连我都能愉快地开发模拟电路了？
今天要给大家评测的是来自德州仪器的高精度运算放大器快速入门套件，代号为AMPQUICKKIT-EVM。官方宣称这是进行放大器设计的理想起点，内含6个运放器样本和一个用于建立表面贴装集成电路原型的评估模块。
既然是评估套件，笔者自然想着怎么测试一下子.最佳做法当然是动起烙铁来,搭起各种运放电路,用示波器,信号发生器来观察输出特性.动手做当然是最好的,但是这样测试的话又难以测试到器件特性的方方面面.于是乎想借此机会写一下使用SPICE模型来对运放进行建模仿真.通过仿真来从深入的角度来了解这些运放的特性与参数.
还是先来看看外观。
TI Precision Amp Quick start kit
这个套件专门用来给开发者来评估测试运放的特性而设计的,包含:
· 6个运放样品
· 贴片到直插转接板
· 质量比较好的排针
TI AMPQUICKKIT-EVM的外包装及其简洁，一张卡纸折叠外面附着一个透明包装袋。正面写着样片型号和“解锁新可能”的slogan。
AMPQUICKKIT-EVM包装袋背面贴有有mouser的订单信息标签(此开发板为mouser购得)和TI的关键信息贴签。
打开AMPQUICKKIT-EVM包装袋，给外包装卡纸背面来个特写：
可见AMPQUICKKIT-EVM卡纸包装背面主要介绍了套件特性和TI Design Precision使用的相关信息，后文我们也会详细讲解。
打开卡纸包装后，这就是全部的东西了，一张快速开始说明，一张TI自己的推广卡片，六个运放，一个转接板和两列排针。
AMPQUICKKIT-EVM运放的样本使用单独的防静电自封袋包装，黑色标签纸贴明了其各自的型号。
图 运放样品
这里我们随便拿出其中一个运放给大家拍了一下，因为器件太小，手机相机聚焦有限，因此不是很清晰。
AMPQUICKKIT-EVM转接板和排针的质量看起来非常不错，TI的品质一如既往值得信赖的。
图 转接板与质量比较好的排针
AMPQUICKKIT-EVM的造型就是让人一看到就想到烙铁的类型,很贴心.
图 转接板的应用图解
但是本文的主题我想限定在软件模拟的上面.至于动烙铁真实的测量我想留在以后的文章当中.
AMPQUICKKIT-EVM内6个运放的主要参数如下图所示：
TI官方也给出了6种运放的简单参数对比:
图 运放的简单参数对比表
简单看来,电压较宽的器件静态电流会大一些,带宽大的器件也会有较大静态电流.从价格来讲宽电压的要贵一些.当然这只是一些简单的参数对比,要想全方位的了解这些运放,必须从datasheet上来详细研究.后文制作模型会讲到.
SPICE简介与TINA-TI软件
谈到SPICE,有的工程师可能比较了解,另外一些工程师可能只是听说过这么个东西.对SPICE的了解与否可以作为判断硬件工程师的类型.每个人有自己的工作方式,也无可厚非.但是对于真正想在硬件设计上达到深入了解的工程师,我的建议是必须对SPICE有较深入地掌握.
SPICE本身是电路仿真的开山之作,是我们熟悉的加州伯克利开发的电路仿真软件.刚开始由于当时计算机的发展状况只能在服务器,小型机这种性能较高的计算机上运行.后来有公司开发了个人电脑用的PSPICE.随着计算机向个人普及的趋势,后来大家也将PSPICE,SPICE混淆着使用了.只要大家明白是甚麽回事就行了.如今电路仿真的领域,只要是电路仿真,几乎都是继承SPICE的发展道路,只是各个公司的产品在细节上有些许不同.很多我们熟知的软件其实都是SPICE的后续发展.比如画电路图的Altium Designer, OrCAD其实都有SPICE仿真的功能,只是大家都忙于画电路图,很少注意这个功能.当然专业用于仿真的软件还是应用广泛一些,比如学生用的多的MultiSim也是SPICE的一种.
事实上很多制造电子器件的厂商会随着datasheet的发布而同步发布器件的PSPICE模型.当然更多的厂商不这么做,因为我们可以从datasheet上的参数出发自己来制作器件的SPICE模型.SPICE模型说白了就是器件的物理特性+实际的参数构成的一种仿真软件使用的datasheet.
目前免费提供给个人使用的PSPICE仿真软件使用较多的有两种:LTSpice,是Linear(已经被ADI收购)公司出品,另外一个就是我们今天要使用的TINA-TI了.TINA的原版本是另外一个公司(DesignSoft)的商业产品(需购买),但是TINA-TI属于TI花钱出的定制版本,给大家免费用来测试TI的器件.其实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.这是题外话,需要了解详情的可以看这个网页: /analog/docs/gencontent.tsp?familyId=02&genContentId=33361.本文不刻意区分TINA与TINA-TI,提到TINA也是说的TINA-TI.
TINA下载地址: /tool/tina-ti
注意看标题:
图 TINA-TI下载页面
标题已经说的明白无误了:TINA是基于SPICE的.至于大家下载什么语言版本就听个人随便了,本文使用英文版本进行演示.
TI公司发布的能直接用于TINA-TI的器件模型列表可在此查询:/webench5/spicemodels/?DCMP=hpa_hpa_elabs&HQS=spicerack#search=tina
如果不在此列表中也可以在类似器件的基础上进行修改的.好在TI的器件模型还很丰富的.
软件安装什么的就不说了,都是一路next即可.
安装好后,先制作一个简单电路来验证一下子.电路名称就是桥式整流:
图 桥式整流电路
这个电路很简单,交流电经过桥进行整流.这里来观察整流电容的作用,第一次把电路中的电容C1给去掉,进行瞬态仿真得到这样的结果:
图 无整流电容输入输出电压对比
再把1000u的电容加上同样进行瞬态仿真:
图 加上1000u的整流电容后的输入输出电压对比
这个电路原理很简单,稍稍懂电路原理的同学就明白.但是如果你要真正搭起这个电路来把电容加上去掉的做实验,想想有多繁琐.不是说仿真可以取代实际电路实验,而是说仿真对于电路实验的帮助很大.很多电路可以先进行仿真再进行实际的操作效率明显会提高.尤其是涉及到运放这种较为复杂的器件时尤为突出.本文所做的所有实验都会附带源文件在后面附件里供读者下载参考.
运放的电路模型
运放应该是模拟器件中出场率最高的器件了,但也有可能是最不被理解的器件之一.
图 运放的电路符号
运放的理想特性很简单:
· 开环增益无穷大
· 输入阻抗无穷大
· 输入失调为0
· 输出范围无穷
· 斜率无穷大,相移为0,带宽无穷
· 输出阻抗为0
· 共模抑制比(CMRR)无穷
· 电源纹波抑制比(PSRR)无穷
上面说的可能较为繁琐,如果说讲简单一点,那么上述的理想特性可由这两句概括:
· 闭环电路中,输出的趋势是使得输入的电压差为0
· 输入不产生电流
图 运放的等效电路
所谓的理想特性,换句话说就是不可能达到的特性.上述讲到的无穷大,实际的器件都是有限制的,而希望为0的参数实际器件都会有一些残余与噪音.不同的运放的不同特性就在于这些限制与残余噪音所造成的对于理想模型的偏移.有些不理想的参数有时也会被利用起来,下文会讲到.
一般来讲,运放的SPICE模型有如下几种:
图 两端口模型
图 Boyle模型
图 Mpz模型
当然这些仿真模型有很多,也是一直在发展进化中的.不同的电路也区分使用不同的模型.比如在线性电路与比较器应用中,同样的运放往往使用不同的模型.在TINA-TI中,运放使用的模型为Green-List或者经TI改进过的Green-Williams-Lis模型. 这些模型的源代码都较长,不在这里贴出了,感兴趣的同学可以去TINA-TI的模型目录下去看看.上文提到的6个运放中有3个需要另外下载,网址也上在面给出了.
典型电路之一:低通滤波放大
音频电路中常见的功能就是信号放大,比如麦克风采样而来的信号通常只有几十mV.那么要采样或者直接播放都需要进行放大,同时需要限制带宽在音频范围(100Hz-20KHz).
这样的电路一般由运放来搭建,下图即是一个简单的低通滤波+放大电路的原理图.
图 一个低通滤波+放大电路
假设音频信号为直流偏移50mV,幅值50mV的信号,这里将放大倍数设定为10倍,响应频率设定为20KHz低通.公式如下:
Gain = (1+RF/RG)
Fcutoff = 1/(2*π*R1*C1)
100Hz瞬态仿真:
图 100Hz瞬态仿真
15KHz瞬态仿真
图 15KHz瞬态仿真
可以看出在频率增加时,增益有所减小.
当输入到达500mV时,输出饱和,这是供电电压(5V)与放大倍数所决定的.
AC仿真(0至25KHz):
图 AC仿真(0至25KHz)
可以看出增益约在20KHz到达17dB,符合我们的设计要求.而相位则更早出现偏移,对于音频应用,这个相位偏移对实现效果影响不大.
典型电路之二:Wien桥振荡电路
这也是运算放大器常见的应用电路,原理是利用电路的热噪音与反馈回路的作用产生一定频率的振荡.电路图如下:
图 振荡电路(1KHz)
图 瞬态仿真(20ms)
可以看出3ms左右开始震荡,到6ms已经形成很稳定的振荡波型.
FFT分析,以100Hz为基频,从6ms开始采样:
图 FFT分析结果
可以看出10*100Hz为主要振荡频率,与设计目标相符合.
典型电路之三:电流源
在测量电路中经常要使用运放搭建恒流源,比如Pt100,Pt1000这种测量电路.这种电路一般需要1mA左右(一般是以下)的恒流源,这种电路也是通常使用运放来搭建.一种920uA的恒流源电路如下:
图 恒流源电路图
图 瞬态仿真
可以看出1ms左右电流即可达到稳定.
图 温度仿真
可以看出-40到120度之间电流十分稳定,即使150度,电流变化也非常微弱.这都是反馈达到的效果.
总结与参考
TI的运放有很多种,要实际做电路来进行各种测试是十分耗时耗力的.好在有SPICE的仿真软件TINA-TI可以助力我们的设计，以及AMPQUICKKIT-EVM这种开发套件可以方便我们上手.如果能熟练掌握仿真软件的用法,对于运放的设计将达到事半功倍的效果.实际电路可以在SPICE仿真之后再进行制作.
TI AMPQUICKKIT-EVM官网主页: .cn/tool/cn/ampquickkit-evm
TINA-TI仿真软件: /tool/tina-ti
TI器件模型下载: /webench5/spicemodels/
本文所做的实验的原工程文件:
链接: /s/1sllteXn 密码: 3pts
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今日搜狐热点TLV3011AIDCKR具有电压参考的低功耗漏极开路输出比较器
TLV3011AIDCKR具有电压参考的低功耗漏极开路输出比较器
类型：其他IC
用途：仪器
型号：TLV3011AIDCKR
批号：全新
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TLV3011(正在供货)具有电压参考的低功耗漏极开路输出比较器描述 The TLV3011 is a low-power, open-drathe TLV3012 is a push-pull output comparator. Both feature an uncommitted on-chip voltage reference. Both have 5μA (max) quiescent current, input common-mode range 200mV beyond the supply rails, and single-supply operation from 1.8V to 5.5V. The integrated 1.242V series voltage reference offers low 100ppm/°C (max) drift, is stable with up to 10nF capacitive load, and can provide up to 0.5mA (typ) of output current.The TLV3011 and TLV3012 are available in the tiny SOT23-6 package for the most space-conservative designs. It is also available in the SC70 package for even greater board area savings. Both versions are specified for the temperature range of –40°C to +125°C. 特性 LOW QUIESCENT CURRENT: 5μA (max)INTEGRATED VOLTAGE REFERENCE: 1.242VINPUT COMMON-MODE RANGE:
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Smoke Detectors, Light Sensors, AlarmsAll trademarks are the property of their respective owners. 隐藏此内容参数 与其它产品相比 比较器Number of Channels (#)Output TypeVs (Min) (V)Vs (Max) (V)tRESP Low - to - High (us)Vos (Offset Voltage @ 25C) (Max) (mV)Iq per channel (Max) (mA)Input Bias Current (+/-) (Max) (nA)Rail-to-RailSpecial FeaturesRatingOperating Temperature Range (C)Approx. Price (US$)VICR (Max) (V)VICR (Min) (V) 1
Open Collector
With Voltage Reference
-40 to 125
0.75 | 1ku
立即下单其它合格版本 TLV3011增强型产品TLV3011-EP支持国防、航天和医疗应用 特色工具和软件TLV3011 TINA-TI Spice Model (模拟模型)基于 SPICE 的模拟仿真程序 (电路设计和仿真)查看所有 工具和软件 TLV3011伴随产品LP3991面向数字应用的 300mA LDO在线版下载 (1119KB)技术文档工具与软件使用 TLV3011 进行设计的客户也使用了 LP3991进行设计。LM5000宽输入电压 2A 开关模式稳压器下载 (1412KB)技术文档工具与软件使用 TLV3011 进行设计的客户也使用了 LM5000进行设计。TPS62050采用 MSOP-10 封装的可调节 800mA 输出 10V 输入的 95% 效率步降转换器在线版下载 (1100KB)技术文档工具与软件使用 TLV3011 进行设计的客户也使用了TPS62050 进行设计。TPS3838E18具有 10ms/200ms 可选择延迟时间的 220nA 监控器下载 (901KB)技术文档使用 TLV3011 进行设计的客户也使用了TPS3838E18 进行设计。DS26LV31T3V 增强型 CMOS 四路差动线路驱动器下载 (835KB)技术文档工具与软件使用 TLV3011 进行设计的客户也使用了DS26LV31T 进行设计。
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中国黄页版权所有 琼ICP备号因为最近小编笔记本里的multisim 突然抽风了，不知道发什么神经打开不了，重装也不行。后来就放弃了不想弄了，在网上再找了一些电路仿真的软件，就突然间看得这一款TINA-TI，小编第一个使用感受就是~真的很简单啊~~特别对于刚刚学电路的初学者来说简直就是福音啊！！而且软件安装包也只有100MB，真的是小身板大力量。对于刚入门电子的人来说真的功能都足够用了。
TINA也是众多基于SPICE算法的仿真软件之一，所以有SPICE基础的上手会更加快（不过这软件应该已经简单到智障都会使用了…..）。TINA原本是DesignSoft公司的一款电路仿真软件，而TINA-TI是这款多了个后缀-TI的则是专门为德州仪器（TI）而准备的。既里面的器件都是德州仪器公司的。
TINA-TI在德州仪器官网上就可以免费下载了（要注册一个TI的账号）
下面内容引用德州仪器官网
TINA 是一款易于使用但功能强大的电路仿真工具，基于 SPICE 引擎。TINA-TI 是完整功能版本的 TINA，和 TI 的宏模型以及无源和有源模型一起加载。
相比 7.0 版本，TINA-TI 的新 9 版本在以下方面进行了改进：
已包含原理图符号编辑器（可与宏向导配合使用），所以您可以为导入的 SPICE 宏模型创建自己的符号。
宏不必一定得是 TI 出品 — 现在您可以导入任何品牌的 SPICE 模型！
无需有源或非线性分析组件（因此您可以立即运行采用无源的电路）。
TINA-TI 包含初始条件和节点集组件
TINA-TI 包含线性和非线性受控源（VCVS、CCVS、VCCS、CCCS）和受控源向导。
TINA-TI 现在允许 WAV 文件充当激励（信号源）。您可以在 PC 的多媒体系统上播放计算波形，并将计算波形作为 *.wav 文件导出。
TINA-TI 拥有多核处理器支持；它及其它优化性能使模拟运行速度快了 2-20 倍。
采用 XML 格式的原理图文件导入/导出
包含的块向导用于制作方框图
TINA-TI 包括更多 SPICE 模型和示例电路。
TINA-TI 9 中开发的电路将与 TINA Industrial 9 版本配合使用。
TINA-TI 版本 7.0 与版本 9 向前兼容，而版本 9 支持版本 7.0 格式的体原理图。
提供英语、繁。。。。和简体中文、日语和俄语版本。
千万不要小看TINA-TI这个小小的仿真软件，它同样可以完成直流分析，工作点分析，交流分析，瞬态分析，噪声分析，傅里叶分析，温度分析，电路频率特性的分析。下面我们就实际来画几个电路来看看这些怎样去使用这些功能。
直流工作点分析
确定电路直流工作点的分析是做放大电路所必须要做的很重要的一个步骤，只有为电路提供一个稳定且适合的工作点才能最大限度的减少小信号放大过程中的失真。下面我们就对一个最简单的三极管的共射组态的固定偏置来看看如何用TINA-TI做直流工作点的分析。
上图就是打开软件后的全貌了，非常的简单。上面最显眼的地方可能就是各种元器件的图标了，
直接点选了之后放到下面的原理图画板上面然后点选元件的两段出现一支铅笔的图标就可以画导线了，这些都是很简单的，画完原理图之后。
就可以开始直流工作点的分析了，点击标题栏的分析选项，出来一个下拉菜单，选择直流分析，然后选择直流结果表。
选择直流结果表之后就会出来一个所有电阻的电压和电流的直流表格，如下图：
至此，直流分析就算完成了，简单吧。真的不愧是一款好上手的软件。
同样TINA-TI也能完成瞬态分析，下面我们也用一个简单的电容充电电路来看看怎样来使用TINA来完成瞬态响应的分析。
首先第一步也是要把原理图画出来
这里要注意一个问题这里的激励源最好选择函数发生器而不是电池，小编试过用电池做瞬态分析好像有时候不太奏效。然后再在电容两端放置一个电压表。
上图中蓝色的是函数发生器，红色的是电压表，把元件相应的都连接好就OK了。
然后第二步要设置激励源的信号类型
双击原理图左边的函数发生器（电源），看到发生器的属性里面有信号一项。
点击信号选项右边的“三个点”进入到信号选择窗口
选择阶跃函数设置幅值为1，如果想分析结果看起来明显一点可以设置信号开始的时间。这里我设置了0.5秒。
准备工作完成就后就可以开始分析瞬态响应了，点击标题栏的分析，选择瞬时现象（我记得好像不是这样翻译的…）
然后再进行一些瞬态响应的相关设置
然后点击确定，相应的电压表的瞬态响应电压值就会被画出来
上面的分析结果可以看到这就是我们熟悉的电容充电电路的瞬态响应曲线，瞬态分析到这就结束了。
频率响应（伯德图）
同样TINA-TI也可以用来分析电路的频率特性，下面我们用第一个固定偏置电路来做一个简单的阻容耦合小信号放大电路，首先用原理图画出电路图来
放置相应的信号源，和电压表。在标题栏分析的右边有一个T&M选项，在下拉菜单里选择信号分析仪
打开信号分析仪里面还有很多乱七八糟的选项，其中重要的都用圈圈着了。上面Display就是选择显示的类型，幅频图，相频图，伯德图等等。Control的Source就是信号源。中间的就是绘制频率特性图的频率范围。下面Channel就是放置在原理图上的电压表。做好相应的设置然后就可以点击Mode中的Start了，等一下就可以看到曲线画在了中间的坐标中了，或者也可以点击Data中的右边那个图标，就可以看到绘制的更清晰的图像了
上面也就是大家都熟知的阻容耦合放大电路的频率特性曲线，频率特性的分析也到此结束了。
当然TINA-TI还有常用的示波器，以及温度分析，傅里叶分析，等等这些分析功能。这里就不一一展示了，总的来说这是一款学习曲线很平顺的软件（个人觉得学习曲线几乎零斜率，haha），而且像我们这些学生其实并不需要太专业的软件，就是有专业的软件可能我们也不会把软件的全部功能都发挥出来，而且各大专业软件如multisim和PSpice尽管功能更强大，生态更好，不过学习曲线更陡，不太容易上手（multisim还好PSpice感觉真的好庞大）。
而TINA-TI真的是刚刚好，100MB的大小，足够满足初学者的大多数强大的功能。
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