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使用TINA-TI與SPICE模型輔助運(yùn)放電路設(shè)計——TI Precision Amp QucickStart Kit評測

TI 模擬電路運(yùn)放 AMPQUICKKIT-EVM 開發(fā)套件 TINA-TI

2017-08-17
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作者：zhanzr
來源：21ic

[導(dǎo)讀]
這次我們評測的開發(fā)套件與以往有所不同，這不是一款帶有主控芯片的開發(fā)板，也不是帶有傳感器的拓展板，而是一款模擬電路的快速開發(fā)套件。這不止是一篇關(guān)于AMPQUICKKIT-EVM的評測，其中還涉及到了運(yùn)放的電路模型介紹，SPICE仿真軟件使用，低通濾波放大、Wien橋振蕩和電流源三種基本運(yùn)放電路。不少電子工程師在模擬方面有著明顯的軟肋，而本文將會幫助到你。

事實上很多制造電子器件的廠商會隨著datasheet的發(fā)布而同步發(fā)布器件的PSPICE模型.當(dāng)然更多的廠商不這么做,因為我們可以從datasheet上的參數(shù)出發(fā)自己來制作器件的SPICE模型.SPICE模型說白了就是器件的物理特性+實際的參數(shù)構(gòu)成的一種仿真軟件使用的datasheet.

目前免費(fèi)提供給個人使用的PSPICE仿真軟件使用較多的有兩種:LTSpice,是Linear(已經(jīng)被ADI收購)公司出品,另外一個就是我們今天要使用的TINA-TI了.TINA的原版本是另外一個公司(DesignSoft)的商業(yè)產(chǎn)品(需購買),但是TINA-TI屬于TI花錢出的定制版本,給大家免費(fèi)用來測試TI的器件.其實也可以手工修改模型以仿真其他公司的器件的,只是TINA-TI有一些功能上的限制.這是題外話,需要了解詳情的可以看這個網(wǎng)頁: http://www.ti.com/analog/docs/gencontent.tsp?familyId=02&genContentId=33361.本文不刻意區(qū)分TINA與TINA-TI,提到TINA也是說的TINA-TI.

TINA下載地址: http://www.ti.com/tool/tina-ti

注意看標(biāo)題:

圖 TINA-TI下載頁面

標(biāo)題已經(jīng)說的明白無誤了:TINA是基于SPICE的.至于大家下載什么語言版本就聽個人隨便了,本文使用英文版本進(jìn)行演示.

TI公司發(fā)布的能直接用于TINA-TI的器件模型列表可在此查詢: https://webench.ti.com/webench5/spicemodels/?DCMP=hpa_hpa_elabs&HQS=spicerack#search=tina

如果不在此列表中也可以在類似器件的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改的.好在TI的器件模型還很豐富的.

軟件安裝什么的就不說了,都是一路next即可.

安裝好后,先制作一個簡單電路來驗證一下子.電路名稱就是橋式整流:

橋式整流電路.jpg

圖橋式整流電路

這個電路很簡單,交流電經(jīng)過橋進(jìn)行整流.這里來觀察整流電容的作用,第一次把電路中的電容C1給去掉,進(jìn)行瞬態(tài)仿真得到這樣的結(jié)果:

無整流電容輸入輸出電壓對比.jpg

圖無整流電容輸入輸出電壓對比

再把1000u的電容加上同樣進(jìn)行瞬態(tài)仿真:

加上1000u的整流電容后的輸入輸出電壓對比.jpg

圖加上1000u的整流電容后的輸入輸出電壓對比

這個電路原理很簡單,稍稍懂電路原理的同學(xué)就明白.但是如果你要真正搭起這個電路來把電容加上去掉的做實驗,想想有多繁瑣.不是說仿真可以取代實際電路實驗,而是說仿真對于電路實驗的幫助很大.很多電路可以先進(jìn)行仿真再進(jìn)行實際的操作效率明顯會提高.尤其是涉及到運(yùn)放這種較為復(fù)雜的器件時尤為突出.本文所做的所有實驗都會附帶源文件在后面附件里供讀者下載參考.

運(yùn)放的電路模型

運(yùn)放應(yīng)該是模擬器件中出場率最高的器件了,但也有可能是最不被理解的器件之一.

運(yùn)放的電路符號.jpg

圖運(yùn)放的電路符號

運(yùn)放的理想特性很簡單:

· 開環(huán)增益無窮大

· 輸入阻抗無窮大

· 輸入失調(diào)為0

· 輸出范圍無窮

· 斜率無窮大,相移為0,帶寬無窮

· 輸出阻抗為0

· 0噪音

· 共模抑制比(CMRR)無窮

· 電源紋波抑制比(PSRR)無窮

上面說的可能較為繁瑣,如果說講簡單一點,那么上述的理想特性可由這兩句概括:

· 閉環(huán)電路中,輸出的趨勢是使得輸入的電壓差為0

· 輸入不產(chǎn)生電流

運(yùn)放的等效電路.jpg

圖運(yùn)放的等效電路

所謂的理想特性,換句話說就是不可能達(dá)到的特性.上述講到的無窮大,實際的器件都是有限制的,而希望為0的參數(shù)實際器件都會有一些殘余與噪音.不同的運(yùn)放的不同特性就在于這些限制與殘余噪音所造成的對于理想模型的偏移.有些不理想的參數(shù)有時也會被利用起來,下文會講到.

一般來講,運(yùn)放的SPICE模型有如下幾種:

兩端口模型.jpg

圖兩端口模型

Boyle模型.jpg

圖 Boyle模型

Mpz模型.jpg

圖 Mpz模型

當(dāng)然這些仿真模型有很多,也是一直在發(fā)展進(jìn)化中的.不同的電路也區(qū)分使用不同的模型.比如在線性電路與比較器應(yīng)用中,同樣的運(yùn)放往往使用不同的模型.在TINA-TI中,運(yùn)放使用的模型為Green-List或者經(jīng)TI改進(jìn)過的Green-Williams-Lis模型. 這些模型的源代碼都較長,不在這里貼出了,感興趣的同學(xué)可以去TINA-TI的模型目錄下去看看.上文提到的6個運(yùn)放中有3個需要另外下載,網(wǎng)址也上在面給出了.

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