Como usar um modelo Op-Amp de fornecedor de chip no LTSpice: 10 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Introdução

LTspice é uma ferramenta de software de simulação SPICE gratuita com captura esquemática, visualizador de forma de onda e muitos aprimoramentos que roda tanto no Windows quanto no Mac OS X. Eu o uso para pesquisar o comportamento do circuito e experimentar rapidamente novos circuitos para o meu laboratório antes de prototipar um PCB (Impresso Projeto da placa de circuito). A curva de aprendizado é fácil de conquistar graças ao suporte da Analog Devices, do LTspice Support Group do Yahoo e sua compatibilidade com os modelos SPICE mais comuns fornecidos por fornecedores de chips.

Este Instructable demonstrará como ir além da biblioteca de componentes fornecida com LTspice, incorporando um modelo de amplificador operacional LMV321 de três fornecedores de chips diferentes para criar um esquema de amplificador simples, conforme mostrado no desenho. Cada um desses modelos destaca métodos diferentes disponíveis no LTspice para uso com a ampla variedade de modelos de componentes fornecidos em sites de vários fornecedores. Cada um desses modelos também apresenta recursos de desempenho diferentes. Para destacar esses problemas de desempenho, reutilizo esses três modelos também em um projeto de corrente para tensão.

O público-alvo são aqueles com alguma experiência na colocação de componentes em um esquema e na execução de uma simulação. Ao final deste tutorial, você saberá como interpretar o comando. SUBCKT dentro dos modelos do fabricante para uso com os editores opamp2 Pin Table e Attribute do LTspice para usar peças do fabricante em suas simulações.

Etapa 1: Baixe os modelos SPICE disponíveis para LMV321 Op-amp de fornecedores de chips e coloque no novo diretório

Modelos SPICE da manufatura

Vamos incorporar três modelos SPICE baseados no amplificador operacional LMV321 neste tutorial. Acompanhe enquanto descrevo as etapas.

Crie uma pasta para seus próximos esquemas, símbolos e modelos LTspice. Vou me referir a este diretório como nosso diretório de trabalho daqui para frente.

Visite estes sites de fornecedores de chips para extrair os modelos SPICE para o LMV321 op-amp:

• Site da TI (usa o modelo PSPICE da National Semiconductor): LMV321
• Macromodelos de amplificadores operacionais Maxim: LMX321
• Macromodelos STMicroelectronics: Macromodelo LMV3x opamp

Consulte os três diagramas associados para arquivos específicos para download no momento da redação deste instrutível. No futuro, pode ser necessário pesquisar os nomes dos modelos, caso eles tenham sido movidos pelos fornecedores do chip para novas páginas da web.

Para TI e STMicro, você copia o modelo dos arquivos zip baixados para seu diretório de trabalho. Para o modelo Maxim, você deve clicar com o botão direito do mouse no arquivo LMX321. FAM em seu site e salvá-lo em seu diretório de trabalho LTspice.

No final desta etapa, você deve ter estes três arquivos de modelo do Spice em seu diretório de trabalho:

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

Cada um desses arquivos pode ser aberto com um editor de texto para ver uma estrutura comum:

• documentação no topo,
• Comando. SUBCKT,
• Spice comanda a construção do modelo.

Etapa 2: Abra o símbolo genérico LTspice Opamp2.asy de 5 pinos

Opamp2.asy é reutilizável

No menu Arquivo LTspice Abra o símbolo opamp2.asy no diretório de instalação.

Para a instalação padrão do Windows, isso seria:

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

O símbolo opamp2 não tem nenhum modelo op-amp atribuído a ele. Portanto, não será executado em uma simulação. Por esse motivo, é um bom bloco inicial, pois contém o desenho e os links para criarmos qualquer amplificador operacional que use os cinco pinos comuns:

1. Em +
2. No-
3. V +
4. V-
5. Fora

Tome cuidado para não abrir um desses arquivos de símbolo semelhantes por engano:

• opamp.asy (semelhante a opamp2.asy, mas sem os dois pinos de alimentação)
• UniversalOpamp2.asy (um opamp totalmente funcional com modelo genérico)

Etapa 3: Verifique se a ordem do pino do símbolo Opamp2.asy corresponde às informações de conexão do pino LMV321. SUBCKT

Atribuição de tabela de pinos usando. SUBCKT

Abra o modelo LMV321 opamp previamente salvo como LMV321. MOD em seu diretório de trabalho usando seu editor de texto favorito. Perto do topo, podemos encontrar a instrução. SUBCKT.

Um. SUBCKT define uma netlist SPICE reutilizável - semelhante a uma função com seu nome e parâmetros associados em linguagens de software. A sintaxe do subcircuito para um amplificador operacional fornecido por um fabricante é semelhante a esta:

. SUBCKT

… declarações de elemento …

. FIM

O nome do op-amp é a referência externa ao nome do op-amp e os 5 N's são uma lista de conexões elétricas ordenadas para o op-amp, conforme descrito diretamente acima do comando. SUBCKT. As conexões elétricas podem estar em qualquer ordem, mas nosso símbolo opamp2 assume esta ordem:

1. entrada não inversora (In +)
2. entrada inversora (In-)
3. fonte de alimentação positiva (V +, Vss)
4. fonte de alimentação negativa (V-, Vee)
5. saída (saída)

Abra o símbolo LMV321.asy em nosso diretório de trabalho no LTspice e visualize a Tabela de Pin para mapear os nomes de conexão no. SUBCKT para os nomes de conexão em nosso símbolo:

Exibir -> Fixar Tabela

Todas as conexões elétricas já estão na ordem correta para nossa Tabela de pinos LTspice, de 1 a 5 assim:

• entrada não inversora (In +) = 1
• entrada inversora (In-) = 2
• fonte de alimentação positiva (V +) = 3
• fonte de alimentação negativa (V-) = 4
• saída (saída) = 5

Portanto, não teremos que fazer nenhuma alteração na Tabela de Pin do símbolo.

Etapa 4: crie os atributos para o novo símbolo LMV321 e salve o arquivo como LMV321.asy

Atribuição de atributo de símbolo Opamp

Uma última etapa antes de salvar o arquivo de símbolo é nomear o símbolo usando o Editor de Atributos. Usaremos o mesmo nome mostrado na linha. SUBCKT:

LMV321.

Abra o Editor de Atributos no menu:

Editar -> Atributos -> Editar Atributos

Faça as seguintes alterações:

• Altere o valor para: LMV321 (use o mesmo nome da linha de comando. SUBCKT)
• Alterar a descrição para: Incluir LMV321. MOD no esquema (mais sobre isso mais tarde)

Clique em OK e salve o opamp2.asy como LMV321.asy em seu diretório de trabalho.

Notas:

• Deixe o X ao lado do Prefixo para indicar que o símbolo será exibido no esquema,
• Deixe o tipo de símbolo como célula para que o arquivo do modelo seja interpretado corretamente,
• Não salve o símbolo opamp2.asy modificado de volta na biblioteca LTspice ou outros esquemas que possam depender deste arquivo podem estar corrompidos,
• Se você cometeu este erro (como eu cometi uma vez), você pode restaurar o arquivo opamp2.asy original com uma nova sincronização usando o comando: Ferramentas -> Liberação de sincronização.

Seu diretório de trabalho deve ter estes arquivos agora:

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

Etapa 5: Crie um esquema de teste e simule o desempenho do LMV321 Op-amp

Teste o modelo LMV321 Op-amp em uma simulação

Abra um novo esquema de dentro do LTspice: Arquivo -> Novo Esquema

Criaremos um circuito de teste op-amp baseado em um amplificador não inversor com um ganho de 2:

Ganho = 1 + Rf / Rin

Adicione nosso componente LMV321.asy recém-criado de seu diretório de trabalho usando o comando do componente de menu da faixa de opções LTspice.

Dica: Muitos usuários do LTspice não estão cientes de que precisam mudar o diretório do símbolo para seu diretório de trabalho. Para gerenciar o acesso aos novos arquivos, mude o item "Diretório superior" para o diretório de trabalho.

Alimente o amplificador operacional com uma fonte de 5 volts usando o componente de tensão.

Teste o amplificador operacional com pulsos repetidos variando entre 0,2 e 2,3 volts para a entrada não inversora usando um segundo componente de voltagem.

Configure uma análise transiente em um intervalo de 500 microssegundos usando o menu da faixa de opções LTspice. Op comando de diretiva SPICE.

Aumente o desempenho da simulação com as seguintes opções com o comando. OP:

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

.options plotwinsize = 0

Onde:

• Gmin (evita que os nós flutuem definindo uma pequena condutância em dispositivos não lineares)
• Abstol (limite a tolerância para correntes em qualquer lugar do circuito)
• plotwinsize (controle de compressão onde 0 indica sem compactação)

Adicione um título ao nosso esquema usando o menu Texto da faixa de opções:

Modelo National Semiconductor LMV321: amplificador não inversor

Salve o esquema em seu diretório de trabalho como: test_LMV321.asc

Execute a simulação para o modelo National Semiconductor LMV321 baixado do site da TI:

Clique no ícone Executar no menu da faixa de opções LTspice

Meça V (saída) e V (entrada +) usando o cursor sobre os fios associados

Observe que o ganho é mostrado como 2, conforme previmos acima.

Seu diretório de trabalho deve ter estes arquivos agora:

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

Etapa 6: Crie o símbolo LMX321 a partir do símbolo LMV321

Crie o símbolo LMX321.asy com atributos corretos e lista de pinos / ordem de Netlist

Vá para seu diretório de trabalho e abra o modelo LMX321. FAM com seu editor de texto favorito para visualizar as informações. SUBCKT (consulte o diagrama). Repetimos as duas últimas etapas para construir um novo componente do amplificador operacional e circuito de teste.

Abra nosso símbolo LMV321.asy criado anteriormente no LTspice localizado em seu diretório de trabalho:

Arquivo -> Abrir -> LMV321.asy

Observação: se você não criou o símbolo LMV321.asy antes, pode abrir o símbolo opamp2.asy.

Use o Editor de Atributos para alterar o Valor e a Descrição do símbolo (consulte o diagrama):

Editar -> Atributos -> Editor de Atributos

• Valor: LMX321
• Descrição: Inclui LMX321. FAM no esquema

Clique OK

Use a tabela de pinos para alterar a ordem das conexões para alinhar corretamente com o comando. SUBCKT (consulte o diagrama):

Exibir -> Fixar Tabela

A lista de conexão de 1 a 5 está em uma ordem diferente da lista de nosso amplificador operacional LMV321 anterior, portanto, teremos que alterar a Tabela de pinos para o símbolo LMX321 da seguinte forma:

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

Clique OK

Porque? Na descrição. SUBCKT dentro do modelo, descobrimos que In + é atribuído a "1", então atribuímos In + a 1 em nossa Tabela de Pin. Mas In- é atribuído a "3" na descrição. SUBCKT, portanto, atribuímos In- a 3 em nossa Tabela de pinos. E assim por diante

Salve o novo símbolo em seu diretório de trabalho como LMX321.asy

Seu diretório de trabalho deve ter estes arquivos agora:

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

Etapa 7: Reutilize o esquema de teste e simule o desempenho do LMX321 Op-amp

Teste o modelo de amplificador operacional LMX321 em uma simulação

Abra nosso circuito de teste anterior e altere as referências do op-amp para o LMX321:

Arquivo -> Abrir -> test_LMV321.asc

Exclua a referência ao amplificador operacional LMV321 em nosso esquema.

Use a opção de componente no menu da faixa de opções LTspice para colocar o amplificador operacional LMX321.asy.

Substitua a referência ao modelo clicando com o botão direito do mouse no comando. INC no desenho esquemático com:

. INC LMX321. FAM

Substitua o título para refletir nosso novo propósito esquemático:

Modelo Maxim LMX321: Amplificador não inversor

Todos os outros elementos do esquema permanecerão os mesmos.

Salve o esquema em seu diretório de trabalho como test_LMX321.asc

Execute a simulação para o modelo de amplificador operacional Maxim LMX321

Clique no ícone Executar no menu da faixa de opções LTspice

Meça V (saída) e V (entrada +) usando o cursor sobre os fios associados

Observe que o ganho é mostrado como 2, conforme previmos acima.

Seu diretório de trabalho deve ter estes arquivos agora:

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

Etapa 8: Crie o símbolo LMV3x a partir do símbolo LMV321

Crie o símbolo LMV3x.asy com atributos corretos e tabela de pinos

Vá para seu diretório de trabalho e abra o modelo LMV3x_macromodel.mod com seu editor de texto favorito para visualizar as informações. SUBCKT (consulte o diagrama).

Abra nosso símbolo LMV321.asy criado anteriormente no LTspice localizado em seu diretório de trabalho:

Arquivo -> Abrir -> LMV321.asy

Observação: se você não criou o símbolo LMV321.asy antes, pode abrir o símbolo opamp2.asy.

Use o Editor de Atributos para alterar o Valor e a Descrição do símbolo (consulte o diagrama):

Editar -> Atributos -> Editor de Atributos

• Valor: LM3x
• Descrição: Inclui LMV3x_macromodel.mod no esquema

Clique OK

Use a tabela de pinos para alterar a ordem das conexões para alinhar corretamente com o comando. SUBCKT (consulte o diagrama):

Exibir -> Fixar Tabela

A lista de conexão não tem números e os parâmetros estão em outra ordem diferente da lista para nossos dois amp op. SUBCKTs anteriores. Não há necessidade de entradas numéricas no comando. SUBCKT, mas teremos que alterar a Tabela de pinos para o símbolo LM3x para se alinhar com nossa ordem opamp2.asy original da seguinte maneira:

• Em + = 2
• In- = 1
• V + (fonte de alimentação positiva) = 4
• V- (Fonte de Alimentação Negativa) = 5
• Out = 3

Clique OK

Porque? A descrição. SUBCKT dos 5 pinos está em uma ordem específica. Consideramos a primeira entrada como o pino 1, que é o parâmetro Inverting Input (In-). Portanto, marcamos a entrada de entrada usando a tabela de pinos como o número 1. A segunda entrada será o pino 2, que é rotulado como a entrada não inversora (In +). Portanto, marcamos a entrada In + usando a Tabela de Pin como o número 2. E assim por diante

Salve o novo símbolo em seu diretório de trabalho como LMV3x.asy Seu diretório de trabalho deve ter estes arquivos agora:

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

Etapa 9: Reutilizar o esquema de teste e simular o desempenho do LMV3x Op-amp

Modelo LMV3 Op-amp completo e teste em uma simulação

Abra nosso circuito de teste original e altere as referências do amplificador operacional para o LMV3x:

Arquivo -> Abrir -> test_LMV321.asc

Exclua a referência ao amplificador operacional LMV321 em nosso esquema.

Use a opção de componente no menu da faixa de opções LTspice para colocar o amplificador operacional LMV3x.asy

Substitua a referência ao modelo clicando com o botão direito do mouse no comando. INC no desenho esquemático com:

. INC LMV3x_macromodel.mod

Substitua o título para refletir nosso novo propósito esquemático:

Modelo STMicroelectronics LM3x: Amplificador não inversor

Todos os outros elementos do esquema permanecerão os mesmos.

Salve o esquema modificado como test_LMV3x.asc em seu diretório de trabalho.

Execute a simulação para o modelo de amplificador operacional LMV3x da STMicroelectronics

Clique no ícone Executar no menu da faixa de opções LTspice

Meça V (saída) e V (entrada +) usando o cursor sobre os fios associados

Observe que o ganho é mostrado como 2, conforme previmos acima.

Seu diretório de trabalho deve ter estes arquivos agora:

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

Etapa 10: Compare o desempenho do modelo e as observações finais

Revise os modelos de simulação em um circuito de corrente para tensão

As simulações de amplificador op-amp não inversor que exploramos até agora mostram resultados consistentes para cada um dos três modelos. Ou seja, um ganho de tensão de 2, como previmos.

Gostaria de deixar mais uma simulação de circuito usando cada um dos três modelos. Um conversor de corrente para tensão "mal" projetado. O esquema mostra um Vout = Iin * R1 previsto.

Para erro mínimo devido à corrente de polarização, o valor sugerido para R2 deve ser o mesmo que R1. Em meu circuito, uso propositalmente um valor muito mais baixo para R2 em uma tentativa de expor as diferenças do modelo fora das práticas normais de design. A simulação também deve nos ajudar a visualizar o erro de projeto insatisfatório previsto por meio da variação no viés, porque R1 e R2 não são os mesmos.

Nas três simulações, o Maxim LMX321 tem um desempenho mais diferente, pois o Vout parece baixo e não há variação no viés ou toque. Enquanto os outros dois modelos, o LMV3x da STMicro e o LMV321 da National Semi mostram os resultados Vout esperados, juntamente com algumas diferenças na variância no comportamento de polarização ou toque.

Para concluir

Eu mostrei três métodos diferentes encontrados ao importar modelos de amplificadores operacionais do fabricante usando a família LMV321 para LTspice. Analisamos o modelo National Semiconductor LMV321 do site da TI, o modelo STMicroelectronics LMV3x e o modelo MAXIM LMX321. Esses três métodos devem ajudá-lo a importar modelos de amplificador operacional para qualquer outra parte usando o comando. SUBCKT do modelo junto com os editores de Atributos e Tabela de pinos do LTspices.

Também mostrei que alguns modelos têm um desempenho melhor do que outros, conforme demonstrado com o esquema do conversor de tensão em corrente. Testar dois ou mais modelos em seus projetos de simulação pode ajudá-lo a obter resultados mais confiáveis para suas necessidades.

Referências:

Download e documentação do LTspice

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

Grupo LTspice - Grupos Yahoo: muitos arquivos compartilhados, suporte ativo para perguntas

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

Folha de referência rápida de SPICE v1.0, Standford EE133 - Inverno de 2001: referência a. SUBCKT pp7-8

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

Coleção de circuitos de amp op: National Semiconductor Application Note 31, setembro de 2002: referência a amplificador não inversor e circuitos de amp op de conversão de corrente para tensão

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

Todos os arquivos relacionados a este instrutível estão disponíveis para download como um arquivo zip abaixo.

ltspice_lmv321_simulation_files.zip