เคล็ดลับในการวิเคราะห์วงจรที่มี op-amps และ bjts หลายตัว

14

ในแบบฝึกหัดการบ้านฉันต้องวาดกราฟ Vout-vs-Vin ก่อนเพราะมันจะได้รับการวิเคราะห์ ฉันรู้ว่า Ur และ Vin ทั้งสองเป็นคนไม่ติดลบและวงจรก็แสดงที่นี่:

ดูเหมือนว่าจะมีความสมมาตรมากมายในวงจรและวงจรที่ซับซ้อนนี้อย่างชัดเจนสามารถแบ่งย่อยออกเป็นชิ้นเล็ก ๆ ทั้งสี่ขั้นตอนของ op-amp คล้ายกับแอมป์ลอการิทึมคลาสสิก แต่ฉันรู้สึกว่าเราสามารถเลี่ยงการเรียกใช้ ฟังก์ชันในการวิเคราะห์นี้ได้ UPDATE : นี่คือกราฟกวาด Lt-spice dc ที่ฉันทำสำหรับ R = 0.5k และ Ur = 5V ดูเหมือนว่าในช่วงไตรมาสที่ 3 เริ่มอิ่มตัวแล้วก็ออกเดินทาง $\ln$

operational-amplifier circuit-analysis bjt

— Emir Šemšić
แหล่งที่มา

ว้าวค่อนข้างยุ่งยาก ฉันจะเริ่มต้นด้วย op3 และ op4 โดยรวมกระแสทั้งหมดเป็นฟังก์ชันของ U, Vin และ Vout (และของ R) ที่จะให้กระแสผ่าน Q3 และ Q4 ถ้าอย่างนั้นฉันจะรวมกระแสลงใน OP1 ... มันจะมีหมอกเล็กน้อยที่นี่ ... แต่นั่นจะให้กระแสผ่าน Q1 แต่คุณจะมีการแสดงออกของแรงดันขาออกของ op1 ... แล้วหาค่ากระแสไฟฟ้าผ่าน Q2 รอคอยที่จะได้คำตอบที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น

— George Herold

@ GeorgeHerold ขอบคุณสำหรับคำแนะนำ ตอนนี้ฉันจะอัปเดตคำถามของฉัน

— Emir Šemšić

สิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าแหล่งจ่ายไฟสำหรับ Op-Amps คืออะไร หากอุปทานติดลบอยู่ที่พื้น BJT บางตัวจะไม่สามารถเปิดได้ ถ้ามันขับเคลื่อนด้วยวัสดุที่มีความสมมาตรมันซับซ้อนกว่ามาก

— jpcgt

6

เมื่อวิเคราะห์วงจรที่ซับซ้อนคุณจะต้องสามารถแยกวงจรโดยรวมออกเป็นวงจรย่อยที่คุณได้ทำไปแล้ว คุณต้องเข้าใจว่าแต่ละวงจรย่อยทำหน้าที่อย่างไร คุณสามารถทำได้โดยการจำลองหรือทำวิจัยและหาวงจรที่คล้ายกัน ขั้นตอนต่อไปคือการหาสมการบางอย่างถ้าเป็นไปได้ในการอธิบายวงจรย่อย

การทับซ้อนเป็นเพื่อนของคุณถอดและเพิ่มส่วนต่าง ๆ ของวงจรหรือแทนที่แรงดันไฟฟ้าและกระแส สังเกตว่าวงจรการรวมจะทำงานได้อย่างไรโดยไม่ต้อง Q2 จากนั้นเพิ่มเข้าไปและดูว่าเกิดอะไรขึ้น จำลองวงจรบันทึก "สีเขียว" ด้วยอินพุตสัญญาณคลื่นไซน์ เรียกใช้เรตติ้งความถี่หรือการวิเคราะห์ AC หากการออกแบบเกี่ยวข้องกับโดเมนความถี่ วงจรนี้มีแรงดันไฟฟ้าคงที่ซึ่งดีเพราะครึ่งหนึ่งของวงจรทำงานที่ค่าคงที่ DC ซึ่งทำให้การวิเคราะห์สมการง่ายขึ้น

นี่คือข้อมูลบางอย่างที่ฉันพบในวงจรการบันทึก: Maxim Integrated Log IC

— แรงดันไฟฟ้า
แหล่งที่มา

3

เริ่มต้นด้วยการเขียนวงจรใหม่ในวิธีที่คุณสามารถระบุวงจรย่อยและข้อเสนอแนะ (หมายเหตุ: ฉันใช้VddแทนUr ):

คุณสามารถดูวงจรย่อย 4 วงจรทั้งหมดนี้มีเพียง 2 พิน สำหรับพวกเขาทั้งหมดคุณสามารถเขียนฟังก์ชันถ่ายโอนIin / VoutหรือVin / Vout

นอกจากนี้ยังมีประโยชน์ในการระบุกระแสและทิศทางที่แน่นอนเนื่องจากมีการกำหนดขั้วของแรงดันไฟฟ้าบางอย่างและคุณรู้ว่ามีพื้นเสมือนในอินพุตเชิงลบทั้งหมดไปยัง Op-Apms

สุดท้ายสังเกตข้อเสนอแนะเส้นทางซึ่งจะมีแรงดันไฟฟ้าที่ได้จากการส่งออกและฟีดแบ็ปัจจุบันของ3 * Vout / * (2R)

ตอนนี้คุณมีเครื่องมือทั้งหมดที่คุณต้องการในการสร้างโซลูชันการวิเคราะห์ของคุณแล้ว ระวังแม้ว่าข้อเสนอแนะอาจเป็นบวกภายใต้เงื่อนไขบางอย่างซึ่งจะทำให้รถไฟวงจรของคุณ

เคล็ดลับพิเศษบางอย่าง :

วิเคราะห์วงจรโดยไม่มีข้อเสนอแนะก่อน เช่นตัดบรรทัดที่ระบุว่าข้อเสนอแนะ จากนั้นคุณสามารถทราบได้ว่าข้อเสนอแนะเป็นบวก (เพิ่มไปยังอินพุตเมื่ออินพุตเพิ่มขึ้น) หรือลบ

— jpcgt
แหล่งที่มา

1

พิจารณา OP3 Q3 เพื่อเริ่มต้นด้วยตอนนี้ถ้า opamp อยู่ในพื้นที่เชิงเส้นแรงดันอินพุตสองตัวจะใกล้เคียงกันมากพอและอินพุทที่ไม่มีการย้อนกลับถูกผูกเข้ากับ 0V ดังนั้นเอาต์พุตจะได้รับความเดือดดาลเช่น Ic (Q3) = Ur / R + Iin (อินพุตไปยังส่วน) และอินพุตไปยังส่วนคือโหนด Earth earth เสมือน

Ebbers moll จะให้แรงดันเอาท์พุท opamp (= Vbe) ให้คุณในรูปของ Ic และด้วยเหตุนี้ในแง่ของกระแสอินพุต

การใช้เหตุผลแบบเดียวกันนั้นใช้กับ OP4 / Q4 แต่ที่นี่กระแสอินพุตคือ Vout / 2R

ต่อไปให้พิจารณา OP1 / Q1 ในพื้นที่เชิงเส้นอีกครั้ง Ic (Q1) ต้องเท่ากับ Ur / R (สำหรับอินพุตของ opamp ให้เท่ากัน) ดังนั้น ebbers moll จะให้ Vbe ที่ต้องการทราบว่าตอนนี้ฐานมีความเอนเอียงเป็นแบบเดียวกัน ( แรงดันลบเล็กน้อยเนื่องจากตัวส่งของ Q3 ดังนั้น optput ของ OP1 จะต้องเป็นลบมากกว่านั้น)

สามารถคำนวณ Ic (Q2) ได้ (ebbers moll อีกครั้ง) ตามที่เราทราบ Q4s Vbe

— แดนมิลส์
แหล่งที่มา

ไม่มี Vin / R เข้าสู่โหนดที่ตัวสะสมของไตรมาสที่ 3 หรือไม่?

— Scott Seidman

Ic (q3) = Ur / R + Iin โดยที่ Iin เป็น Vin / R + Vout / R อย่างชัดเจนดังนั้น Ic (Q3) = (Ur + Vin + Vout) / R แต่ฉันพยายามหาแบบจำลอง ของส่วน (อินพุตปัจจุบัน, เอาต์พุตแรงดันไฟฟ้า) เนื่องจากนิพจน์นั้นน่าจะมีประโยชน์มากกว่าสำหรับการค้นหาวิธีแก้ปัญหา

— Dan Mills