Онлайн расчет операционного усилителя: cxema.org — Расчет коэффициента усиления схемы на операционном усилителе

Расчет параметров инвертирующего и неинвертирующего усилителей

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерная школа энергетики

Электроэнергетика и электротехника

«Расчет параметров инвертирующего и неинвертирующего усилителей»

Индивидуальное задание № 1

по дисциплине:

Электроника 2.1

Исполнитель:

студент группы 5А6Г Агафонов Богдан Валерьевич

Руководитель:

кандидат технических наук Чернышев Александр Юрьевич

Томск — 2018

Задание №1

Рассчитать параметры инвертирующего усилителя (рис. 1), выполненного на операционном усилителе, который обеспечивает коэффициент усиления по напряжению при сопротивлении нагрузки . Для расчетов принимаем =2,2 и = 51 кОм.

Рис.1. Схема инвертирующего усилителя

Решение:

Промышленность выпускает различные типы операционных усилителей, каждый из которых разрабатывается под конкретные изделия. Наиболее простыми являются ОУ марки К140УД6, К140УД7, К1410УД20. Для выполнения инвертирующего усилителя выбираем ОУ марки К140УД6, который имеет следующие основные параметры:

=+151,5 В;

1 МОм;

=151,5 В;

= +11 В;

2,5 мА;

200 нА;

25 нА;

=10 В;

= 11 В;

30000;

= 1 МГц;

= 2 В/мкс;

Условные обозначения параметров операционного усилителя:

напряжение источника питания положительной полярности;

напряжение источника питания отрицательной полярности;

максимальный допустимый ток операционного усилителя;

входной ток операционного усилителя;

разность входных токов;

напряжение смещения;

входное сопротивление

максимальное выходное напряжение положительного уровня;

максимальное выходное напряжение отрицательного уровня;

коэффициент усиления напряжения;

частота единичного усиления;

скорость изменения выходного напряжения.

Значение сопротивления резистора при заданной нагрузке определяем из условия ограничения выходного тока операционного усилителя на допустимом уровне:

Решим уравнение относительно сопротивления :

Подставив в выражение численные значения параметров, получим

Для ограничения выходного тока операционного усилителя увеличиваем в 10 раз.

Сопротивления резистора выбираем из ряда номинальных значений Е24.

Принимаем кОм.

Определим мощность резистора . Для этого найдем максимальный ток, протекающий по резистору :

Подставив численные значения параметров в выражение, имеем

Тогда мощность резистора

или после подстановки численных значений параметров

С учетом стандартного ряда мощностей выбираем резистор типа МЛТ – 0,01 – 51кОм ±5 %.

Коэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется в соответствии с выражением

Решая выражение относительно , получим

После подставки численных значений параметров:

Сопротивление резистора выбираем из ряда номинальных значений Е24:

Определим мощность резистора . Для этого из выражения найдем максимальное входное напряжение:

Тогда

и

С учетом численных значений параметров

Из ряда стандартных мощностей выбираем резистор типа МЛТ – 0,01 –24 кОм ± 5 %.

С целью уменьшения токов и напряжений сдвигов в схему включают резистор . Резистор выбирают из условия равенства входных сопротивлений по инвертирующему и неинвертирующему входам операционного усилителя

Подставив найденные значения сопротивлений и в выражение, получим

Сопротивление резистора выбираем из ряда номинальных значений:

Так как операционный усилитель охвачен обратной связью и по входным цепям не потребляет тока, то мощность резистора мала. Выбираем резистор типа МЛТ – 0,01 – 18 кОм ± 5 %.

В соответствии с выражением проведем проверку коэффициента усиления инвертирующего усилителя

Погрешность вычислений находим по выражению

С учетом найденного значения определяем величину

Погрешность не превышает 5 %, поэтому найденные значения резисторов можно считать приемлемыми.

Рис.2. Модель инвертирующего усилителя в программной среде Electronics Workbench

Рис.3. Осциллограммы цифрового осциллографа

Из осциллограмм (рис. 3) следует, что при входном напряжении инвертирующего усилителя (см. окно VA1 на рис. 3), выходное напряжение равно

Тогда коэффициент усиления по напряжению инвертирующего усилителя можно определить по уравнению

Следовательно, параметры инвертирующего усилителя с заданным коэффициентом усиления найдены верно.

Задание №2

Рассчитать параметры неинвертирующего усилителя (рис. 4), выполненного на операционном усилителе, который обеспечивает коэффициент усиления по напряжению при сопротивлении нагрузки . Для расчетов принимаем и .

Рис.4. Схема неинвертирующего усилителя

Решение:

Для расчетов используем операционный усилитель типа К140УД6.

Определяем сумму сопротивлений резисторов и при заданной нагрузке из условия ограничения выходного тока операционного усилителя на допустимом уровне:

Решим выражение относительно

Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя определяется в соответствии с выражением

Из выражения определим отношение сопротивлений и и составим систему уравнений

Решая систему уравнений относительно , получаем, что , тогда Из стандартного ряда выбираем номинальные значения сопротивлений а .

Найдем ток, протекающий через резисторы и :

Подставив численные значения параметров в выражение, получим

В соответствии с выражением определим мощность резисторов и :

С учетом ряда стандартных мощностей выбираем резистор типа МЛТ0,0252,2 кОм 5%, а резистор типа МЛТ0,0252,7 кОм 5%.

С целью уменьшения токов и напряжений сдвигов в схему (рис.4) включают резистор . Сопротивление выбирают из условия равенства входных сопротивлений по инвертирующему и неинвертирущему входам операционного усилителя в соответствии с выражением

Согласно стандартному ряду сопротивлений принимаем

Так как ОУ охвачен обратной связью и не потребляет ток по входным цепям, то ток, протекающий через чрезвычайно мал. Поэтому мощность резистора принимаем равной 0,01 Вт, а резистор выбираем типа МЛТ0,011,3 кОм5%.

Проведем проверку коэффициента усиления неинвертирующего усилителя по выражению:

По уравнению определяем погрешность вычислений

Погрешность не превышает 5 %, поэтому найденные значения резисторов можно считать приемлемыми.

Рис.5. Модель неинвертирующего усилителя в программной среде Electronics Workbench

Рис.6. Диаграммы входного и выходного напряжений неинвертирующего усилителя

Из диаграмм напряжений следует, что при входном напряжении инвертирующего усилителя равном выходное напряжение составляет .

Коэффициент усиления по напряжению неинвертирующий усилитель определяется как отношение выходного напряжения к входному напряжению :

Анализ полученных диаграмм (рис. 6) показывает, что коэффициент усиления неинвертирующего усилителя составляет 2,227. Следовательно, параметры неинвертирующего усилителя с заданным коэффициентом усиления найдены верно.

Вывод: научился рассчитывать параметры инвертирующего и неинвертирующего усилителей, понял принципиальную разницу между ними, научился строить схемы усилителей в пакете схематического моделирования схем Electronics Workbench. В первом задании погрешность была на 2,169% больше, чем во втором задании. Также осциллограмма неинвертирующего усилителя дала значение коэффициента усиления по напряжению более близкое к данному значению, чем осциллограмма инвертирирующего усилителя. При расчетах использовал программное обеспечение Mathcad

Расчет преобразователя сопротивления в напряжение

Сопротивление датчика температуры преобразуется в напряжение посредством схемы, представленной на рисунке 15:

Рисунок 15 – Схема преобразователя сопротивления в напряжение (ПСН)

Выходное напряжение преобразователя описывает формула (4). Причем отношение сопротивлений датчика и нагрузочного резистора является коэффициентом передачи резистивного делителя [20]:

. (7)

Опорное напряжение АЦП здесь используется как опорное напряжение ПСН. Для данной схемы U₀ =2,5 В.

Примем коэффициент резистивного делителя равным 0,5, тогда по формуле (7):

. (8)

Откуда сопротивление R1 = 2 кОм.

В качестве сопротивления R1 выберем резистор с номинальным сопротивлением 2 кОм, погрешностью ± 0,1 % (ряд Е96) [24].

В качестве DA1выберем операционный усилитель OPA381. Низкий входной ток смещения, низкие входные напряжение и ток шума, низкое энергопотребление делают очевидным выбор ОРА381 для преобразователя сопротивления в напряжение [22]. Характеристики ОУ представлены в таблице 4 [22].

Таблица 4 – Характеристики ОУ ОРА381

Параметр	Значение
Коэффициент усиления, не менее дБ
Напряжение смещения, мкВ
Температурный дрейф напряжения смещения, мкВ/град	0,1
Входной ток, пА
Температурный дрейф входного тока, пА	2,5
Входное напряжение шума, нВ
Коэффициент ослабления синфазной помехи, дБ
Выходной ток, мА
Напряжение питания, В	2,7 … 5,5
Полоса пропускания, МГц
Рабочая температура, град	от минус 40 до плюс 125

Рассчитаем выходное напряжение ПСН. По формуле (4):

. (9)

(В).

График зависимости изменения выходного напряжения ПСН от температуры в диапазоне измеряемых температур от плюс 30 до плюс 50 ^оС представлен на рисунке 16:

Рисунок 16 – Расчетная зависимость изменения выходного напряжения ПСН от температуры в диапазоне температур от плюс 30 до плюс 50 ^оС

Порядок расчета выходного напряжения ПСН в системе MathCAD представлен в Приложении А.

Расчет усилителя

С выхода преобразователя сопротивления в напряжение измерительный сигнал поступает на вход усилителя (рисунок 17), где его амплитуда масштабируется для последующей передачи в АЦП микроконтроллера.

В качестве операционного усилителя выбран ОРА381 (его характеристики представлены в таблице 4).

Рисунок 17 – Инвертирующий усилитель

Учитывая, что собственный коэффициент передачи усилителя K = 135 дБ (таблица 4) рассчитывается по формуле [23]:

(11)

Следовательно, для того, чтобы выразить коэффициент передачи усилителя в относительных единицах необходимо провести следующие преобразования:

, (12)

, (13)

где К_п – собственный коэффициент передачи усилителя в относительных единицах.

Входные токи смещения ОУ чрезвычайно малы, однако при усилении сигналов низкого уровня, токи смещения могут привести к появлению погрешности усиления. Для повышения точности усилителя целесообразно в цепь неинвертирующего входа включить резистор R3, номинал которого R3 = R4. Наличие резисторов одинаковой величины на инвертирующем и неинвертирующем входах при протекании токов смещения вызывает одинаковое падение напряжения, т.е. дифференциальный входной сигнал будет равен нулю.

Коэффициент усиления схемы рассчитывается по формуле [23]:

, (14)

, (15)

. (16)

Также коэффициент усиления рассчитывается по формуле [23]:

. (17)

Входное напряжение АЦП U_вх = 3,6 В, следовательно, необходимо обеспечить коэффициент усиления . Примем резистор R5 = 10 кОм.

По формуле (14):

; (18)

Откуда R4 = 4167 Ом.

Выберем в качестве сопротивлений R3 и R4 резисторы с номинальным сопротивлением 4,17 кОм (ряд Е192), погрешностью ±0,25 %. В качестве сопротивления R5 выберем резистор с номинальным сопротивлением 10 кОм, погрешностью ±0,25 % [24].

Рассчитаем выходное напряжение усилителя. По формуле (5):

. (19)

(В).

График зависимости изменения выходного напряжения усилителя от измеряемой температуры в диапазоне измеряемых температур от плюс 30 до плюс 50 ^оС представлен на рисунке 18:

Порядок расчета выходного напряжения усилителя в системе MathCAD представлен в Приложении А.

Пассивные и активные режекторные фильтры. Калькуляторы для онлайн расчёта.

Режекторный фильтр — не частый гость в наших краях. Зверь редкий, нелюдимый, но для радиолюбительского хозяйства — весьма полезный. Внешне напоминает полосовых собратьев, но охотится исключительно за сигналами вокруг центральной частоты и мало активен на частотах, выходящих за пределы отведённого ему диапазона.

Для начала определимся с терминологией.

Полосно-заграждающий фильтр (он же — режекторный фильтр, он же — фильтр-пробка) — электронный или любой другой фильтр, не пропускающий сигналы со входа на выход в определённой полосе частот, но имеющий близкий к единице коэффициент передачи при более низких и более высоких частотах.
Эта полоса подавления характеризуется шириной полосы заграждения и расположена вокруг центральной частоты подавления fо.
Заграждающий фильтр, предназначенный для подавления одной определённой частоты, называется узкополосным заграждающим фильтром или фильтром-пробкой.

Для описания режекторных фильтров используют следующие параметры:
центральная частота подавления fо;
две граничных частоты – нижняя fн и верхняя fв, при которых Кu = 0,7mах;
диапазон частот Δf = fв − fн, называемый полосой задержания;
параметр Q = (fв + fн)/(2Δf), называемый добротностью.

Простейшие Т-образные фильтры и их амплитудно-частотная характеристика приведены на Рис.1.

Рис.1

Центральная частота подавления этих фильтров рассчитывается по формуле: fо = 1/(2π*R*C) при R1=R2=R, C1=C2=C. Глубина режекции — всего 10 дБ, а полоса задержания составляет значение, в 5-6 раз превышающее fо.

Именно в силу указанных выше хилых характеристик — подобные простейшие цепи уступили позиции двойным Т-образным RC-фильтрам (Рис.2), часто называемым 2ТФ.

Рис.2 Рис.3

Двойной Т-образный RC-фильтр при определённых условиях (симметрия моста, точный подбор элементов, согласование входа и выхода) почти полностью подавляет центральную частоту fo. Глубина режекции (подавления частоты fo) при работе на высокоомную нагрузку достигает 50 дБ. Добротность Q — около 0,3.

На Рис.2 приведена классическая схема двойного Т-образного режекторного фильтра, на Рис.3 — с возможностью плавной регулировки центральной частоты подавления.

Начнём с нерегулируемой схемы.
Обычно выбираются следующие соотношения элементов R2=R1, R3=R1/2.
Номиналы этих резисторов должны быть на порядок больше выходного импеданса предыдущего каскада и на порядок меньше входного сопротивления последующего.
Ничего не изменилось, центральная частота вычисляется по формуле fо = 1/(2π*R*C).

РИСУЕМ ТАБЛИЦУ ДЛЯ ДВОЙНЫХ Т-ОБРАЗНЫХ RC-ФИЛЬТРОВ

При желании ввести регулировку центральной частоты подавления fо с диапазоном перекрытия по частоте более чем в 2 раза, при сохранении параметров, присущих двойным Т-образным режекторным фильтрам, имеет смысл воспользоваться схемой, приведённой на Рис.3.

Значение резистора R1 должно в 6 раз превышать суммарную величину R2, R3 и R4, поэтому его следует выбирать номиналом — не менее 100 кОм.
Формула для расчёта частоты подавления fо = 1/(2πС√3×R_{3_1}×R_{3_2}), где R_{3_1} — сумма сопротивлений слева от регулирующего вывода R3, а R_{3_2} — справа.

Рисуем таблицу и для таких фильтров.

ТАБЛИЦА ДЛЯ ПЕРЕСТРАИВАЕМЫХ РЕЖЕКТОРНЫХ RC-ФИЛЬТРОВ

Дальнейшего улучшения параметров режекторных фильтров можно добиться введением в схему на Рис.2 положительной обратной связи, подаваемой в точки, идущие к земляной шине.
В результате подобных действий фильтры становятся активными и приобретают следующий вид.

Рис.4 Рис.5

На Рис.4 приведена схема активного режекторного фильтра на основе простого двойного Т-моста.

Значение добротности определяется отношением значений резисторов K=R5/R4. При изменении этого отношения в диапазоне К=0.01-0.2 добротность Q меняется практически линейно и принимает значения от 30 до 2. Дальнейшее увеличение параметра К не приветствуется, в связи с ухудшением неравномерности АЧХ в полосе пропускания.

Для желающих же регулировать значение добротности в более широких пределах на Рис.5 приведена схема активного режекторного фильтра на двух операционных усилителях. Здесь переменный резистор R4 позволяет изменять добротность в пределах 50 — 0.3.

А при необходимости получить перестраиваемый по частоте активный режекторный фильтр, регулирующий вывод переменного резистора R3 на Рис.3, точно таким же образом подключается к выходу операционного усилителя. Результатом является схема, изображённая на Рис.6 .

Рис.6 Рис.7

На Рис.7 приведена схема режекторного фильтра, позволяющая регулировать как частоту подавления, так и добротность в широких пределах.

Обе таблицы для расчёта частотозадающих элементов остаются в силе!

Ну, да и хватит, на следующей странице будем мурыжить режекторные LC фильтры.

 

Расчет инвертирующих операционных усилителей

Лабораторная работа № 9

РАСЧЕТ ИНВЕРТИРУЮЩЕГО ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

Цель работы : Произвести расчет операционного усилителя, в соответствии с заданием.

Данные для расчета:

Номинальное напряжение питания – ± 15 В

Выходная мощность – 300 мВт

Входной ток :

— номинальный – 200 нА

— максимальный – 300 нА

Коэффициент усиления ОУ при разомкнутой ОС – 1000

Размах выходного напряжения двойной амплитуды – 23 В

Входное сопротивление – 1 Мом

Выходное сопротивление – 300 Ом

Схема должна обеспечить коэффициент усиления 100 (40 дБ) при входном сигнале с действующим значением напряжения 80 мВ. Сопротивление нагрузки на выходе усилителя составляет 500 Ом, источник питания может иметь вариации выходного напряжения до 10%

Напряжение питания. Положительное и отрицательное напряжения ± Е_К должны быть равны 15 В каждое, т.е. соответствовать номинальным значениям

Конденсаторы развязки. Рекомендуемые значения С₁ и С₂ 0.1 мкФ.

Сопротивления обратной связи. Чтобы получить требуемый коэффициент усиления К = 100, сопротивление R₂ должно быть в 100 раз больше сопротивления R₁. Значение R₁ следует выбирать таким . чтобы падение напряжения на нем было сравнимо с величиной входного сигнала и не превышало его. При R₁ = 50 Ом номинальный входной ток 200 нА создает падение напряжения

= 50*200 = 10 мкВ

Такое падение напряжения составляет менее 10 % от входного сигнала 80 мВ. Таким образом, падение напряжения на R₁ не окажет заметного влияния на входной сигнал. При R₁ = 50 Ом. При этом сопротивление

R₂ = К* R₁ = 100 * 50 = 5000 Ом= 5 кОм

Сопротивление минимизации смещения . Значение резистора R₃ определяется из соотношения

R₃ = R₁* R₂ / (R₁ + R₂)

При R₁ = 50 Ом и R₂ = 5 кОм R₃ = 50*5*10³ / 50 + 5000 = 49 Ом.

Выходное напряжение. Полный размах выходного напряжения не должен превышать его максимально допустимого значения. В данном случае номинальное максимально допустимое значение двойной амплитуды выходного сигнала равно 23 В. Фактическое значение действующего значения выходного си гнала

U = U_ВХ *К = 80 мВ* 100 = 8000 мВ = 8 В

Двойная амплитуда выходного напряжения составит : 2 * 8 = 22,4 В. Таким образом ожидаемое значение выходного сигнала ( 22,4< 23 В) будет лежать в допустимых пределах.

Выходная мощность . Выходная мощность ОУ может быть рассчитана исходя из действующего значения выходного напряжения U_ВЫХ и сопротивления и R_Н. В данном случае действующее значение выходного напряжения равно 8 В. При заданном сопротивлении нагрузки 500 Ом выходная мощность

Р_ВЫХ = U_ВЫХ² /R_Н = 8²/ 500 = 0,128 Вт = 128 мВт.

Эта величина намного меньше типового значения выходной мощности ОУ. равного 300 мВт.

Выходное сопротивление. Желательно, чтобы выходное сопротивление схемы z_ВЫХ было как можно ниже сопротивления нагрузкиR_Н

Выходное сопротивление можно рассчитать по приближенной формуле.

Z_ВЫХ =

Где R_ВЫХ и К_ОУ – выходное сопротивление и коэффициент усиления ОУ при разомкнутой цепи обратной связи.

Выходное сопротивление Z_ВЫХ = 30 Ом составляет менее 10% от сопротивления нагрузки 500 Ом, поэтому при таком соотношении обеспечивается передача без потерь выходного напряжения ОУ.

Задание для расчета инвертирующего ОУ

Вариант

Номинальное напряжение, В

Выходная мощность, мВт

Входной ток номинальный нА

Входной ток максимальный, нА

Коэффициент усиления ОУ при разомкнутой ОС

Размах выходного напряжение двойной амплитуды, В

Входное сопротивление МОм

Выходное сопротивление Ом

Сопротивление нагрузки , Ом

1

± 15

300

200

300

1000

23

1

300

450

2

± 15

300

250

300

1000

25

1

350

520

3

± 15

300

200

300

1000

24

1

300

550

4

± 15

300

250

300

1000

25

1

350

480

5

± 15

300

200

300

1000

26

1

300

500

6

± 15

300

250

300

1000

30

1

350

520

7

± 15

300

200

300

1000

24

1

300

480

8

± 15

300

250

300

1000

22

1

350

490

9

± 15

300

200

300

1000

23

1

300

500

10

± 15

300

250

300

1000

24

1

350

550

11

± 15

300

200

300

1000

25

1

300

520

12

± 15

300

250

300

1000

23

1

350

525

13

± 15

300

200

300

1000

22

1

300

530

14

± 15

300

250

300

1000

24

1

350

500

15

± 15

300

200

300

1000

25

1

300

510

Отчет должен содержать:

1. Расчет основных параметров.

2. Схема ОУ

3. Вывод.

Лабораторная работа № 10

РАСЧЕТ НЕИНВЕРТИР УЮЩЕГО ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

Цель работы : Произвести расчет неинвертирующего операционного усилителя, в соответствии с заданием.

Данные для расчета:

Коэффициент усиления ОУ – 1000 (60 дБ)

Выходное сопротивление – 300 Ом

Входное сопротивление – 1 Мом

Входной ток (номинальное значение)

Схема должна обеспечить коэффициент усиления 8 при максимальном входном и минимальном выходном сопротивлениях. Минимальный входной сигнал равен 20 мВ, максимальный – 100 мВ.

Выбираем параметр резистора R₁ таким, чтобы падение напряжения на нем при номинальном входном токе не превышало 10%; от минимального входного сигнала.

Приняв минимальный входной сигнал равным 20 мВ и входной ток 200 нА. получим допустимое значение падения напряжения на резисторе : 0,1*20 мВ = 2 мВ. Сопротивление R₁ определяем по закону Ома

При R₁ = 10 кОм и коэффициенте усиления схемы К= 8 сопротивление резистора R₂ рассчитываем

R₂ = (К-1) *R₁ = (8-1)* 10000 = 70000 Ом – 70 кОм.

При К= 8 входное сопротивление схемы

Z_ВХ = Z_ОУ * К = 1*10⁶ * 8 = 8 Мом

Выходное сопротивление схемы усилителя

Z_ВЫХ =

Таким образом, схема отличается большим входным 8 Мом и малым выходным сопротивлением 2,4 Ом

Коэффициент

усиления ОУ

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

Выходное сопротивление, Ом

250

240

300

280

270

350

290

310

300

350

400

450

370

350

340

Входное сопротивление. МОм

1

2

1

2

3

1

2

1

2

1

2

3

1

2

1

Входной ток. нА

200

250

300

220

300

200

230

250

200

300

250

350

200

220

240

Отчет должен содержать:

1. Расчет основных параметров.

2. Схема ОУ

3. Вывод.

Расчет компаратора на операционном усилителе

   Простая схема триггера Шмитта на операционом усилителе имеет симметричные пороговые напряжения относительно нулевой точки и требует для своей работы двуполярное питание. Симметричные пороги ограничивают возможности применения схемы, а двуполярное питание подразумевает использование соответствующего источника, что неудобно, если схема триггера используется совместно с микроконтроллером, напряжение питания которого обычно 5 или 3,3 Вольта. 

   Существует еще одна схема триггера Шмитта на операционном усилителе, в которой используется однополярное питание и можно задавать отличающиеся друг от друга пороговые напряжения. О расчете такой схемы и пойдет речь в этой статье. 

   Рассматриваемая схема имеет два устойчивых состояния — когда на выходе операционного усилителя нулевое напряжение и когда на выходе положительное напряжение насыщения (+Usat).  Нам нужно разобраться, как рассчитать номиналы резисторов R1, R2 и R3 для произвольно задаваемых верхнего и нижнего порогов. 

   Принимая во внимание упрощения, используемые при анализе схем на операционных усилителях (бесконечное входное сопротивление и, соответственно, нулевые входные токи, нулевое выходное сопротивление , бесконечный коэффициент усиления без обратной связи, бесконечная полоса пропускания),  мы можем перерисовать схему триггера Шмитта,  заменив операционный усилитель источником напряжения. 

 

U1 — источник питания операционного усилителя. 

U2 — источник напряжения, имитирующий выход операционного усилителя. 

Напряжение между точками A и B — это входное напряжение операционного усилителя. 

 

Если воспользоваться методом узловых потенциалов, то можно определить значение этого напряжения. Оно будет равно:

 

Uab = (U1*g1 + U2*g3)/(g1 + g2 + g3)

 

где g1, g2, g3 — проводимости ветвей цепи. Проводимость — это величина обратная сопротивлению  g = 1/R, если ты не знал или забыл. Измеряется в сименсах.

 

Подробное рассмотрение метода узловых потенциалов выходит за рамки этой статьи, поэтому просто прими это выражение на веру. 

 

Используя приведеное выше выражение, запишем уравнения, определяющие пороги триггера Шмитта.  

 

при U2 = 0 

Uab = Ult = U1*g1 /(g1 + g2 + g3)

 

при U2 = +Usat

Uab = Uht = (U1*g1 + Usat*g3)/(g1 + g2 + g3)

 

Ult, Uht — нижнее и верхнее пороговые напряжения. Эти значения мы задаем. U1 и Usat — напряжение питания и насыщения соответственно. 

 

   Все, что теперь от нас требуется — решить эту систему из двух уравнений, задав значение одного из резисторов, например R3. Выполнить эти вычисления вручную несложно, но довольно муторно. Нужно выразить из первого уравнения g1, подставить это выражение во второе, выразить g2 через g3, а затем последовательно вычислить значения резисторов.

 

   Лично я предпочитаю использовать для расчета компаратора  Маткад. Он позволяет изменять любые параметры схемы и тут же  получать ответ. Это удобно, когда требуется подобрать значения резисторов соответствующих номинальному ряду, например Е24.

 

   Ниже приведен пример расчета компаратора на операционном усилителе. 

   Фактическое значение задается только для резистора R3, для резисторов R1 и R2 задаются только начальные значения. Сам маткадовский файл для расчета приведен в конце статьи.

 

 

   Несколько слов по поводу выбора номиналов резисторов. 

   Номиналы резисторов должны быть достаточно большими, чтобы не нагружать источник питания и выход операционного усилителя и достаточно маленькими, чтобы входное сопротивление реального операционного усилителя оказывало как можно меньшее влияние на наши расчеты. В схемах, которые мне доводилось применять, я обычно задавал сопротивление обратной связи от 10 до 100 кОм. Получаемые расчетные значения двух других резисторов были ~от 10 кОм до 2 МОм.

 

   Также не следует забывать, что все резисторы имеют разброс номинала и это в какой-то мере будет влиять на реальные значения пороговых напряжений.

 

   Ну вот собственно и все, что я хотел поведать по этой теме. Надеюсь материал пригодится начинающим электронщикам.  

admin — Страница 3 — DataSheet

Common Mode Voltage в переводе с англ. —  синфазное входное напряжение (операционного усилителя). Напряжение между любым из входов операционного усилителя и общим выводом, совпадающее по амплитуде и фазе с напряжением между другим входом и общим выводом.

Input common mode voltage range в переводе с англ. — диапазон синфазного входного напряжения (дифференциального усилителя). Интервал значений синфазного входного напряжения, в котором параметры дифференциального усилителя лежат в заданных пределах.

Common Mode Rejection (CMR) в переводе с англ. — коэффициент ослабления синфазного входного напряжения (операционного усилителя). Коэффициент, равный отношению приращений синфазных входных напряжений к входному напряжению, вызывающих одно и то же приращение выходного напряжения дифференциального операционного усилителя.

Фильтр низких частот первого порядка

На схеме показан активный фильтр низких частот. Он состоит из RC-фильтра низких частот, подключенного ко входу неинвертирующего операционного усилителя (ОУ). Усилитель подключен как повторитель напряжения с коэффициентом усиления по постоянному току равному единице  Av = +1. Читать далее

Приводятся сведения о классификации, условных обозначениях, основных параметрах и габаритных размерах элементов схем бытовой радиоаппаратуры — аналоговых и цифровых микросхем отечественного производства и их зарубежных аналогов.

Читать далее

Коэффициент заполнения (англ. Duty cycle) — это величина измеряемая в процентах, которая рассчитывается как отношение длительности сигнала к периоду следования импульсов:

,

где D — коэффициент заполнения, T — длительность импульса, P — период следования импульсов

К примеру, коэффициент заполнения 60% означает, что напряжение сигнала присутствовало 60% времени а отсутствовало 40%. Реальное же время для сигнала  с коэффициентом заполнения 60% может составлять от долей секунды до дней или даже недель, в зависимости от длительности периода следования.

Иллюстрация сигналов с различным коэффициентом заполнения D

Применение коэффициента заполнения в электрических устройствах

• Электрические двигатели как правило используют коэффициент заполнения (продолжительность включения ПВ) менее 100%. К примеру, если двигатель работает 1 секунду из 100, его коэффициент заполнения  будет равен 1 проценту.
• В широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для управления напряжением мощностью.
• В электронной музыке и синтезаторах. Изменяя коэффициент заполнения можно получить различные звуковые эффекты.
• В сварочных аппаратах ПВ определяется как процент времени за 10 минутный период, в течении которого аппарат может работать не перегреваясь.

Таймеры — NA555 , NE555 , SA555 , SE555

1 Особенности

 

• Диапазон времени от микросекунд до часов
• Астабильный или моностабильный режимы
• Регулируемый коэффициент заполнения
• ТТЛ—совместимый выход может быть использован как сток или исток (до 200 мА)
• Изделие соответствует стандарту MIL-PRF-38535

Купить NE555

 

2 Применение

 

• Биометрия отпечатков пальцев
• Биометрия сетчатки глаза
• RFID — считыватели

Далее о таймерах серии 555

Стерео усилитель звуковой частоты с двумя выходами по 25 Вт, с функцией отключения звука и режимом ожидания.

• Диапазон питания (до ±25 В)
• Двуполярное питание
• Большая выходная мощность 25 + 25 Вт при суммарном коэффициенте гармонических колебаний 10%, сопротивлении нагрузки 8 Ом и напряжении питания ±20 В.
• Нет шумов при включении и выключении
• Режим отключения звука
• Низкий ток потребления в режиме ожидания
• Защита от короткого замыкания
• Защита от перегрева

 

Купить TDA7265

Читать далее

Ошибка №1 в схемах с операционными усилителями

Схема из TI, Ultrasonic Distance Measurement BoosterPack, TIDUAI8A

Операционный усилитель (далее ОУ) следует выбирать, обращая внимание на частоту единичного усиления и требуемое усиление на максимальной рабочей частоте схемы.

Используйте для схем усилителей:

GBW(Hz) = 100 × Макс. Частота × Усиление

Для активных фильтров низкой частоты:

GBW(Hz) = 100 × Добротность × Усиление × Частота среза

Попалась на глаза документация на Ultrasonic Distance Measurement BoosterPac от Texas Instruments.

Текст из документации:

Pay attention to two parameters when selecting the op-amp:

1. Gain-bandwidth product
2. Slew rate

Gain-Bandwidth Product
From the LMP7715 datasheet, the gain bandwidth product for the LMP7715 is ~14 MHz (typical) at V+ = 2.5 V. Therefore, the maximum gain at 40 KHz is 14 MHz/40 KHz = 350. Actual gain in the circuit is set to 333, which is close to the maximum gain of 350 available using the LMP7715 op-amp.

Перевод:

При выборе операционного усилителя обратите внимание на два параметра:

1. Частота единичного усиления

2. Скорость нарастания выходного напряжения

Частота единичного усиления (Gain-bandwidth product, GBW или GBP).

Согласно техническому описанию LMP7715, типичная частота единичного усиления для LMP7715 составляет ~14 МГц при V+ = 2.5 В. Поэтому максимальное усиление на частоте 40 КГц составляет 14 МГц/40 КГц = 350. Фактический коэффициент усиления в схеме установлен равным 333, что близко к максимальному коэффициенту усиления 350, доступному при использовании ОУ LMP7715.

Но давайте посмотрим результат симуляции в TINA-TI.

Симуляция схемы инвертирующего усилителя

Усиление на частоте 40 кГц около 46.2 дБ или всего около 204, если считать в разах.

Иронично, правда? Предупредить о необходимости обратить внимание на параметры ОУ и тут же допустить ошибку.

Усилители

Усиление при замкнутой петле обратной связи неинвертирующего усилителя:

       A          1
G = ——————— = —————————
    1 + A β   1 / A + β

и инвертирующего усилителя:

      A (1 - β)       1 - β
G = - ————————— = - —————————
       1 + A β      1 / A + β

где:
A — усиление при разомкнутой петле обратной связи;
β — усиление в петле обратной связи.

Для примера рассчитаем усиление инвертирующего усилителя с желаемым усилением 1 при A = 100, β = R1 / (R1 + R2) = 0.5:

      A (1 - β)     100 × (1 - 0.5) 
G = - ————————— = - ——————————————— ≈ -0.98
       1 + A β       1 + 100 × 0.5

И при A = 1:

      A (1 - β)     1 × (1 - 0.5) 
G = - ————————— = - ————————————— ≈ -0.333
       1 + A β       1 + 1 × 0.5

При большем требуемом усилении (меньшем значении β) ошибка снижается, но на этапе проектирования во избежание грубых ошибок используйте для схем усилителей:

GBW(Hz) = 100 × G × Fmax

где:
G — усиление на указанной частоте;
Fmax — максимальная частота;
100 — запас усиления.

Ошибка усиления в зависимости от запаса усиления для усилителей с усилением 1

Но чтобы сделать ОУ стабильным, усиление A делается частотно зависимым.

Создаётся спад −6 дБ/октава или −20 дБ/декада, поэтому произведение A × F = GBW является константой. Чем больше GBW, тем быстрее и дороже ОУ. Конечно, у реального усилителя A не может быть бесконечно большим, поэтому существует «полочка» на низких частотах.

Инвертирующий усилитель с желаемым усилением 1 и 100 при использовании ОУ с GBW 1 МГц

Обратите внимание, линия усилителя с коэффициентом 1 всегда ниже линии усиления без обратной связи, в то время как линия усилителя с коэффициентом 100 практически сливается с ней. Схемы с небольшим усилением требуют большего внимания и с точки зрения стабильности, и запаса усиления, и вносимого шума.

Теперь возвращаемся к нашей схеме. GBW LMP7715 зависит от напряжения питания, будем использовать ближайшее известное значение, 14 МГц.

Усиление при разомкнутой петле обратной связи на частоте 40 кГц:

    14 МГц
A = —————— = 350 ≈ 50.9 дБ
    40 кГц

       R1        1.5
β = ——————— = ————————— ≈ 0.003
    R1 + R2   1.5 + 499

      A (1 - β)     350 × (1 - 0.003) 
G = - ————————— = - ————————————————— ≈ -170 ≈ 44.6 дБ
       1 + A β       1 + 350 × 0.003

Это уже похоже на усиление, которое видно в симуляторе, но всё же мы видим иное значение.

Широко используемые ОУ являются скомпенсированными. Проигнорировав область низких частот, где усиление ОУ ограничено, усиление при разорванной петле обратной связи можно описать:

       GBW
A(s) = ———
        s

где:
A (s) — усиление ОУ при разомкнутой петле обратной связи, подразумевается бесконечно большое максимальное усиление;
GBW — частота единичного усиления ОУ в рад/с;
s — комплексная частота;

Если теперь вместо A подставить эту формулу и рассчитать модуль значения на частоте 40 кГц, получим |G| ≈ 240.8 ≈ 47.6 дБ. Это уже ближе к 46.2 дБ, которое видно в симуляторе. Если теперь учесть импеданс ёмкости, включенной последовательно с входным сопротивлением и уменьшающий усиление, можно получить окончательное значение.

Активные фильтры

Для оценки требуемого значения GWB обычно используется формула:

GBW(Hz) = 100 × Q × G × F3

где:
GBW — частота единичного усиления скомпенсированного операционного усилителя;
G — усиление на указанной частоте;
F3 — частота среза фильтра по уровню −3 dB;
Q — добротность фильтра;
100 — запас усиления.

Здесь появляется дополнительный множитель, Q. Дело в том, что ФНЧ с Q > 0.707 имеет пик на АЧХ и необходимо учесть его величину. Величина этого пика:

           Q
β = ——————————————— ≈ Q
    √{1 - 1/(4 Q²)}

Что будет, если забыть про требование к GBW?

Для примера возьмём ФНЧ Баттерворта на 250 кГц для которого ожидается плоская АЧХ в полосе пропускания. ОУ с GBW 1 МГц.

ФНЧ 250 кГц на идеальном ОУ и с GBW 1 МГц

Появился пик около 0.5 дБ в полосе пропускания, а сама она сузилась.

Для ФНЧ дополнительное уменьшение усиления с ростом частоты может быть даже полезным, позволяя получить большее ослабление нежелательных частот. Пик тоже может быть полезным, им можно скомпенсировать спад АЧХ других каскадов. Однако, если поведение вблизи частоты излома важно, влияние GBW можно попробовать скомпенсировать. Прочитать об этом можно там, тут и здесь.

Подумать

Естественно, простыми схемами жизнь не ограничивается. Поразмять мозги можно поисследовав, например, следующие схемы:
Суммирующий усилитель, инструментальный усилитель на двух ОУ, преобразователь напряжение-ток, схема компенсации Type II.

Схемы на ОУ

Заключение

С 80-х готов 20-го века аналоговая электроника считается умирающей и всё больше заменяется цифровой. Её изучению уделяется всё меньше внимания, что сказывается на подготовке инженеров. Тем не менее, аналоговая обвязка всё ещё применяется для связи с реальным миром, и полностью от её использования отказаться не получается.

Помнить обо всех нюансах схем обычно трудно, поэтому лучше всего использовать для расчётов профессиональные утилиты. Любительские обычно ограничиваются лишь расчётом номиналов резисторов и конденсаторов. И обязательно проверять в симуляторе.

Среди профессиональных можно отметить набор утилит от Texas Instruments: Analog engineer’s calculator, Filter Pro (куда-то пропал на их сайте и сейчас предлагают только онлайн расчёт, но можно найти на сторонних сайтах). Программы от Analog Devices можно найти тут. Для профессиональных расчётов на мобильнике есть Circuit Calculator и Filter Designer.

Хотя тенденция предоставлять только онлайн расчёты честно говоря расстраивает, а дистрибутивы для ПК в сотни мегабайт удивляют несказанно. Интерфейс программ часто жуткий и ясно демонстрирует, что программисты не понимают, что требуется от их программ. Но это видимо тема для отдельного разговора.

P.S. Пользуясь случаем, передаю привет создателям нового текстового редактора и новой версии сайта.

© Habrahabr.ru

Калькулятор напряжения и усиления операционного усилителя

Обзор

Этот калькулятор помогает рассчитать значения выходного напряжения, а также инвертирующий и неинвертирующий коэффициенты усиления операционного усилителя. Введите значения резисторов, входных напряжений и напряжений питания и нажмите кнопку «вычислить».

Операционный усилитель (ОУ) — это усилитель напряжения с дифференциальным входом и несимметричным выходом. Две самые основные конфигурации операционных усилителей — это инвертирующий усилитель и неинвертирующий усилитель.Термины «инвертирующий» и «неинвертирующий» относятся к полярности выходного напряжения по отношению к полярности входного напряжения. Инвертирующий усилитель обеспечивает выходное напряжение, полярность которого противоположна входному. Неинвертирующий усилитель не меняет полярность своего входного напряжения.

Обратите внимание, что этот калькулятор может использоваться как для инвертирующей, так и для неинвертирующей конфигурации операционного усилителя. Для неинвертирующего операционного усилителя установите V2 на 0 В и используйте V1 в качестве входа.Если требуется инвертирующий операционный усилитель, установите V1 на 0 В и используйте V2 в качестве входа. Используйте очень большое значение для R3 (например, 9999999999), если положительный входной терминал операционного усилителя должен быть подключен непосредственно к земле.

Уравнения

$$ V_ {out} = A V_ {input} $$

Для инвертирующего ОУ:

$$ A = — \ frac {R_ {2}} {R_ {1}} $$

Для неинвертирующего ОУ:

$$ A = 1 + \ frac {R_ {2}} {R_ {1}} $$

Приложения

Операционный усилитель — это модуль дифференциального усилителя с высоким коэффициентом усиления, который является центральным компонентом множества полезных и простых схем усилителя.Проектирование с использованием операционных усилителей намного проще, чем создание индивидуальных усилителей из дискретных компонентов, а полученные схемы легко настраиваются в соответствии с потребностями приложения. Основным методом реализации операционных усилителей является использование отрицательной обратной связи. В типичных инвертирующих и неинвертирующих конфигурациях цепь обратной связи имеет форму двух резисторов. Низкочастотное усиление готовой схемы почти полностью определяется номиналами этих двух резисторов.

Дополнительная литература

Калькулятор напряжения и усиления операционного усилителя

— Apogeeweb

Усиление и усиление напряжения

В операционном усилителе, когда напряжение поступает в схему усиления, на выходе получается входное напряжение, умноженное на коэффициент усиления. Это усиление представляет собой значение выходного напряжения, деленное на входное. Входное напряжение Vs, выходное напряжение Vo и скорость усиления представлены как Av и могут быть определены следующим образом.

Что такое децибел (дБ)?

20-кратный десятичный логарифм степени увеличения выражается в децибелах [дБ]. Например: когда коэффициент усиления холостого хода операционного усилителя составляет 100000 раз, выражение в децибелах выглядит следующим образом.

Большое многократное увеличение, например 10, может быть выражено в децибелах как малое значение, например 100 [дБ]. Кроме того, необходимые блоки для аналоговой схемы перечислены ниже.

(A) дБ: возьмите логарифм отношения двух величин, значение после 10 или 20 раз.

(B) Vp-p: разница между максимальным и минимальным значениями сигнала.

(C) Vrms: средний квадрат действующего значения.

1 В среднекв. = 2√2

(D) дБВ: Представление основано на среднеквадратичном значении 1 В.

0 дБВ = 1 В среднеквадр.

(E) дБм: Опорное напряжение, обеспечивающее мощность 1 мВт на нагрузке.

Обычно значение нагрузки составляет 50 Ом, 600 Ом.

0 дБм = 0,775 В среднекв. (Нагрузка 50 Ом)

0 дБм = 0,775 В среднеквадр. (Нагрузка 600 Ом)

(F) oct: «октава» 1 октава — это 2 раза для некоторых частот.

-6 дБ / oc означает, что при увеличении частоты в 2 раза она уменьшится на 6 дБ.

(g) dec: «декада» 1dec равна 10 раз для некоторых частот

-20 дБ / дек означает, что при увеличении частоты в 10 раз она уменьшится на 20 дБ.

※ Из (f) и (g) известно, что -6 дБ / окт. = -20 дБ / дек.

(ч) дБ (децибел) базовый расчет

3 дБ ≒ 1.41 раз ≒ √2;

6 дБ ≒ 2,00 раза;

10дБ ≒ 3,16 раза;

20дБ ≒ 10 раз;

Пример) 16 дБ = 10 дБ + 6 дБ → 3,16 × 2 = 6,32 раза.

Часто задаваемые вопросы

1. Что такое выгода?

В электронике коэффициент усиления — это мера способности двухпортовой схемы (часто усилителя) увеличивать мощность или амплитуду сигнала от входа к выходному порту путем добавления энергии, преобразованной из некоторого источника питания в сигнал. …. Это часто выражается в логарифмических единицах децибел (дБ) («усиление в дБ»).

2. Что такое усиление в операционных усилителях?

Коэффициент усиления операционного усилителя показывает, насколько большим будет выходное напряжение, чем входное. Например, операционный усилитель с резистором RIN 1 кОм и резистором RF 10 кОм будет иметь коэффициент усиления 10.

3. Почему операционный усилитель имеет высокое усиление?

Операционный усилитель

— устройство усиления напряжения

Операционные усилители

имеют высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс из-за концепции делителя напряжения, который представляет собой то, как напряжение делится в цепи в зависимости от величины импеданса, присутствующего в данных частях цепи.Вот почему операционные усилители должны иметь высокое входное сопротивление.

4. Почему CMRR измеряется в дБ?

Дифференциальное усиление Ad увеличивает разницу между двумя входными напряжениями. Но синфазное усиление Ac увеличивает синфазное постоянное напряжение между двумя входами. Отношение двух коэффициентов усиления называется коэффициентом подавления синфазного сигнала. Значение формата указано в дБ.

5. В чем разница между усилением и громкостью?

Усиление и громкость — очень похожие концепции, но их различие очень важно для вашего микса.Громкость — это уровень громкости на ВЫХОДЕ канала или усилителя, а усиление — это уровень громкости на входе канала или усилителя. Он контролирует тон, а не громкость.

6. Зачем операционным усилителям отрицательное напряжение?

Сами операционные усилители

не имеют соединения 0 В, но их конструкция предполагает, что типичные сигналы будут ближе к центру их положительного и отрицательного источников питания. Таким образом, если ваше входное напряжение находится на одном пределе или вынуждает выход к одному источнику питания, скорее всего, он не будет работать должным образом.

7. Почему коэффициент усиления операционных усилителей уменьшается на высоких частотах?

На более высоких частотах задействуются внутренние переходные конденсаторы транзистора, уменьшая таким образом выходную мощность и, следовательно, коэффициент усиления усилителя. Реактивное сопротивление конденсатора уменьшается с увеличением частоты в обход большей части выхода. В некоторых случаях выход возвращается на вход как отрицательная обратная связь.

8. Что такое усилитель с высоким коэффициентом усиления?

Дисторшн-усилитель с высоким коэффициентом усиления — это именно то, что вам нужно.Настроен на большую прибыль. JCM-900, Dual Rectifier и т. Д. И т. Д. Он будет обеспечивать сильно искаженный или перегруженный тон на тихой или громкой громкости при любой настройке громкости. Тем не менее, у них часто будет чистый канал.

9. Зачем нужен неинвертирующий операционный усилитель?

Неинвертирующий усилитель — это конфигурация схемы операционного усилителя, которая выдает усиленный выходной сигнал. Высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление неинвертирующего усилителя делают схему идеальной для приложений с буферизацией импеданса.

10. Что такое инвертирующий и неинвертирующий усилитель?

Усилитель, у которого выходной сигнал сдвинут по фазе на 180 градусов по отношению к входу, известен как инвертирующий усилитель, тогда как усилитель, у которого есть фаза o / p относительно i / p, известен как неинвертирующий усилитель.

Калькулятор бюджета ошибок операционного усилителя

| Центр дизайна

Инструкции | Устранение неполадок | Связанная информация

---

Инструкции

Этот калькулятор состоит из двух частей: аннотированной схемы вверху и таблицы источников ошибок внизу.Параметрические данные операционного усилителя автоматически вводятся в соответствующие поля нижней таблицы, а значения по умолчанию для параметров приложения были присвоены полям, зависящим от приложения, вверху. Все входные данные можно переопределить вручную, однако поля вывода (обведены светло-серым) не могут быть изменены.

После ввода данных в поле нажмите вкладку или щелкните «Обновить», чтобы вычислить производные значения и увидеть обновленные напряжения узлов на схеме. Если входы вне допустимого диапазона, появится предупреждение.Если комбинация входов приводит к превышению внутренних или внешних пределов выхода, значение проблемного узла будет выделено красным цветом и появится сообщение «Вне диапазона!» появится сообщение. При наличии этого сообщения все значения узла должны считаться недопустимыми. Не оставляйте поля пустыми: если вы видите NaN (Not a Number), это означает, что было введено недостаточно данных для вычисления значения.

«Усиление» и «R _F » вычисляются автоматически друг от друга на основе значения «R _G ».Расчет идеален и не отражает, например, R _S , R _X и R _L .

Уравнения, перечисленные в столбце «Расчет», являются приблизительными и отражают наихудший случай между тремя вариантами буфера. Изменения в уравнении для определенных типов буферов указаны в (). Например (1/2: noninv) означает, что для вычисления этого количества для неинвертирующих буферов следует использовать дополнительный коэффициент 1/2.

Показанные характеристики: для наихудшего случая для выбранной детали, если таковые имеются, в противном случае используются типовые значения.Если спецификация недоступна, в этом поле появится «N / S», и для расчета будет использоваться идеальная спецификация (обычно ноль). Обратите внимание, что очень маловероятно, что все характеристики наихудшего случая когда-либо будут присутствовать одновременно в одной и той же части. Разработчик всегда должен обращаться к соответствующему листу данных и подставлять числа, наиболее подходящие для его / ее применения. Все расчеты являются приблизительными с отображением ошибок и суммированием в абсолютных PPM, даже если в некоторых сценариях фактические значения будут отрицательными.

---

Поиск и устранение неисправностей

В настоящее время не известно о каких-либо особых проблемах с этим калькулятором.

---

Уравнения рабочего усилителя

для схемотехники

Введение

Операционный усилитель (ОУ) — это блок аналоговой схемы, который принимает дифференциальный вход напряжения и выдает несимметричный выходной сигнал напряжения. Как решить схемы ОУ? Взгляните на следующие уравнения операционного усилителя для нескольких основных схем применения операционных усилителей.

Операционный усилитель имеет два входных контакта и один выходной контакт. Его приложения во множестве различных схем, где их атрибуты: усиление, входное сопротивление, выходное сопротивление, дифференциальный вход и так далее. Основные формулы операционных усилителей, используемые для расчетов, показаны ниже:

Рис. 1. Повторитель напряжения
Примечание. Буферный сигнал с высоким импедансом и нагрузка с низким импедансом

Рис. 2. Синфазный операционный усилитель
Примечание: синфазное усиление сигнала

Рис 3.Операционный усилитель с обращенной фазой
Примечание: вход усиления и инвертирования

Рис. 4. Вычитатель напряжения, дифференциальный усилитель
Примечание. Увеличьте разность напряжений и подавите синфазное напряжение

Рис. 5. Сумматор напряжения
Примечание: суммирование суммируемых значений напряжения

Рис. 6. Фильтр нижних частот, интегратор
Примечание: ограничение полосы пропускания сигнала

Рис 7.Фильтр высоких частот, дифференциатор
Примечание. Устранение постоянного тока, усиление сигнала переменного тока

Рис. 8. Дифференциальный усилитель
Примечание. Привод дифференциального сигнала к аналого-цифровому преобразователю от дифференциального или несимметричного источника сигнала

Рис. 9. Инструментальный усилитель
Примечание: усиление разностного сигнала низкого уровня и подавление синфазного сигнала

Рис 10.Шум однофазного ОУ

Примечание:
RTO NOISE = NG × RTI NOISE
RTI = преобразовано во входное
RTO = преобразовано в выходное

Формула децибел (эквивалентное сопротивление)

Формула шума Джонсона-Найквиста

Закон Ома (цепь постоянного тока)

Рис 11.Частотная характеристика с обратной связью (усилитель с обратной связью по напряжению)

Формулы сопротивления

Формулы реактивного сопротивления

Формулы импеданса (в серии)
Примечание:
RL в серии
RC в серии
LC в серии
RLC в серии

Формулы напряжения и импеданса (параллельное соединение)

Средство расчетов: Apogeeweb Free Tool предоставляет универсальный ресурс, который может удовлетворить ваши потребности в различных расчетах в электронной промышленности и сразу же покажет вам проиллюстрированные результаты.

ошибок операционного усилителя, другой вид

Преамбула

Тема ошибок операционных усилителей освещалась многими писатели. Примечание к применению Dataforth 102 ^[1] охватывает тема применительно к инструментальным усилителям и предоставляет ссылки на электронные таблицы для наихудшего случая ошибки анализ. Это хорошее место для практических инженер. Инструментальный усилитель Приложения Примечание 102 можно разложить на неинвертирующие усилитель этой заметки по применению с использованием деления пополам Бартлетта теорема ^[2] .

Использование имитаторов схем и подходящих макросов операционных усилителей обеспечит быстрые результаты. Две бесплатные загрузки — это TI Тина и LTspice. Их можно найти на сайтах Техасские инструменты и линейные технологии.

Это примечание касается только операционных усилителей и не пытается быть исчерпывающим. Его цель — показать, как окончательные уравнения некоторых основных ошибок получены из первой схемы принципы — в первую очередь узловой анализ. Окончательные уравнения в комплекте с коробкой.

Это руководство по применению предназначено для считывающего устройства с математическим управлением. Мы у всех был опыт в математике и технических обучение чтению лечение некоторой темы, где автор вводит материал и переходит к окончательному уравнению заявив, что «вывод предоставляется заинтересованному читателю». Если наш учитель не дал вывод как задание, большинству из нас это было неинтересно. Еще одно ненавистное заявление «Можно увидеть при осмотре». Не все студенты заинтересованные инспекторы.Следует признать, что многие книги были бы слишком длинными, если бы не эти ярлыки. Верно и то, что знания самоучки, в то время как часто неполный, часто остается дольше. Возможно, не математика ориентированные люди никогда не знали, что карандаш и бумага — вот что оживляет математику. Для для многих математика превращается в пятно бессмысленных символов, бессмысленная подделка формул или даже слепое подражание.

Элегантный способ провести следующий анализ — использовать теорему Миддлбрука о дополнительных элементах ^[3] Однако я начинаю с анализа основных схем и перехожу к алгебраическим кривошип.

Напряжение смещения

Предположим, что схема на рис. 1 является «идеальным рабочим местом». Усилитель », за исключением напряжения смещения и конечной разомкнутой цепи. прирост.

Во-первых, идеальный усилитель. Для Α _o быть очень и очень большим, независимая переменная V ₁ должна быть достаточно близкой для всех для практических целей к зависимой переменной ν ₂ . Найти для идеального усиления усилителя используйте соотношение делителя напряжения:

Считается, что усилители с отрицательной обратной связью имеют замкнутый контур. усиление (G _cl ).Когда обратная связь не установлена, фраза становится усилением разомкнутого контура (G _ol ). R ₁ / R ₁ + R ₂ является называется фактором обратной связи. В этом примечании Β символизирует коэффициент обратной связи.

Изменение условий,

Объединение уравнения. 1.1a и уравнение. 1.2а,

Уравнение 3 легко, возможно красноречиво, показывает, как смещение напряжение и ограниченное усиление разомкнутого контура изменяют знакомые уравнение идеального усиления.Современные операционные усилители имеют очень высокий коэффициент усиления без обратной связи. Если, _o → ∞ ошибка смещения напряжения в одиночку легко наблюдать. Умножается на закрытый шлейф, идеальный прирост. Часто это самая серьезная проблема в Применения операционных усилителей с высоким коэффициентом усиления.

Обратите внимание, что это действительно базовая теория обратной связи, и она применяется гораздо больше, чем просто операционные усилители. Некоторое общение усилители и различные проблемы управления являются примерами с разомкнутым контуром усиление далеко не бесконечно.

Ток смещения и смещения

Ур.2.1a и 2.2a

Идеальная модель для многих современных приложений операционных усилителей. адекватный. Если это не так, необходимо учитывать напряжение смещения. а входного тока хватит для многих остальных. Исключение составляют схемы с высоким коэффициентом усиления и усилители мощности. вождение тяжелого груза. Обратите внимание, что операционные усилители на интегральных схемах имеют почти равные токи смещения на плюсе и отрицательные входы. Разницу иногда называют смещением или разница тока.Если сопротивление источника как видно от каждого входа почти одинаковы, ошибка сведены к минимуму.

Остальная часть статьи предназначена для заинтересованного читателя. Она имеет большее значение в общих системах управления.

Выходное сопротивление

Следующий усилитель идеален во всех отношениях, кроме имеет ограниченное усиление разомкнутого контура и ненулевой выход сопротивление. Как мы увидим, если мы предположим бесконечный разомкнутый цикл усиление, выходное сопротивление не будет иметь никакого эффекта.С тех пор, как мы учитывая ненулевое выходное сопротивление, нагрузка сопротивление включено. Конечно, выигрыш, определяющий резисторы также являются нагрузкой на усилитель.

Условия сбора,

Объединение уравнений,

Или,

Изменение условий,

Объединяя уравнения 4.1a и 4.2a,

Из уравнения 4.3, мы легко можем увидеть, как меняется «Идеальный выигрыш». Для бесконечного Α _o R _i не действует. как бы то ни было. По этой причине мы должны учитывать как в та же модель. Это интуитивно удовлетворительно, если просто глядя на рисунок 4. Если мы позволим R _i стремиться к бесконечности, мы получим эффект только _o .

Теперь мы можем рассмотреть входное сопротивление всей схема.

Отсюда видно, что входное сопротивление операционного усилителя увеличивается на отношение коэффициента усиления разомкнутого контура к замкнутый цикл, «идеальное усиление.”Например, используя типичный значения 10 ⁵ /10 ² = 10 ³ дает множитель увеличения 1000. Обратите внимание, что «идеальное усиление» — это инверсия коэффициент обратной связи:

Некоторые авторы часто используют вместо символа «идеальный» прирост.»

Входное, выходное и нагрузочное сопротивление вместе

Определить:

Теперь у нас есть четкая связь между зависимыми переменной ν ₃ и независимой переменной V ₁ .На это точка, я выберу легкий путь и скажу следующее промежуточные шаги «оставлены на усмотрение заинтересованного читателя». В использовались те же алгебраические методы разложения и сокращения выше приведет вас к формуле. 5.3. По ходу дела помните, что Α _o , R _i и R _l должно быть позволено четко приблизиться бесконечность. Так что поместите их в знаменатели, чтобы эти термины приближаются к нулю. R _o должен приближаться к нулю, поэтому вставьте его числители. Наконец, ищите способ, которым отрицательные термины можно отменить.

Из уравнения 5.3 вы можете легко увидеть, как усилитель несовершенства могут доходить до идеальных пределов, оставляя идеальные уравнение усиления, и здесь нет досадных отрицательных знаков. Уравнения со знаком минус заставляют меня задуматься, а не все могло пойти в минус. Тогда я должен спросить себя если это физически значимо или возможно. Если нет, я могу сделали ошибку. И наконец, не забудьте о единице. анализ. Уравнения усиления должны содержать все члены без единиц измерения, напряжения, напряжения, сопротивления и т. д.Это часто быстрый способ увидеть, что что-то не так, или неверно, по происхождению.

Пример и заключение

Посмотрим, стоит ли что-нибудь из этого обдумать. Рассмотрим следующий дизайн.

Α _o = 200 тыс.
R _i = 50 кОм
R _o = 100
R ₂ = 99,9 тыс.
R ₁ = 100
R _л = 2к

Эти числа в уравнении 5.3 дают выигрыш 994,76, a Ошибка усиления 0,52% . Почти все это происходит от знаменатель, а там только от Α ₀ . Очень незначительное Сумма исходит из соотношения R _o / R _l . Я считаю, что мы могли бы также вычислить ошибку для одного элемента за раз и предполагаем суперпозицию. За пределами этой ошибки 0,5% резистор допуски, очевидно, важны. Напряжение смещения и ток смещения может приводить к большим ошибкам и обычно должен считается первым .Дополнительные источники ошибок — это шум, отклонение источника питания и отклонение синфазного режима. Шум — это отдельная тема. Затем идет температура стабильность и старение. Ошибки при комнатной температуре могут быть откалиброван, но температура и старение не могут, если только мы используем какой-то тип ссылки и делаем автоматический калибровка с обратной связью. Если у нас не будет процессор для этого, тактовый интегратор обратной связи с аналоговый мультиплексор может использоваться для ошибки смещения.Просто обеспечить обратную связь с заземлением с помощью R ₁ и инвертирующий интегратор. Остерегайтесь шума.

Возможно, для повседневной работы лучше всего использовать хороший симуляция! Тем не менее, всегда, однако, в то время как быстро численное моделирование — отличное подспорье, мы легко теряем понимание в источники ошибок. Уравнения вроде 5.3 могут показать где основная часть ошибок возникает из-за определенного заявление. В этом примере почти вся ошибка усиления происходит из-за ограниченного усиления разомкнутого контура и резистора допуски.

Список литературы

1. Указание по применению Dataforth AN102
   http://liwww.dataforth.com/catalog/pdf/an102.pdf
2. Двухсекционная теорема: Бартлетт, А.С., “Расширение свойства искусственных линий », Фил. Mag., Vol. 4, P902, ноябрь 1927 г.

Измерение — Как рассчитать шум схемы операционного усилителя?

Хорошо, теперь я знаю, как это сделать.

Есть 3 основных источника шума, которые необходимо вычислить:

• Тепловой шум самих резисторов
• Шум напряжения самого операционного усилителя
• Текущий шум операционного усилителя, который взаимодействует с резисторами, создавая шум напряжения

Итак, во-первых, вы хотите найти эквивалентное сопротивление, видимое на входах операционного усилителя, смотрящих наружу в схему, с источниками напряжения (такими как выход операционного усилителя), установленными на 0 В (эквивалентно преобразованию их в короткое замыкание). -схемы на массу).Для этой схемы: $$ R_ \ mathrm {eq} = (R_ \ mathrm {m} + R_ \ mathrm {s} + R_ \ mathrm {p}) \ | (R_ \ mathrm {f} + R_ \ mathrm {g})

$

Так, например, если Rs = 100 Ом, Rm = Rp = 1 кОм и Rf = Rg = 100 кОм, то Req = 2,1 кОм.

Чтобы найти тепловой шум этого эквивалентного сопротивления, используйте формулу Джонсона – Найквиста: $$ v_ \ mathrm {n} = {\ sqrt {4k _ {\ text {B}} TR \ Delta f}} $$ Для этого есть онлайн-калькуляторы:

Например, при Req = 2,1 кОм, при 27 ° C, с полосой пропускания звукового сигнала 22 кГц, резисторы будут давать 0.87 мкВ _RMS = −121 дБВ входной шум.

Затем найдите напряжение и ток шума операционного усилителя в таблице данных. Обычно:

• Если \ $ R_ \ mathrm {eq} \ $ мало, вам нужен операционный усилитель с BJT-входом, который имеет более низкий шум напряжения (0,7-5 нВ / √Гц), но более высокий уровень шума по току (500-4000 фА / √Гц).
• Если \ $ R_ \ mathrm {eq} \ $ большой, вам нужен операционный усилитель с полевым транзистором, который имеет более низкий уровень шума по току (1-10 фА / √Гц), но более высокий шум напряжения (3-15 нВ / √Гц).

Чтобы преобразовать спектральную плотность \ $ \ tilde v \ $ (в нВ / √Гц) в напряжение (в В _RMS ), вам необходимо умножить ее на квадратный корень из полосы пропускания: $$ v_ \ mathrm {RMS} = \ tilde v \ cdot \ sqrt {\ Delta f} $$ Так, например, если операционный усилитель представляет собой TLC071 с эквивалентной плотностью входного шумового напряжения 7 нВ / √Гц, шум напряжения операционного усилителя составляет 7 нВ / √Гц ⋅ √ (22 кГц) = 1.2} $$ Итак, √ (0,87 ² +1,04 ² ) = 1,36 мкВ _RMS = −117 дБВ, по оценке.

Текущий шум, вероятно, не имеет отношения к операционному усилителю с полевым транзистором, поэтому мы можем перейти к вычислению выходного шума: просто умножьте входной шум на коэффициент усиления усилителя. Однако вам нужно умножить на «коэффициент усиления шума и », а не на коэффициент усиления сигнала. Чтобы определить коэффициент усиления шума усилителя, преобразуйте существующие источники в цепи короткого замыкания и подключите источник испытательного напряжения последовательно с неинвертирующим входом усилителя:

Таким образом, операционный усилитель будет делать все возможное, чтобы инвертирующий вход был равен неинвертирующему входу.Будет один текущий путь: $$ I = \ frac {V_ \ mathrm {out}} {R_ \ mathrm {f} + R_ \ mathrm {m} + R_ \ mathrm {s} + R_ \ mathrm {p} + R_ \ mathrm {g}} $$ и это связано с \ $ V_ \ mathrm {t} \ $ следующим образом: $$ V_ \ mathrm {t} = I (R_ \ mathrm {m} + R_ \ mathrm {s} + R_ \ mathrm {p}) $$ комбинирование и решение: $$ \ frac {V_ \ mathrm {out}} {V_ \ mathrm {t}} = \ frac {R_ \ mathrm {f} + R_ \ mathrm {m} + R_ \ mathrm {s} + R_ \ mathrm {p} + R_ \ mathrm {g}} {R_ \ mathrm {m} + R_ \ mathrm {s} + R_ \ mathrm {p}} $$ Таким образом, в нашем случае это усиление шума 96,2 × = +39,7 дБ, а наш входной шум -117 дБВ становится -77 дБВ на выходе.(Моделирование TINA дает 137,5 мкВ _RMS = -77 дБВ для сравнения.)

Более подробные шаги

Есть несколько дополнительных шагов, которые вы можете сделать, чтобы сделать расчет более точным:

Чтобы рассчитать влияние шума тока операционного усилителя, умножьте текущий шум на эквивалентное сопротивление, рассчитанное ранее. Для TLC071 это 0,6 фА / √Гц. Итак, в сочетании с \ $ R_ \ mathrm {eq} \ $ 2,1 кОм мы получаем 0,00126 нВ / √Гц. Очевидно, что это намного меньше, чем шум напряжения операционного усилителя, поэтому он не повлияет на результат в этом примере.2} $$ Также, вероятно, повлияет полоса пропускания вашего измерительного оборудования. Предыдущие измерения предполагали наличие фильтра кирпичной стены на частоте 22 кГц, но в действительности фильтры кирпичной стены существовать не могут. Вы можете исправить спад реального фильтра, вычислив эквивалентную полосу пропускания шума (ENBW). Вот таблица поправочных коэффициентов фильтра ENBW в зависимости от порядка. См. Также Почему существует два набора поправочных коэффициентов ENBW?

Фактически, шум напряжения операционного усилителя не является постоянной величиной.Он зависит от частоты, поэтому лучше записать его как \ $ \ tilde v (f) \ $. Вы можете рассчитать его более точно с помощью численного интегрирования. См. Шум и что на самом деле означает V / √Hz?

Проектирование схем операционного усилителя — Ресурсы TINA и TINACloud

Проектирование схем операционного усилителя

После того, как конфигурация системы операционного усилителя задана, мы можем проанализировать эту систему для определения выходного сигнала в условия входов. Мы выполняем этот анализ, используя процедуру, описанную ранее (в этой главе).

Если теперь вы хотите разработать схему , которая объединяет как инвертирующие, так и неинвертирующие входы, проблема усложняется. В задаче проектирования задается желаемое линейное уравнение, и необходимо спроектировать схему операционного усилителя. Желаемый выход сумматора операционного усилителя может быть выражен как линейная комбинация входов,

(30)

, где X ₁ , X ₂ … X _n — желаемые коэффициенты усиления на неинвертирующих входах и Y _a , Y _b … Y _m — желаемые коэффициенты усиления на инвертирующих входах.Уравнение (30) реализовано схемой, показанной на рисунке (14).

Рисунок 14 — Сумматор с несколькими входами

Эта схема представляет собой слегка измененную версию схемы на Рисунке (13) ( Инвертирующий и неинвертирующий входы) .

Рисунок 13 — Инвертирующие и неинвертирующие входы

Единственное изменение, которое мы внесли, — это добавление резисторов между входами операционного усилителя и землей. Заземление можно рассматривать как дополнительный вход нулевого напряжения, подключенный через соответствующий резистор ( R _y для инвертирующего входа и R _x для неинвертирующего входа).Добавление этих резисторов дает нам гибкость в удовлетворении любых требований, выходящих за рамки требований уравнения (30). Например, можно указать входные сопротивления. Любой из этих дополнительных резисторов или оба могут быть удалены, если их номинал стремится к бесконечности.

Уравнение (29) из предыдущего раздела показывает, что значения резисторов, R _a , R _b ,… R _m и R ₁ , R ₂ ,… R _n обратно пропорциональны желаемому усилению, связанному с соответствующими входными напряжениями.Другими словами, если требуется большое усиление на конкретном входном выводе, то сопротивление на этом выводе будет небольшим.

Когда коэффициент усиления разомкнутого контура операционного усилителя, G , велик, выходное напряжение может быть записано в терминах резисторов, подключенных к операционному усилителю, как в уравнении (29). Уравнение (31) повторяет это выражение с небольшим упрощением и с добавлением резисторов на землю.

(31)

Мы определяем два эквивалентных сопротивления следующим образом:

(32)

ПРИЛОЖЕНИЕ

Проанализируйте следующую схему с помощью TINACloud, чтобы определить V _out с точки зрения входа напряжения, нажав на ссылку ниже.

Моделирование летней схемы с несколькими входами с помощью TINACloud

Моделирование летней схемы с несколькими входами с помощью TINACloud

Мы видим, что выходное напряжение представляет собой линейную комбинацию входов, где каждый вход делится на соответствующее сопротивление и умноженное на другое сопротивление. Умножающее сопротивление составляет R _F для инвертирующих входов и R _eq для неинвертирующих входов.

Число неизвестных в этой задаче составляет n + m + 3 (т.е. неизвестные значения резисторов). Поэтому нам нужно разработать n + m + 3 уравнений, чтобы решить эти неизвестные. Мы можем сформулировать n + m этих уравнений, сопоставив данные коэффициенты в уравнении (30). То есть мы просто разрабатываем систему уравнений из уравнений (30), (31) и (32) следующим образом:

(33)

Поскольку у нас есть еще три неизвестных, у нас есть возможность удовлетворить еще три ограничения.Типичные дополнительные ограничения включают рассмотрение входного сопротивления и наличие разумных значений для резисторов (например, вам не нужно использовать прецизионный резистор для R ₁ , равный 10 ^-4 Ом!).

Хотя это и не требуется для проектирования с использованием идеальных операционных усилителей, мы будем использовать конструктивное ограничение, которое важно для неидеальных операционных усилителей. Для неинвертирующего операционного усилителя сопротивление Тевенина, смотрящее назад с инвертирующего входа, обычно делается равным сопротивлению, смотрящему назад с неинвертирующего входа.Для конфигурации, показанной на рисунке (14), это ограничение может быть выражено следующим образом:

(34)

Последнее равенство следует из определения R _A из уравнения (32). Подстановка этого результата в уравнение (31) дает ограничение

(35)

(36)

Подстановка этого результата в уравнение (33) дает простой набор уравнений:

(37)

Комбинации уравнения (34) и уравнения (37) дают нам необходимую информацию для проектирования схемы.Мы выбираем значение R _F и затем решаем различные входные резисторы, используя уравнение (37). Если значения резисторов не находятся в практическом диапазоне, мы возвращаемся и меняем номинал резистора обратной связи. Как только мы определим входные резисторы, мы затем используем уравнение (34), чтобы заставить значения сопротивлений сравняться с двумя входами операционного усилителя. Мы выбираем значения R _x и R _y , чтобы обеспечить это равенство. Хотя уравнения (34) и (37) содержат важную информацию для проектирования, одним из важных соображений является то, следует ли включать резисторы между входами операционного усилителя и землей ( R _x и R _y ).Решение может потребовать итераций для получения значимых значений (т.е. вы можете выполнить решение один раз и получить отрицательные значения сопротивления). По этой причине мы представляем численную процедуру, которая упрощает количество вычислений ^[1]

Уравнение (34) можно переписать следующим образом:

(38)

Подставляя уравнение (37) в уравнение (38), мы получить,

(39)

Напомним, что наша цель — найти значения резисторов в терминах X _i и Y _{j .} Определим условия суммирования следующим образом:

(40)

Затем мы можем переписать уравнение (39) следующим образом:

(41)

Это отправная точка для нашей процедуры расчета. Напомним, что R _x и R _y — это резисторы между землей и неинвертирующим и инвертирующим входами соответственно. Резистор обратной связи обозначается R _F , а новый термин Z определяется как

(42)

Таблица (1) — Суммирующая конструкция усилителя

Мы можем исключить один или оба резистора, R _x и R _y , из схемы на Рисунке (14).То есть один или оба этих резистора могут быть установлены на бесконечность (т. Е. Разомкнуты). Это дает три возможности дизайна. В зависимости от желаемых коэффициентов умножения, относящихся к выходу и входу, в одном из этих случаев будет получен соответствующий план. Результаты представлены в таблице (1).

Проектирование схем с помощью TINA и TINACloud

В TINA и TINACloud доступно несколько инструментов для проектирования операционных усилителей и схем.

Оптимизация

Неизвестные параметры схемы режима оптимизации TINA могут быть определены автоматически, чтобы сеть могла выдавать заранее заданное целевое выходное значение, минимальное или максимальное.Оптимизация полезна не только при проектировании схем, но и при обучении, построении примеров и задач. Обратите внимание, что этот инструмент работает не только для идеальных операционных усилителей и линейных схем, но и для любых нелинейных схем с реальными нелинейными и другими моделями устройств.

Рассмотрим схему инвертирующего усилителя с реальным операционным усилителем OPA350.

По умолчанию для этой схемы выходное напряжение схемы составляет 2,5

Вы можете легко проверить это, нажав кнопку DC в TINACloud.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Проанализируйте следующую схему с помощью онлайн-симулятора схем TINACloud, чтобы определить входные напряжения V _out , щелкнув ссылку ниже.

Моделирование цепей OPA350 с помощью TINACloud

Моделирование цепей OPA350 с помощью TINACloud

Теперь предположим, что мы хотим установить это напряжение, изменив напряжение Vref в схематическом проекте.

Если требуется подготовить это, мы должны выбрать целевой Out = 3V и параметр цепи, который необходимо определить (объект оптимизации) Vref. Для этого объекта мы также должны определить область, которая помогает в поиске, но также представляет ограничения.

Чтобы выбрать и установить цель оптимизации в TINACloud, щелкните вывод Vout Voltage и установите для параметра Optimization Target значение Yes

Затем нажмите кнопку… в той же строке и установите значение 3.

Нажмите OK в каждом диалоговом окне, чтобы завершить настройки.

Теперь давайте выберем и установим объект оптимизации Vref.

Щелкните Vref, затем кнопку… в той же строке

Выберите объект оптимизации в списке вверху и установите флажок Оптимизация / объект.

Нажмите ОК в обоих диалоговых окнах.

Если настройки оптимизации были выполнены успешно, вы увидите знак >> в поле Out и знак << в поле Vref, как показано ниже.

Теперь выберите «Оптимизация» в меню «Анализ» и нажмите «Выполнить» в диалоговом окне «Оптимизация».

После завершения оптимизации найденное Vref, оптимальное значение, будет показано в диалоговом окне оптимизации постоянного тока.

Вы можете изучить настройки и запустить оптимизацию онлайн и проверить с помощью моделирования цепи, используя ссылку ниже.
Запустите оптимизацию из меню анализа, затем нажмите кнопку DC, чтобы увидеть результат в Оптимизированной цепи (3 В)

Онлайн-оптимизация и моделирование цепи с помощью TINACloud

Обратите внимание, что на данный момент в TINACloud включена только простая оптимизация постоянного тока.В автономную версию TINA включены дополнительные функции оптимизации.

Оптимизация переменного тока

Используя автономную версию TINA, вы также можете оптимизировать и перепроектировать цепи переменного тока.

Откройте схему низких частот MFB 2-го порядка Чебышева LPF.TSC из папки Examples \ Texas Instruments \ Filters_FilterPro в TINA , как показано ниже.

Выполнить анализ переменного тока / передаточную характеристику переменного тока.

Появится следующая диаграмма:

Схема имеет единичное (0 дБ) усиление и 1.Частота среза 45 кГц.

Теперь давайте перепроектируем схему, используя оптимизацию переменного тока, и установим усиление низких частот на 6 дБ и частоту среза на 900 Гц.

Обратите внимание, , что обычно инструмент оптимизации применяется только для изменений. В случае фильтров вы можете использовать инструмент создания фильтров. Этой темой мы займемся позже.

Теперь при использовании оптимизации усиление и частота среза являются целями оптимизации.

Щелкните значок «Выбрать цель оптимизации» на панели инструментов или в меню анализа «Выбрать цель оптимизации»

Курсор изменится на значок:.Щелкните вывод Vout Voltage с новым символом курсора.

Появится следующее диалоговое окно:

Нажмите кнопки функций цели AC. Появится следующий диалог:

Установите флажок Low Pass и установите целевую частоту среза на 900 . Теперь установите флажок Максимум и установите Целевое значение 6 .

Затем выберите параметры схемы, которые вы хотите изменить, чтобы достичь целей оптимизации.

Щелкните символ или строку «Выбрать объект управления» в меню «Анализ».

Курсор изменится на символ выше. Щелкните конденсатор C1 этим новым курсором. Появится следующий диалог:

Нажмите кнопку выбора. Появится следующий диалог:

Программа автоматически устанавливает диапазон (ограничение), в котором будет выполняться поиск оптимального значения. Конечное значение равно 20n, как показано выше.

Теперь повторите ту же процедуру для R2.Установите конечное значение на 20k.

После завершения настройки оптимизации выберите Оптимизация / Оптимизация AC (передача) в меню анализа.

Появится следующий диалог:

Примите настройки по умолчанию, нажав OK.

После коротких вычислений оптимум найден, и появятся измененные параметры компонента:

Наконец, проверьте результат с помощью симуляции схемы, запущенной Run AC Analysis / AC Transfer Characteristic.

Как показано на диаграмме, целевые значения (усиление 6 дБ, частота среза 900 Гц) были достигнуты.

Использование инструмента Circuit Designer Tool в TINA и TINACloud

Другой метод проектирования схем в TINA и TINAcloud — это использование встроенного инструмента Circuit Designer, который называется просто Design Tool.

Design Tool работает с расчетными уравнениями вашей схемы, чтобы гарантировать, что указанные входные данные приводят к указанному выходному отклику.Инструмент требует от вас описания входов и выходов, а также отношений между значениями компонентов. Инструмент предлагает вам механизм решения, который вы можете использовать для повторяющихся и точных решений для различных сценариев. Рассчитанные значения компонентов автоматически устанавливаются на схеме, и вы можете проверить результат путем моделирования.

Давайте спроектируем усиление переменного тока той же цепи, используя наш инструмент Circuit Designer.

Откройте схему из папки Design Tool в TINACloud.Появится следующий экран.

Теперь давайте запустим анализ переменного тока / передаточную характеристику переменного тока.

Появится следующая диаграмма:

Теперь давайте перепроектируем схему так, чтобы она имела единичное усиление (0 дБ)

Вызовите Redesign this Circuit из меню Tools

Появится следующее диалоговое окно.