LTSpice इस op-amp दोलन की भविष्यवाणी क्यों नहीं करता है?


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मैं बेंच सर्किट बिजली की आपूर्ति के लिए एक इलेक्ट्रॉनिक लोड के रूप में कार्य करने के लिए एक सर्किट विकसित कर रहा हूं। इस सर्किट का परीक्षण करने के तरीके के बारे में एक पूर्व प्रश्न में कई बहुत उपयोगी उत्तर प्राप्त हुए और यहां पाया जा सकता है: ऑप एम्प्टी स्थिरता का परीक्षण कैसे करें? । यह प्रश्न मेरे अनुकरण और परीक्षा परिणामों की व्याख्या करने के तरीके के बारे में है।

यह सर्किट योजनाबद्ध है जैसा कि ब्रेडबोर्ड पर नकली और परीक्षण किया गया है:

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LTSpice द्वारा निर्मित प्लॉट इंगित करता है कि सर्किट काफी स्थिर है। 5V वृद्धि पर 1mV ओवरशूट होता है जो एक चक्र में हल करता है। इसे काफी हद तक बिना जूम किए ही देखा जा सकता है।

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यह ब्रेडबोर्डेड सर्किट पर स्कोप का उपयोग करके उसी परीक्षण का एक शॉट है। वोल्टेज वृद्धि बहुत छोटी है और अवधि लंबी है, लेकिन परीक्षण समान है; सेशन-एम्प के नॉन-इनवर्टिंग (+) इनपुट में एक स्क्वायर वेव को फीड करना।

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जैसा कि आप देख सकते हैं कि महत्वपूर्ण ओवरशूट है, शायद 20%, फिर उच्च सिग्नल की अवधि के लिए एक स्थिर दोलन के लिए एक घातीय क्षय, और गिरावट पर कुछ मामूली-ईश ओवरशूट है। कम सिग्नल की ऊंचाई केवल शोर तल (लगभग 8mv) है। यह उसी तरह है जब सर्किट बंद हो जाता है।

यह ब्रेडबोर्ड बिल्ड जैसा दिखता है:

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MOSFET एक हीट सिंक पर सबसे ऊपर है, जो पीले, लाल और काले तारों से जुड़ा हुआ है; गेट, ड्रेन, और स्रोत, क्रमशः। छोटे प्रोटो-बोर्ड की ओर जाने वाले लाल और काले तार क्रमशः IN + और IN- होते हैं, ब्रेडबोर्ड के माध्यम से पावर-लेवल करंट से बचने के लिए ब्रेडबोर्ड केला जैक से जुड़ा होता है। शक्ति स्रोत परीक्षण में लोड किया जा रहा है, एक मोहरबंद लीड-एसिड (एसएलए) बैटरी है, जो शक्ति स्रोत में किसी भी अस्थिरता से बचने के लिए है। सिल्वर जम्पर वह है जहाँ मेरे फंक्शन जनरेटर से स्क्वायर-वेव इंजेक्ट किया जाता है। निचले बाएँ पर रोकनेवाला, डायोड आदि एक मैनुअल (पोटेंशियोमीटर-आधारित) लोड स्तर सेटिंग उप-सर्किट का हिस्सा है और जुड़ा नहीं है।

मेरा मुख्य प्रश्न है: LTSpice इस महत्वपूर्ण अस्थिरता की भविष्यवाणी क्यों नहीं करता है?यह वास्तव में आसान होगा अगर यह किया गया क्योंकि तब मैं अपने मुआवजे के नेटवर्क का अनुकरण कर सकता हूं। जैसा कि यह खड़ा है मुझे बस विभिन्न मूल्यों के एक समूह में प्लग करना होगा और फिर से परीक्षण करना होगा।

मेरी मुख्य परिकल्पना यह है कि IRF540N के गेट कैपेसिटेंस को SPICE मॉडल में मॉडल नहीं किया गया है और मैं ~ 2nF कैपेसिटिव लोड चला रहा हूं जिसका कोई हिसाब नहीं है। मुझे नहीं लगता कि यह काफी सही है क्योंकि मैं मॉडल ( http://www.irf.com/product-info/models/SPICE/irf540n.spi ) में क्षमता देखता हूं जो परिमाण का सही क्रम दिखता है।

किसी भी तरह से मैं इस अस्थिरता की भविष्यवाणी करने के लिए सिमुलेशन प्राप्त कर सकता हूं ताकि मैं अपने मुआवजा नेटवर्क मूल्यों में भी धुन कर सकूं?

परिणामों की रिपोर्ट:

ठीक है, यह पता चला है कि मैं LM358 ऑप-एम्प के लिए जिस एलटीस्पाइस मॉडल का उपयोग कर रहा था, वह काफी पुराना था और आवृत्ति प्रतिक्रिया को ठीक से मॉडल करने के लिए पर्याप्त परिष्कृत नहीं था। नेशनल सेमी द्वारा अपेक्षाकृत हाल ही में अपडेट करने से दोलन की भविष्यवाणी नहीं की गई, लेकिन स्पष्ट रूप से 20% ओवरशूट दिखाया गया, जिसने मुझे काम करने के लिए कुछ दिया। मैंने अपने ब्रेडबोर्ड टेस्ट से मिलान करने के लिए पल्स पीक वोल्टेज को भी बदल दिया, जिससे ओवरशूट देखने में आसान हो गया:

बेहतर LM358N मॉडल के साथ LTspice प्लॉट

उस "फीडबैक" के आधार पर, मैंने सर्वसम्मति से अनुशंसित मुआवजा पद्धति के साथ शुरुआत की, जो मुझे लगता है कि प्रमुख पोल मुआवजे का एक उदाहरण है । मुझे यकीन नहीं है कि गेट रोकनेवाला उस या दूसरी मुआवजा योजना का हिस्सा है, लेकिन यह मेरे लिए महत्वपूर्ण है। यहां वे मान हैं जो मैंने परीक्षण और त्रुटि की एक उचित मात्रा के बाद समाप्त किए:

सघन योजनाबद्ध

यह एक बहुत ही स्थिर तरंग का उत्पादन करता है, हालाँकि मैं चाहूंगा कि अगर मैं कर सकूं तो इस लोड के साथ बिजली की आपूर्ति की आवृत्ति प्रतिक्रिया का बेहतर परीक्षण कर सकता हूं। मैं थोड़ी देर बाद उस पर काम करूंगा।

एलटीस्पाइस प्लॉट का मुआवजा

मैंने तब ब्रेडबोर्ड पर नए मूल्यों का उपयोग किया, और लो और निहारना मुझे यह मिला:

कंपेनसेटेड स्कोप शॉट

मैं उस बारे में बहुत व्यथित था :)

विशेष रूप से, नए घटकों में फिट होने के लिए, मैंने ब्रेडबोर्ड पैरासिटिक्स को बेहतर के बजाय बदतर बना दिया:

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वैसे भी, यह एक खुशी से समाप्त हो गया, आशा है कि यह दूसरों को खोज में खोजने में मदद करता है। मुझे पता है कि मैंने ब्रेडबोर्ड में अलग-अलग घटकों को पोक करके इन मूल्यों में डायल करने की कोशिश कर रहे छोटे बालों को छोड़ दिया होगा :)


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LTSpice अपने ब्रेडबोर्ड और MOSFET के बीच इंडिकेटर्स (उर्फ वायर जंपर्स) को नहीं समझता है। यह ब्रेडबोर्ड का उपयोग करते समय 0V ले जाने वाले संभावित यातनापूर्ण मार्ग को भी नहीं समझता है। LTSpice मिल जाएगा गेट कैपेसिटेंस और यह भी ध्यान देने योग्य है कि स्रोत प्रतिरोध उस गेट कैपेसिटेंस के साथ श्रृंखला में एक मध्यम मूल्य अवरोधक डाल देगा।
एंडी उर्फ

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IRF540 मॉडल जिसका मैंने उपयोग किया है (PSpice) में ऐप का एक बल्क-गेट कैप है। 2nF, 1.1nF का गेट-सोर्स कैप और ऐप का गेट-ड्रेन कैप। 0.5nF। मुझे लगता है, ब्रेडबोर्ड परजीवी एल और सी प्रभावों के कारण समस्याएं पैदा होती हैं। आपको अधिकृत क्षेत्र (कम कनेक्शन वाले तार) को कम करना चाहिए।
लविवि

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नीचे मेरा जवाब देखें (वास्तविक opamp मॉडल और आवश्यक मुआवजा नेटवर्क)।
लविवि

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जमीन पर न्यूनतम amp श्रृंखला के साथ एक 0.1uF कम ESR टोपी जोड़ें। यह शारीरिक रूप से Vcc से जुड़े के समान दिख सकता है, लेकिन विशाल युग्मन पाश और लंबे ब्रेडबोर्ड पटरियों के बिना। यह शायद पिन 8 से पिन 4 तक आईसी बॉडी के आर-पार प्लग करेगा और बदसूरत दिखेगा, लेकिन सेमी-इनफिनिटी बेहतर तरीके से काम करेगा। फिर बड़े इलेक्ट्रोलाइटिक कैप को बिजली की आपूर्ति रेल में जोड़ दें जहां Vcc लाइन ब्रेडबोर्ड पावर रेल में प्रवेश करती है। यदि आप अपने आप को इसे तार करने के लिए ला सकते हैं, तो अभी के लिए, बदसूरत दिखने वाले रास्ते में पिन 4 से टिन 8 तक सीधे जितना संभव हो उतना मदद कर सकता है, ...
रसेल मैकमोहन

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... लेकिन ऑड्स 0.1 uF हैं जो अब आपके पास हैं (पूर्व एल + सी के स्थान पर) पर्याप्त मदद करेगा। अगर यह मदद नहीं की है या पर्याप्त मदद की है, तो ओपैंप आउटपुट से एफईटी गेट तक 10 ओम अवरोधक का प्रयास करें। यह आमतौर पर चीजों को थोड़ा और अधिक थूकना बंद करने के लिए है और आपके द्वारा देखे जा रहे दोलन की तुलना में कम कारण है। | यह संभवतः सबसे अधिक प्रासंगिक बिंदुओं की सूची से नीचे है, लेकिन अप्रयुक्त ओपैंप के दोनों इनपुटों को ग्राउंड करना एक बुरा विचार नहीं है, (शायद :-) - यानी मर्फी कभी-कभी अन्य विचार हैं)। वापस रिपोर्ट करें ... । जब आप "मेरे इच्छित सर्किट Q & A में क्या गलत है, जो दूसरों के साथ काम कर रहे हैं, को देख सकते हैं।
रसेल मैकमोहन

जवाबों:


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LM358 यूनिट के लिए अलग-अलग मॉडल हैं। "LM358" पर आधारित PSpice सिमुलेशन का परिणाम ऐप के एक चरण मार्जिन में है। 50 ... 60 डिग्री। लेकिन जाहिर है, यह एक बहुत ही सरल मॉडल है।

हालांकि, LM358 / NS मॉडल का उपयोग करते समय मार्जिन थोड़ा नकारात्मक है ! यह माप के दौरान देखी गई अस्थिरता की व्याख्या करता है। अत: फीडबैक योजना का बाह्य स्थिरीकरण आवश्यक है।

मुआवजा : ओपैंप आउटपुट नोड पर एक मुआवजा योजना (श्रृंखला कनेक्शन आर = 500 ... 1000 ओम और सी = 50 ... 100nF) ऐप का एक चरण मार्जिन प्रदान करता है। 50 डि.से. (अनुकरण)।


यह एक महत्वपूर्ण मदद थी। मैं 1989 से एक LM358 स्पाइस मॉडल का उपयोग कर रहा था जो कि मेरे सूचक पर आधारित LM358 / NS मॉडल की तुलना में कहीं अधिक सरल था। मैंने अपने परीक्षण स्तर से मेल खाने के लिए सिमुलेशन पर इंजेक्टेड स्क्वायर वेव आयाम को भी कम कर दिया और उन दोनों के बीच मैं अब स्पष्ट रूप से 20% ओवरशूट को बढ़ते हुए क्षय क्षय के साथ देख रहा हूं। सिमुलेशन प्लॉट पर दोलन दिखाई नहीं देता है, लेकिन मैं अब पूरी तरह से ओवरशूट के लिए संतुष्ट हूं, मुझे लगता है कि अगर मैं इसकी भरपाई कर सकूं कि दोलन के साथ जाने की संभावना है। मैं रिपोर्ट करता हूँ कि यह कैसे होता है :)
स्कैन

क्या आप उल्लेखित मुआवजे के घटकों की नियुक्ति को स्पष्ट कर सकते हैं? क्या आप V.sense नोड और इनवर्टिंग इनपुट के बीच 1k you और op-amp आउटपुट और इनवर्टिंग इनपुट के बीच 100nF सोच रहे हैं? मुझे लगता है कि यह एक प्रमुख-पोल मुआवजा होगा, यह नहीं होगा? (बस मेरे मुआवजे-प्रकार की शर्तें सीधे मेरे सिर में मिल रही हैं :)
स्कैन

धन्यवाद @LWW, यह समस्या बन गई। एक बार जब मुझे इसमें अपडेटेड मॉडल मिल गया तो इसने मुझे सफलता की राह पर ला खड़ा किया। आपको ग्रीन चेकमार्क मिल गया है
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Scanny, फीडबैक कैपेसिटर के साथ आपने अब opamp को एक इंटरगेटर में बदल दिया है (एक बहुत छोटे कोने की आवृत्ति वाला लोअरपास)। बेशक, यह पूरे सर्किट को स्थिर करता है क्योंकि बैंडविड्थ काफी कम हो जाता है - एक खराब पल्स प्रतिक्रिया के परिणाम के साथ (वृद्धि का समय बढ़ जाता है)। नियंत्रण प्रणालियों में इस पद्धति को "मृत्यु के लिए स्थिरीकरण" कहा जाता है। यदि आप इसके साथ रह सकते हैं - ठीक है। यदि नहीं, तो आपको कुछ अधिक "मुश्किल" मुआवजे की कोशिश करनी चाहिए।
लविवि

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जैसा कि मैंने आपको अपने विस्तृत उत्तर में बताया है: opamp आउटपुट और ग्राउंड (0.5 ... 1 kOhm और 50 ... 100xF) के बीच RC सीरीज कनेक्शन।
लविवि

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LTSpice सिमुलेशन आपके द्वारा दर्ज नहीं किए गए सर्किट आइटमों के लिए जिम्मेदार नहीं हो सकता है: इस मामले में, आपकी ब्रेडबोर्ड वायरिंग जो एक फिल्टर (उस पर एक आरएलसी फ़िल्टर) जोड़ रही है।

आप जो देख रहे हैं, वह चरण प्रतिक्रिया हैजब आप जब आप एम्पलीफायर में (लगभग) वर्ग तरंग ड्राइविंग शुरू करते हैं। उस बिंदु पर जहां आप शुरू में इनपुट को पल्स करते हैं (एक महत्वपूर्ण राशि के लिए चुपचाप आयोजित किया गया है) आप नम प्रतिक्रिया (पहले कुछ स्विचिंग चक्रों पर स्पष्ट) ट्रांजिस्टर देख रहे हैं और फिर आप जो देखने की उम्मीद करते हैं, उसके करीब हो जाता है।

हालांकि FET शायद एम्पलीफायर को ड्राइव करने के लिए एक कम पर्याप्त समाई है, यह एक प्रतिरोधक के माध्यम से गेट कैपेसिटेंस को कम करने के लिए सामान्य अभ्यास है। यह एफईटी के गेट पर एक कम पास फिल्टर का निर्माण करेगा, इसलिए एम्पलीफायर रिंगिंग / ओवरशूट के लिए सर्किट प्रतिक्रिया का एक व्यापार-बंद है, जो कि आप एक बार देखते हैं कि प्रारंभिक चरण प्रतिक्रिया गायब हो गई है। इनवर्टिंग इनपुट से सर्किट रेफरेंस (ग्राउंड) तक एक पोल भी है, और इसके लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए उसी समाई के फीडबैक लूप में एक छोटे संधारित्र को देखना आम है।

आपके द्वारा उपयोग किया जाने वाला मान सर्किट लेआउट पर निर्भर है, लेकिन इस मामले में मैं लगभग 100pF के साथ शुरू करूँगा (ठीक से रखी गई पीसीबी पर यह मान 5pF से 10pF की तरह अधिक होगा)।

एम्पलीफायर रिंगिंग पर, डेटाशीट में ग्राफ़ हो सकते हैं जो विभिन्न कैपेसिटिव लोड के बीच ओवरशूट / अंडरशूट दिखाता है। आधुनिक एम्पलीफायर डेटशीट में यह काफी सामान्य है।

HTH


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मैंने ऐसी स्कीम लागू नहीं की होगी। यह योजना आसानी से एक स्थिर में बदल जाती है। ट्रांजिस्टर के आउटपुट और गेट के बीच में रोकनेवाला R1 = 1kOhm लगाते हैं। ट्रांजिस्टर के स्रोत और परिचालन एम्पलीफायर के इनवर्टिंग इनपुट के बीच एक रोकनेवाला आर 2 = 10kOhm डाला। परिचालन एम्पलीफायर के आउटपुट और इनवर्टिंग इनपुट के बीच एक संधारित्र C1 = 1000pF डालते हैं।


धन्यवाद अलेक्जेंडर, ये मूल्य एक अच्छा प्रारंभिक बिंदु थे और फिर मैंने उन्हें वहां से ट्यून किया :)
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