В одной из предыдущих статей мы обсуждали, как LTspice может помочь нам проанализировать влияние непредсказуемого напряжения смещения на прецизионную схему источника тока. В этой статье мы продолжим это обсуждение, исследуя схему в LTspice, которая может помочь нам предсказать, как изменения напряжения смещения будут влиять на характеристики схемы.
Вот схема LTspice из предыдущей статьи:
Мы включили в схему напряжение смещения, добавив источник напряжения последовательно с неинвертирующим входным входом каждого операционного усилителя. Мы хотели создать распределение напряжений смещения, аналогичное распределению для прецизионного операционного усилителя AD8606, и для этого мы указали типичное значение 20 мкВ для Vos1 и Vos2 и добавили к этому типичному значению гауссову переменную.
Аргумент, передаваемый функции Гаусса – это стандартное отклонение, поэтому мы создали два источника постоянного напряжения со значениями, которые изменяются случайным образом в соответствии с нормальным распределением со средним значением 20 мкВ и стандартным отклонением 50 мкВ. Нам необходимо подтвердить, что распределение, производимое LTspice, согласуется с измеренным AD8606 распределением напряжений смещения. Для этого мы смоделируем схему, нанесем на график значения Vos1, сохраним их в файл, импортируем в Excel и проверим гистограмму. Обратите внимание на схему ниже, что мы изменили оператор «.measure», чтобы он записывал значение Vos1, а не ток нагрузки.
Если мы откроем журнал ошибок SPICE (щелкните правой кнопкой мыши и выберите «Plot .step’d .meas data»), мы получим следующий график.
Теперь мы можем сохранить эти данные, щелкнув правой кнопкой мыши и выбрав «File» – «Export data as text». Мы импортируем эти данные в Excel, и у нас есть 500 различных значений напряжения смещения.
Во-первых, давайте проверим среднее значение и стандартное отклонение, чтобы убедиться, что они похожи на то, что должно быть, то есть 20 мкВ и 50 мкВ.
Все это очень хорошо; среднее значение составляет 23,9 мкВ, а стандартное отклонение - 48,7 мкВ. Фактические значения были бы ближе к ожидаемым, если бы моделирование включало большее количество прогонов. Например, для 4000 прогонов среднее значение составило 20,8 мкВ, а стандартное отклонение – 50,6 мкВ. Теперь посмотрим на гистограмму.
При размере выборки в 500 мы определенно не можем получить идеальное нормальное распределение, но когда мы сравниваем основные характеристики с характеристиками распределения AD8606 (показано ниже), то итог очень даже удовлетворителен.
Перед выполнением симуляции мы восстановили оператор «.measure» в исходное состояние, то есть «.measure I_OUT avg I (Rload)». Ожидаемый ток нагрузки составляет 1 мА. Сначала мы запустили моделирование с источниками Vos1 и Vos2, установленными на ноль; вот смоделированные значения тока нагрузки для 500 запусков:
Ток нагрузки одинаков для каждого цикла, что совсем не удивительно, поскольку никакие параметры не менялись и, следовательно, в каждом цикле была одна и та же схема. Мы также наблюдаем, что в компонент операционного усилителя встроено какое-то неидеальное поведение, потому что моделируемый ток нагрузки составляет 999,977 мкА вместо 1 мА. Итак, мы начинаем с ошибкой 23 нА в отрицательном направлении. Вот результаты с учетом поведения напряжения смещения:
При первоначальном анализе видно, что эффект не был катастрофическим. Средний выходной ток немного сместился, и мы имеем максимальное отклонение от среднего порядка 3 мкА. Анализ в Excel показывает, что средний выходной ток составляет 1.00068 мА. Наихудшая ошибка (относительно теоретического значения 1 мА) составляет 3,5 мкА в положительном направлении и 2,4 мкА в отрицательном направлении. Это определенно небольшие ошибки, но они вносят нетривиальный вклад в общую ошибку в схеме, особенно когда мы сравниваем их с влиянием допуска резистора и температуры.
В предыдущей статье мы получили максимальное отклонение около +5 мкА / –10 мкА, установив для всех резисторов допуск 0,1% и изменив рабочую температуру от –40 °C до + 125 °C. Одно только напряжение смещения создавало максимальное отклонение +3,5 мкА / –2,4 мкА. Мы также должны иметь в виду, что характеристики напряжения смещения AD8606 весьма хороши. В настоящее время производится много операционных усилителей, у которых напряжение смещения выше, чем у AD8606.
Мы использовали источники постоянного напряжения и гаусс-функцию LTspice, чтобы смоделировать влияние входного напряжения смещения операционного усилителя на точность источника тока, управляемого напряжением. Мы увидели, что напряжение смещения вносит небольшой, но не пренебрежимо малый вклад в общую ошибку, даже когда схема собрана на операционных усилителях, которые предназначены для высокоточных приложений.
© digitrode.ru