بافر ولتاژ در PSpice

آموزش شبیه سازی بافر ولتاژ در PSpice

با یادگیری آموزش شبیه سازی بافر ولتاژ، کمک می شود آن را به طور مؤثرتری انجام دهید تا بتوانید محرک جریان خروجی op-amp را تقویت کنید.

همانطور که در مقاله ی قبل مشاهده کردید، در مورد پایداری آمپلی فایرهای کامپوزیت و استفاده از بافر ولتاژ به عنوان روشی برای تقویت و افزایش توان محرک جریان خروجیop-amp  صحبت کردیم.

در آموزش قبل ما با پایه ی تقویت کننده ی (آمپلی فایر) ولتاژ کامپوزیت شروع کردیم، از این قرار که:

بافر ولتاژ در PSpice

( شکل ۱٫ نمودار بلوکی یک تقویت کننده ی ولتاژ کامپوزیت، که در این مقاله به آموزش آن خواهیم پرداخت )

همانطور که در آموزش زیر نشان داده شده است، یاد گرفته ایم که چگونه از تکنیک سرعت نزدیکی(ROC) برای ارزیابی پایداری یک آمپلی فایر کامپوزیت و حاشیه فازφm ، استفاده کنیم.

بافر ولتاژ در PSpice

( شکل ۲٫ شرایطی که اغلب با حاشیه ی فاز رو به رو می شوید )

در نهایت، از یک روش افزایش قابلیت محرک جریان خروجی op-amp  مورد بحث و آموزش قرار داده ایم، که همان استفاده از بافر ولتاژ است.

بافر ولتاژ در PSpice

( شکل ۳٫ بافر ولتاژ به کار رفته در مقاله ی قبلی را مشاهده می کنید )

اکنون بافر را در PSpice شبیه‌سازی خواهیم کرد و آن را برای تقویت محرک جریان خروجی آپ امپ مدل ۷۴۱ به کار می بریم.

آموزش شبیه سازی بافر ولتاژ:

همانطور که در شکل ۴ نشان داده شده است، با شبیه سازی بافر از طریق PSpice، می توانیم اطلاعات بیشتری کسب کنیم.

بافر ولتاژ در PSpice

( شکل ۴٫ مدار PSpice، شبیه سازی بافری که مملوء از مقاومت ۱۰۰ اهم است )

مشاهدات زیر را انجام می دهیم:

  • با معادله ۳ از مقاله ی قبل،

IBIAS  = ۱ میلی آمپر

  بافر ولتاژ در PSpice

انجام جابجایی DC از VI، از  V10- تا  V10+ منحنی انتقال ولتاژ شکل ۵ را به ما نشان می دهد.

بافر ولتاژ در PSpice

( شکل ۵٫ (a) منحنی انتقال ولتاژ (VTC) مدار PSpice از شکل ۴٫ (b) نمای گسترده ای در نزدیکی مبدا، عدم وجود تحریف را نشان می دهد. همچنین برای مقایسه، نمونه بافر ایده آل VO = 1 × VI را نشان داده است )

  • شیب VTC حدودا ۰٫۹ ولت / ولت است، یعنی حدودا ۱۰٪ کمتر از نمونه ی ایده آل ۱٫۰ ولت / ولت.
  • VTC کمی به سمت بالا منتقل شده است. در واقع، انجام آنالیز نقطه ی Bias در شکل ۴ با VI = 0 ولت،  VO ≅ ۷۲ میلی ولت را (۰ V ≠) می دهد. این به دلیل عدم تطابق بین افت ولتاژ بر پایه ی امیتر npn و pnp BJTs Q1 به واسطه ی Q4 است. به عنوان مثال، حتی اگر Q3 و Q4 همان جریان را ترسیم کنند، ما افت ولتاژ بر پایه ی امیتر به عنوان VEB3 = 725 میلی ولت و VBE4 = 645 (725 ‡ میلی ولت) اندازه می گیریم.
  • آنالیز نقطه یBias ، نشان می دهد که برای رسیدن به VO = 0، ما باید VI = -36.3 میلی ولت قرار دهیم. این VOS ولتاژ افست ورودی بافر است.
  • ساختVI (در شکل ۴)، موج سینوسی ۱ کیلوهرتز با دامنه (نوسان) ۱٫۰ ولت و افست ۳۶٫۳ – میلی ولت، و سپس انجام آنالیز حوزه ی زمانی، جریان موجی شکلی از شکل(a) 6 به ما می دهد. جالب است که ببینید چگونه تناوب Q1 و Q2 به طریقه ی فشاری – کششی، جریان بار سینوسی غیر تحریفی IL را تولید می کند.

بافر ولتاژ در PSpice

( شکل(a) 6. جریان های جمع کننده IC1 و IC2 از BJTs Q1 و Q2 از شکل ۴، و IL از طریق مقاومت بار RL جریان می یابد. (b) پاسخ AC از بافر شکل ۴ )

  • ساخت VI ( در شکل ۴) یک منبع ac با افست ۳۶٫۳- میلی ولت، و انجام آنالیز رفت و برگشت AC به نمودار شکل (b)6 بهره (سود) می دهد، که مقدار  DC برابر است با -۰٫۸۹۷ dB  (تقریبا ۹ ولت / ولت) و فرکانس dB– ۳- حدودا ۲ گیگاهرتز نشان می دهد. در واقع، بافر یک مدار بسیار سریعی است.

آموزش شبیه سازی تقویت کننده ( آمپلی فایر) کامپوزیت:

اکنون از بافر خود برای تقویت محرک جریان خروجیop-amp، مدل ۷۴۱ استفاده می کنیم، همانطور که در شکل ۷ نشان داده شده است. مدل ۷۴۱ برای بهره ی حلقه بسته ی V / V 2- ساخته شده است، بنابراین با توجه به شکل ۱، ما β = R1 / (R1 + R2) = 1/3 داریم.

بافر ولتاژ در PSpice

( شکل ۷٫ استفاده از بافر شکل ۴ برای تقویت محرک جریان خروجیop-amp، مدل ۷۴۱ )

همچنین در این آموزش باید بدانید که، اکنون a1 از شکل ۱، بهره حلقه باز مدل ۷۴۱ است (مقدارDC 200000 ولت / ولت، پهنای باند ۵ هرتز و حاصلضرب بهره در پهنای باندGBP، ۱ مگاهرتز) و A2 از شکل ۱، بهره بافر است (مقدارDC  حدود ۰٫۹ ولت / ولت و پهنای باند حدودا ۲ گیگا هرتز).

فرکانس قطب (تقریبا ۲ گیگاهرتز) توسط بافری مطرح می شود که بسیار بیشتر از  GBP اپ امپ است (۱ مگا هرتز)، بنابراین بر ثبات تاثیری نمی گذارد: مدار در شرایط منحنی β۱ /۱ به صورت شکل (a) 2 عمل می کند، بنابراین ما φm  تقریبا ۹۰ درجه داریم.

آنالیز رفت و برگشت یا جابجاییAC ، نمودار شکل ۸ را به ما می دهد، که نشان دهنده ی یک بهره حلقه بسته با مقدارDC =-2.0  ولت / ولت(= ۶٫۰۲ دسی بل) و پهنای باند ۳۴۷ کیلوهرتز است و فاقد هر نوع باند بسامد مطلوب است. (برای اندازه گیری خوب، یک خازن کوچک CF را به طور موازی با R2 قرار دهید تا با ظرفیت رهگذر ورودی معکوس کننده  Cnاپ امپ مبارزه کند)

بافر ولتاژ در PSpice

( شکل ۸٫ آموزش بهره حلقه بسته از آمپلی فایر کامپوزیت شکل ۷ )

شکل (a) 9 موج های سینوسی ورودی و خروجی آمپلی فایر کامپوزیت شکل ۷ را نشان و آموزش می دهد، که با ساخت VI یک موج سینوسی ۱ کیلوهرتز با دامنه ی ۴٫۰ ولت و افست ۰ ولت به دست می آید.

بافر ولتاژ در PSpice

( شکل (a) 9. شکل های موجی سینوسی ورودی و خروجی مدار شکل ۷ را به شما آموزش می دهد. (b) یک نقشه دقیق تر، از خروجی VOA تولید شده توسط اپ آمپ را نشان می دهد )

به آموزش های زیر توجه کنید:

  • همانطور که انتظار می رود، مدار VO = −۲VI می دهد.
  • با افست ورودی صفر، ما به افست خروجی صفر می رسیم. چه اتفاقی برای ولتاژ افست ورودی بافر VOS = –۳۶٫۳ میلی ولت می افتد؟ نگاهی به نمودار شکل (b) 9 کنید، نشان می دهد که این خود اپ آمپ است که VOA خود را با ۳۶٫۳- میلی ولت تغییر می دهد تا بتواند VOS را جبران کند.
  • در ارتباط با گذرگاه های ( دو راهه های) صفر VOA هیچ تحریفی وجود ندارد و این به دلیل عملکرد کلاس AB مرحله ی فشاری – کششی بافر است.
  • چرا بافر به جای ۱٫۰ ولت در ولت دارای بهره ی ۰٫۹ ولت / ولت است؟ این op-amp است که برای جبران خسارت بهره ی بافر ۰٫۹ ولت / ولت، بافر را با ۱/۰٫۹ = ۱٫۱۱ ولت / ولت به تکاپو می اندازد.
  • باتوجه به آموزش بالا و به تکاپو افتادن VOA، این جمله ی عامیانه را به ما می گوید که: اپ آمپ تمام تلاش خود را می کند تا اختلاف ولتاژ بین ورودی هایش تا حد ممکن به صفر نزدیک کند. در نمونه فعلی، op-amp با مجبور کردن VO / 2 برای ردیابی VI – به این هدف می رسد.

یکی دیگر از مزایای آمپلی فایر کامپوزیت فوق این است که، هرگونه خود گرمایی یا خود سوزی ناشی از قدرت از دست رفته در مرحله ی فشاری – کششی، به خود بافر محدود می شود، بنابراین به رانش حرارتی ولتاژ افست ورودی آمپلی فایر اولیه و جریان bias  ورودی کمکی نمی کند.

بافرهای ولتاژ به صورت مدارهای یکپارچه در دسترس هستند. نمونه هایEL2033 ، LH0002 ، LT1010 و OPA633 مشهور هستند. از طرف دیگر در این آموزش باید بگوییم که این دستگاه ها شامل مدار حفاظتی اتصال کوتاه هستند که در شکل (b) 3 نشان نداده است.

در قسمت بعدی آموزش آمپلی فایرهای کامپوزیت، ما به دستیابی سریع تر دینامیک op-amp از روش توسعه ی فرکانس پهنای باند، تمرکز خواهیم کرد.

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *