آموزش شبیه سازی بافر ولتاژ در PSpice

با یادگیری 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 خروجی op-amp  صحبت کردیم. در این مقاله در مورد بافر ولتاژ صحبت می کنیم.

کلیک کنید: آموزش تعمیرات بردهای الکترونیکی با 30 درصد تخفیف و مدرک رسمی از سازمان فنی و حرفه ای

در مقاله قبل دیدیم که چگونه از تکنیک سرعت نزدیکی(ROC) برای ارزیابی پایداری یک آمپلی فایر کامپوزیت و حاشیه فازφ_m، استفاده کنیم.

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.

اکنون بافر را در PSpice شبیه‌سازی خواهیم کرد و آن را برای تقویت محرک جریان خروجی آپ امپ مدل 741 به کار می بریم.

مقاله مرتبط: دستیابی سریع به دینامیک op-amp

بدست آوردن اطلاعات تکمیلی از شبیه سازی بافر ولتاژ

با شبیه سازی بافر از طریق PSpice، می توانیم اطلاعات بیشتری کسب کنیم.

مشاهدات زیر را انجام می دهیم:

• با معادله 3 از مقاله ی قبل،

I_BIAS  = 1 میلی آمپر

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

• شیب VTC حدودا 0.9 ولت است، یعنی حدودا 10٪ کمتر از نمونه ی ایده آل 1.0 ولت.
• VTC کمی به سمت بالا منتقل شده است. در واقع، انجام آنالیز نقطه ی Bias در شکل 4 با VI = 0 ولت،  VO ≅ 72 میلی ولت را (0 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 V_EB3=725 میلی ولت و V_BE4=645 (725 ‡ میلی ولت) را اندازه می گیریم.
• آنالیز نقطه ی Bias، نشان می دهد که برای رسیدن به VO=0، ما باید VI=-36.3 میلی ولت قرار دهیم. این V_OS ولتاژ افست ورودی بافر است.
• ساختVI (در شکل 4)، موج سینوسی 1 کیلوهرتز با دامنه (نوسان) 1.0 ولت و افست 36.3 – 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.

• ساخت VI ( در شکل 4) یک منبع ac با افست 36.3- میلی ولت، و انجام آنالیز رفت و برگشت AC به نمودار شکل (b)6 بهره (سود) می دهد، که مقدار  DC برابر است با -0.897 dB  (تقریبا 9 ولت / ولت) و فرکانس dB– 3- حدودا 2 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 741 استفاده می کنیم، همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است. مدل 741 برای بهره ی حلقه بسته ی V / V 2- ساخته شده است، بنابراین با توجه به شکل 1، ما β = R1 / (R1 + R2) = 1/3 داریم.

همچنین در این آموزش باید بدانید که، اکنون a₁ از شکل 1، بهره حلقه باز مدل 741 است (مقدارDC 200000 ولت / ولت، پهنای باند 5 هرتز و حاصلضرب بهره در پهنای باندGBP، 1 مگاهرتز) و A₂ از شکل 1، بهره بافر است (مقدارDC  حدود 0.9 ولت / ولت و پهنای باند حدودا 2 گیگا هرتز).

فرکانس قطب (تقریبا 2 گیگاهرتز) توسط بافری مطرح می شود که بسیار بیشتر از  GBP اپ امپ است (1 مگا هرتز)، بنابراین بر ثبات تاثیری نمی گذارد: در مدار حاصل شده، شرایط منحنی β₁ /1 بدست آمده φ_m،  تقریبا 90 درجه است.

آنالیز رفت و برگشت یا جابجایی AC ، نمودار شکل 8 را به ما می دهد، که نشان دهنده ی یک بهره حلقه بسته با مقدار DC =-2.0  ولت / ولت (= 6.02 دسی بل) و پهنای باند 347 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  C_n امپ مبارزه کند)

توضیحات تکمیلی بافر ولتاژ

• همانطور که انتظار می رود، مدار VO = −2VI می دهد.
• با افست ورودی صفر، ما به افست خروجی صفر می رسیم. چه اتفاقی برای ولتاژ افست ورودی بافر V_OS = –36.3 میلی ولت می افتد؟ در واقع این خود اپ آمپ است که VOA خود را با 36.3- میلی ولت تغییر می دهد تا بتواند V_OS 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 1.0 ولت در ولت دارای بهره ی 0.9 ولت / ولت است؟ این op-amp است که برای جبران خسارت بهره ی بافر 0.9 ولت / ولت، بافر را با 1/0.9 = 1.11 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 های EL2033 ،LH0002 ،LT1010 و OPA633 مشهور هستند. از طرف دیگر در این آموزش باید بگوییم که این دستگاه ها شامل مدار حفاظتی اتصال کوتاه هستند.

جمع بندی

در این مقاله آموزش بافر ولتاژ را بررسی کردیم. این آموزش ها در سطوح بالای تئوریک کاربردی هستند. در آموزش های عملی برای تعمیرات بردهای الکترونیکی از این آموزش ها بصورت کاربردی در تعمیرات برد و تعویض قطعات استفاده می شود. تعمیرکاران حرفه ای برد به شناسایی قطعات و عیب یابی آنها مسلط هستند و با استفاده از تکنیک های مختلف، ایرادات بردهای الکترونیکی را پیدا می کنند و آنها را رفع می کنند. حرفه تعمیرات برد یک حرفه کاملا تخصصی می باشد و تعمیرکاران بردهای الکترونیکی به دلیل گستردگی استفاده از برد در وسایل مختلف از موقعیت شغلی و درآمد خوبی برخوردار هستند.

تا قبل از سال 1390 هیچ آموزشگاه تخصصی برای آموزش تعمیرات برد وجود نداشت بنابراین تعمیرکاران این حرفه تعمیرات برد را به صورت تجربی یاد می گرفتند که این فرآیند زمان زیادی طول می کشید. همچنین این تعمیرکاران برخی آموزش های لازم را برای تعمیرات تخصصی مثل تعمیرات بردهای اینورتر را فرا نمی گرفتند و فقط روی بردهای خاصی می توانستند عیب یابی و تعمیرات انجام دهند.

آموزشگاه فنی سازان از سال 90 با برگزاری دوره های عملی آموزش تعمیرات بردهای الکترونیکی، تربیت نیروی متخصص برای بازار کار را آغاز کرد. دوره جامع آموزش تعمیرات بردهای الکترونیکی در آموزشگاه فنی سازان تحت نظر اساتید مجرب و به زبان ساده به کارآموزان آموزش داده می شود و در پایان دوره مدرک رسمی قابل تایید از سازمان فنی و حرفه ای به کارآموزان اعطاء می شود.