LMV321. SUBCKT

Penugasan Pin Tabel Menggunakan. SUBCKT

Buka model opamp LMV321 yang sebelumnya disimpan sebagai LMV321. MOD di direktori kerja Anda menggunakan editor teks favorit Anda. Di dekat bagian atas kita dapat menemukan pernyataan. SUBCKT.

A. SUBCKT mendefinisikan netlist SPICE yang dapat digunakan kembali - mirip dengan fungsi dengan nama dan parameter terkait dalam bahasa perangkat lunak. Sintaks subsirkuit untuk op-amp yang disediakan oleh pabrikan terlihat seperti ini:

. SUBCKT

… pernyataan elemen…

. SELESAI

Nama op-amp adalah referensi eksternal untuk nama op-amp dan 5 N adalah daftar urutan sambungan listrik ke op-amp seperti yang dijelaskan langsung di atas perintah. SUBCKT. Sambungan listrik mungkin dalam urutan apa pun tetapi simbol opamp2 kami mengasumsikan urutan ini:

1. masukan non-pembalik (In+)
2. masukan pembalik (In-)
3. catu daya positif (V+, Vss)
4. catu daya negatif (V-, Vee)
5. keluaran (Keluar)

Buka simbol LMV321.asy di direktori kerja kami di dalam LTspice dan lihat Tabel Pin untuk memetakan nama koneksi di. SUBCKT ke nama koneksi di simbol kami:

Lihat -> Pin Tabel

Semua sambungan listrik sudah dalam urutan yang benar untuk Tabel Pin LTspice kami, dari 1 hingga 5 seperti ini:

• masukan non-pembalik (In+) = 1
• masukan pembalik (In-) = 2
• catu daya positif (V+) = 3
• catu daya negatif (V-) = 4
• keluaran (Keluar) = 5

Jadi kita tidak perlu membuat perubahan apa pun pada Tabel Pin simbol.

Langkah 4: Buat Atribut untuk Simbol LMV321 Baru dan Simpan File Sebagai LMV321.asy

Penugasan Atribut Simbol Opamp

Satu langkah terakhir sebelum menyimpan file simbol adalah memberi nama simbol menggunakan Editor Atribut. Kami akan menggunakan nama yang sama seperti yang ditunjukkan pada baris. SUBCKT:

LMV321.

Buka Editor Atribut dari menu:

Edit -> Atribut -> Edit Atribut

Lakukan perubahan berikut:

• Ubah Nilai menjadi: LMV321 (gunakan nama yang sama seperti pada baris perintah. SUBCKT)
• Ubah Deskripsi menjadi: Sertakan LMV321. MOD dalam skema (lebih lanjut tentang ini nanti)

Klik OK dan simpan opamp2.asy sebagai LMV321.asy di direktori kerja Anda.

Catatan:

• Biarkan X di sebelah Awalan untuk menunjukkan bahwa simbol akan ditampilkan dalam skema,
• Biarkan Jenis Simbol sebagai Sel sehingga file model akan ditafsirkan dengan benar,
• Jangan simpan simbol opamp2.asy yang dimodifikasi kembali ke perpustakaan LTspice atau skema lain yang mungkin bergantung pada file ini mungkin rusak,
• Jika Anda melakukan kesalahan ini (seperti yang pernah saya lakukan), Anda dapat mengembalikan file opamp2.asy asli dengan sinkronisasi ulang menggunakan perintah: Tools -> Sync Release.

Direktori kerja Anda seharusnya memiliki file-file ini sekarang:

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

Langkah 5: Buat Skema Uji dan Simulasikan Kinerja Op-amp LMV321

Uji Model Op-amp LMV321 dalam Simulasi

Buka skema baru dari dalam LTspice: File -> Skema Baru

Kami akan membuat rangkaian uji op-amp berdasarkan penguat non-pembalik dengan gain 2:

Keuntungan = 1 + Rf / Rin

Tambahkan komponen LMV321.asy kami yang baru dibuat dari direktori kerja Anda menggunakan perintah komponen menu pita LTspice.

Petunjuk: Banyak pengguna LTspice tidak menyadari bahwa mereka harus mengubah direktori simbol ke direktori kerja mereka. Untuk mengelola akses ke file baru, alihkan item "Direktori Teratas" ke direktori kerjanya.

Nyalakan op-amp dengan suplai 5 volt menggunakan komponen tegangan.

Uji op-amp dengan pulsa berulang yang berkisar antara 0,2 dan 2,3 volt ke input non-pembalik menggunakan komponen tegangan kedua.

Siapkan analisis transien pada interval 500 mikrodetik menggunakan menu pita LTspice. Perintah direktif Op SPICE.

Tingkatkan kinerja simulasi dengan opsi berikut dengan perintah. OP:

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

.options plotwinsize=0

Di mana:

• Gmin (mencegah node mengambang dengan mendefinisikan konduktansi kecil di seluruh perangkat non-linear)
• Abstol (membatasi toleransi untuk arus di mana saja di sirkuit)
• plotwinsize (kontrol kompresi di mana 0 menunjukkan tidak ada kompresi)

Tambahkan judul ke skema kami menggunakan menu pita Teks:

Model LMV321 Semikonduktor Nasional: Amplifier Non-Pembalik

Simpan skema ke direktori kerja Anda sebagai: test_LMV321.asc

Jalankan simulasi untuk model National Semiconductor LMV321 yang diunduh dari situs web TI:

Klik ikon Run pada menu pita LTspice

Ukur V(keluar) dan V(Masuk+) menggunakan kursor di atas kabel terkait

Perhatikan bahwa keuntungan ditampilkan sebagai 2, seperti yang kami prediksi di atas.

Direktori kerja Anda seharusnya memiliki file-file ini sekarang:

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

Langkah 6: Buat Simbol LMX321 Mulai Dari Simbol LMV321

Buat Simbol LMX321.asy Dengan Atribut Yang Benar dan Daftar Pin / Urutan Netlist

Buka direktori kerja Anda dan buka model LMX321. FAM dengan editor teks favorit Anda untuk melihat informasi. SUBCKT (lihat diagram). Kami mengulangi dua langkah terakhir untuk membangun komponen op-amp baru dan rangkaian uji.

Buka simbol LMV321.asy yang kami buat sebelumnya dari LTspice yang terletak di direktori kerja Anda:

File -> Buka -> LMV321.asy

Catatan: Jika Anda tidak membuat simbol LMV321.asy sebelumnya, Anda dapat membuka simbol opamp2.asy sebagai gantinya.

Gunakan Editor Atribut untuk mengubah simbol Nilai dan Deskripsi (lihat diagram):

Sunting -> Atribut -> Editor Atribut

• Nilai: LMX321
• Deskripsi: Sertakan LMX321. FAM dalam skema

Klik Oke

Gunakan Tabel Pin untuk mengubah urutan koneksi agar sejajar dengan benar dengan perintah. SUBCKT (lihat diagram):

Lihat -> Pin Tabel

Daftar koneksi dari 1 hingga 5 berbeda urutannya dengan daftar op-amp LMV321 sebelumnya sehingga kita harus mengubah simbol Tabel Pin untuk LMX321 sebagai berikut:

• Dalam+ = 1
• Di- = 3
• V+ (Vcc) = 5
• V- (Vee) = 2
• Keluar = 4

Klik Oke

Mengapa? Dalam deskripsi. SUBCKT dalam model, kami menemukan bahwa In+ ditetapkan ke "1" jadi kami menetapkan In+ ke 1 di Tabel Pin kami. Tapi In- ditugaskan ke "3" dalam deskripsi. SUBCKT jadi kami menetapkan In- ke 3 di Tabel Pin kami. Dan seterusnya

Simpan simbol baru ke direktori kerja Anda sebagai LMX321.asy

Direktori kerja Anda seharusnya memiliki file-file ini sekarang:

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

Langkah 7: Gunakan kembali Skema Uji dan Simulasikan Kinerja Op-amp LMX321

Uji Model Op-amp LMX321 dalam Simulasi

Buka rangkaian pengujian kami sebelumnya dan ubah referensi op-amp ke LMX321:

File -> Buka -> test_LMV321.asc

Hapus referensi ke op-amp LMV321 dalam skema kami.

Gunakan opsi komponen pada menu pita LTspice untuk menempatkan op-amp LMX321.asy.

Ganti referensi ke model dengan mengklik kanan pada perintah. INC pada gambar skema dengan:

. INC LMX321. FAM

Ganti judul untuk mencerminkan tujuan skema baru kami:

Model Maxim LMX321: Amplifier Non-Pembalik

Semua elemen skema lainnya akan tetap sama.

Simpan skema di direktori kerja Anda sebagai test_LMX321.asc

Jalankan simulasi untuk model op-amp Maxim LMX321

Klik ikon Run pada menu pita LTspice

Ukur V(keluar) dan V(Masuk+) menggunakan kursor di atas kabel terkait

Perhatikan bahwa keuntungan ditampilkan sebagai 2, seperti yang kami prediksi di atas.

Direktori kerja Anda seharusnya memiliki file-file ini sekarang:

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

Langkah 8: Buat Simbol LMV3x Mulai Dari Simbol LMV321

Buat Simbol LMV3x.asy Dengan Atribut yang Benar dan Tabel Pin

Buka direktori kerja Anda dan buka model LMV3x_macromodel.mod dengan editor teks favorit Anda untuk melihat informasi. SUBCKT (lihat diagram).

Buka simbol LMV321.asy yang kami buat sebelumnya dari LTspice yang terletak di direktori kerja Anda:

File -> Buka -> LMV321.asy

Catatan: Jika Anda tidak membuat simbol LMV321.asy sebelumnya, Anda dapat membuka simbol opamp2.asy sebagai gantinya.

Gunakan Editor Atribut untuk mengubah simbol Nilai dan Deskripsi (lihat diagram):

Sunting -> Atribut -> Editor Atribut

• Nilai: LM3x
• Deskripsi: Sertakan LMV3x_macromodel.mod dalam skema

Klik Oke

Gunakan Tabel Pin untuk mengubah urutan koneksi agar sejajar dengan benar dengan perintah. SUBCKT (lihat diagram):

Lihat -> Pin Tabel

Daftar sambungan tidak memiliki nomor dan parameternya berada dalam urutan lain yang berbeda dari daftar untuk dua op-amp. SUBCKT kami sebelumnya. Tidak diperlukan entri numerik dalam perintah. SUBCKT, tetapi kita harus mengubah Tabel Pin untuk simbol LM3x agar sejajar dengan urutan opamp2.asy asli kita sebagai berikut:

• Dalam+ = 2
• Dalam- = 1
• V+ (Power Supply Positif) = 4
• V- (Supply Daya Negatif) = 5
• Keluar = 3

Klik Oke

Mengapa? Deskripsi. SUBCKT dari 5 pin berada dalam urutan tertentu. Kami mengambil entri pertama menjadi pin 1, yang merupakan parameter Inverting Input (In-). Jadi kita tandai Entri Masuk menggunakan Tabel Pin sebagai nomor 1. Entri kedua akan menjadi pin 2, yang diberi label sebagai Input Non-Pembalik (In+). Jadi kita tandai entri In+ menggunakan Pin Table sebagai nomor 2. Dan seterusnya

Simpan simbol baru ke direktori kerja Anda sebagai LMV3x.asy Direktori kerja Anda seharusnya memiliki file-file ini sekarang:

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

Langkah 9: Gunakan kembali Skema Uji dan Simulasikan Kinerja Op-amp LMV3x

Lengkapi Model Op-amp LMV3 dan Uji dalam Simulasi

Buka rangkaian uji asli kami dan ubah referensi op-amp ke LMV3x:

File -> Buka -> test_LMV321.asc

Hapus referensi ke op-amp LMV321 dalam skema kami.

Gunakan opsi komponen pada menu pita LTspice untuk menempatkan op-amp LMV3x.asy

Ganti referensi ke model dengan mengklik kanan pada perintah. INC pada gambar skema dengan:

. INC LMV3x_macromodel.mod

Ganti judul untuk mencerminkan tujuan skema baru kami:

STMicroelectronics LM3x model: Non-Inverting Amplifier

Semua elemen skema lainnya akan tetap sama.

Simpan skema yang dimodifikasi sebagai test_LMV3x.asc di direktori kerja Anda.

Jalankan simulasi untuk model op-amp STMicroelectronics LMV3x

Klik ikon Run pada menu pita LTspice

Ukur V(keluar) dan V(Masuk+) menggunakan kursor di atas kabel terkait

Perhatikan bahwa keuntungan ditampilkan sebagai 2, seperti yang kami prediksi di atas.

Direktori kerja Anda seharusnya memiliki file-file ini sekarang:

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

Langkah 10: Bandingkan Kinerja Model dan Catatan Penutup

Tinjau Model Simulasi dalam Rangkaian Arus ke Tegangan

Simulasi op-amp penguat non-pembalik yang telah kami jelajahi sejauh ini menunjukkan hasil yang konsisten untuk masing-masing dari tiga model. Yaitu gain tegangan sebesar 2, seperti yang kita prediksi.

Saya ingin meninggalkan Anda dengan satu simulasi sirkuit lagi menggunakan masing-masing dari tiga model. Konverter arus ke tegangan yang dirancang "buruk". Skema menunjukkan prediksi Vout = Iin * R1.

Untuk kesalahan minimum karena arus bias, nilai yang disarankan untuk R2 harus sama dengan R1. Di sirkuit saya, saya sengaja menggunakan nilai yang jauh lebih rendah untuk R2 dalam upaya untuk mengekspos perbedaan model di luar praktik desain normal. Simulasi juga harus membantu kita memvisualisasikan kesalahan desain yang buruk diprediksi melalui varians bias karena R1 dan R2 tidak sama.

Dalam tiga simulasi, Maxim LMX321 tampil paling berbeda karena Vout tampak rendah dan tidak ada perbedaan dalam bias atau dering. Sementara dua model lainnya, LMV3x STMicro dan LMV321 National Semi menunjukkan hasil Vout yang diharapkan bersama dengan beberapa perbedaan varian dalam perilaku bias atau dering.

Kesimpulannya

Saya telah menunjukkan tiga metode berbeda yang ditemui saat mengimpor model op-amp pabrikan menggunakan keluarga LMV321 untuk LTspice. Kami meninjau model National Semiconductor LMV321 dari situs web TI, model STMicroelectronics LMV3x, dan model MAXIM LMX321. Ketiga metode ini akan membantu Anda mengimpor model op-amp untuk bagian lain mana pun menggunakan perintah. SUBCKT model bersama dengan Atribut LTspices dan editor Tabel Pin.

Saya juga telah menunjukkan bahwa beberapa model berkinerja lebih baik daripada yang lain seperti yang ditunjukkan dengan skema konverter tegangan ke arus. Menguji dua atau lebih model dalam desain simulasi Anda dapat membantu Anda mendapatkan hasil yang lebih andal untuk kebutuhan Anda.

Referensi:

Unduh dan Dokumentasi LTspice

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

Grup LTspice - Grup Yahoo: banyak file yang dibagikan, dukungan aktif untuk pertanyaan

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

Lembar Referensi Cepat SPICE v1.0, Standford EE133 - Musim Dingin 2001: referensi ke. SUBCKT pp7-8

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

Koleksi Rangkaian Op Amp: Catatan Aplikasi Semikonduktor Nasional 31, September 2002: referensi ke penguat non-pembalik dan rangkaian op-amp konversi arus ke tegangan

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

Semua file yang terkait dengan instruksi ini tersedia untuk diunduh sebagai file zip di bawah ini.

ltspice_lmv321_simulation_files.zip