gelöst OPV, Funktionsgenerator und Konsorte

[Batucada]

Ich habe heute mehrmals einen Baustein erzeugt und dabei weitestgehend die von Will Kceg beschriebene Vorgangsweise angewendet. Genau genommen waren es nicht mehrere Bausteine, sondern mehrere Anläufe, bis der Baustein die für mich akzeptabel Form angenommen hat.

Die von Will Kceg beschriebene Vorgangsweise ist, ganz allgemein gesprochen, immer noch gültig. Was aber jetzt nicht heißen soll, dass man die Kceg-Beschreibung wortwörtlich anwenden kann. In bin bei meinen Versuchen in den letzten Tagen mehrfach gestolpert und nicht zum Ziel gekommen. Die Gründe sind mittlerweile geklärt und nur in der neuesten LTspice-Version für Mac OS zu finden.

Heute bot sich wieder die Gelegenheit und ich wollte es jetzt natürlich wissen. Also hab' ich einen Baustein kreiiert, der mir eine stabilisierte Spannung für 4,096 V liefern soll. Dafür gibts von Analog Devices den Chip LT1258 in mehreren Ausführungen, aber leider gibt es kein Spice-Modell. Da mein Hauptaugenmerk im aktuellen Projekt an einer ganz anderen Stelle liegt, habe ich für den Einsatz des Chips in meiner Simulation einfach ein Modell "frei nach Schnauze" erfunden.

Grundlage für die Spannungsreferenz bildet der Chip LT1389-2.5, eine "Nanopower Precision Shunt Voltage Reference" für 2,5 V. So ganz ohne garnierendes Gemüse kommt man bei dem Entwurf nicht aus. Neben der Spannungsreferenz gibt es einen OPV, der die Sklavenarbeit macht, für den Augenblick habe ich einen LT-Universaltyp angewendet. Die Widerstände R1 und R4 habe ich nicht groß berechnet, sondern sind in einer Trial&Error-Übung aus dem Ärmel geschüttelt. Die Widerstände R2 und R3 sind natürlich genauestens berechnet, der Gesamtwiderstand aus R2 und R3 habe ich aber wieder aus dem Bauch heraus mit 100k festgelegt, der Spannungsteiler ergibt 2,5 V, welche am OPV gegengekoppelt werden und man ahnt es schon, am Ausgang stehen dann die gewünschten 4,096 Volt zur Verfügung. Dass die Widerstände in keine E-Reihe passen, ist für den Augenblick unerheblich.

Bei den Attributen fällt auf, dass die "Value"-Zeile keinen Eintrag erhalten hat, ich will nicht in die Erklärungen verfallen, die anderswo schon mal zur Verwirrung geführt haben. Value ist, ganz lapidar ausgedrückt, ein Attribut, mit dem ein spezielles Verhalten des Bausteins bestimmt werden soll. Nun hat das Ding aber keinen Eintrag und es ist deswegen schon gar nicht namenlos, des Rätsels Lösung liegt in eine Include-Anweisung, die sich im Schaltplan wieder findet.

Soviel zu den Internas "meines" Bausteins. Ich habe den Baustein in der Mac-Umgebung vorab ausgetestet. Wegen des Bugs in der LTspice-Version für Mac OS bin ich in die Windows-Version gewechselt und hab dann die beiden Punkte "View / SPICE Netlist" und "Generate Expanded Listing" in Windows abgearbeitet und die entstandenen Produkte gespeichert. Danach wieder der Wechsel ins Mac OS und den Rest erledigt. LTspice hat sich wohl aber gegenüber der Beschreibung von Wil Kceg ein wenig geändert. An dem Punkt "Generate Expanded Listing" wird nämlich eine Datei mit der Endung ".cir" erzeugt. Versuch macht kluch: ich hab die Endung gegen ".sub" ausgetauscht und bin dann weiter der Anleitung von Wil Kceg gefolgt.

Ach ja, irgendwo bin ich wohl unterwegs mal falsch abgebogen. Deswegen sollte man den Ordner "AutoGenerated" im Blickfeld haben, in diesen Ordner sollte die Symboldatei ".asy" abgelegt sein, ist das nicht der Fall, sollte man sie manuell dorthin verschieben. Danach LTspice neu starten und man nach Lust und Laune mit dem neuen Baustein hantieren.

Ob man mal die Beschreibung von Wil Kceg überarbeiten soll?

 

[Udo]

Widerstand R4 - parallel zu LT1389-2.5 - kann entfallen, belastet nur die Quelle und zieht Strom (wenn auch sehr wenig) von der Referenz ab. Allenfalls ein Stütz-C für Störsicherheit verwenden.

 

[Batucada]

Widerstand R4 - parallel zu LT1389-2.5 - kann entfallen, belastet nur die Quelle und zieht Strom (wenn auch sehr wenig) von der Referenz ab. Allenfalls ein Stütz-C für Störsicherheit verwenden.

Moin Udo,

genau dieser Widerstand R4 ist der wichtigste überhaupt, ohne diesen wird das Wunder der Technik, was sich hinter dem Begriff "Shunt Voltage Reference" verbirgt, nämlich nicht funktionieren. Ich nehme an, dass LT das Kennzeichen einer Zenerdiode dafür gewählt hat, weil es naheliegend erschien.

Zur Historie des Geschehens: Als ich diesen Baustein "entworfen" hatte, bin ich davon ausgegangen, dass U1 ähnlich einer Zenerdiode funktionieren würde. Bei der Kennzeichnung mit U1 hätte ich eigentlich schon stutzig werden sollen, eigentlich hätte nach "normalem" Verständnis der Kennbuchstabe "D" erscheinen müssen. Erst als sich bei der Erprobung das erwartete Ergebnis nicht einstellte, da hab' ich die KI bemüht and hier ist die Aussage:

Der LT1389-2.5 arbeitet als Shunt-Spannungsreferenz, d.h. er wird parallel zur Last geschaltet.
Ein externer Vorwiderstand begrenzt den Strom durch die Referenz.

Den Vorwiderstand R1 hatte ich schon zu Beginn vorgesehen. Den Lastwiderstand R4 habe ich später hinzugefügt.
Hier ist ein Teil des Projektes, das ich zur Zeit bearbeite:

Es geht darum, um aus einem einfchen stabilisierten Netzteil (weil getaktet) für 12 VDC eine symmetrische Spannungsversorgung herzustellen. Ich schrieb ja bereits, das Bauteil LT1258, das sich hinter der Referenz DN_U02 verbirgt, gibt es tatsächlich, leider hält Analog Devices dafür aber kein Spice-Modell bereit. Wie es im Innenleben von DN_U02 ausschaut ist für mein Projekt zunächst jedoch völlig wurscht. Für den Augenblick sieht es in der Schaltung so ziemlich ideal aus, weswegen man sich die Frage stellen könnte: Warum soviel Aufwand. Es fehlt noch ein wichtiges Teil in der Netzteil-Schaltung und daran angeschlossen ein gewichtiger Verbraucher.

Die Belastung der symmetrischen Spannungsquelle ± 4,096 V habe ich schon getestet und das sind nur eine handvoll Milliamps ("gemessen" an den Shunts DN_R1 und DN_R2), die locker durch Feld- wald- und Wiesen-Opamps gehen.

Ich nutze dann jetzt auch schon mal die Gelegenheit, die Struktur meiner Schaltplan-Referenzen zu erläutern. Die ersten beiden Zeichen der Referenz DN_U02 leiten sich ab aus "DN" für duales Netzteil gefolgt von dem Unterstrich als Abgrenzung, daran angefügt das "U" als Kategorie-Kennung für "Gerät" und das wiederum gefolgt von einer "normalen" Ordnungsziffer. Das Projekt hat schließlich noch mehrere Teile und wenn ich mich auf eine von LTspice vorgegebene Rangfolge einlassen würde, dann würde ein später an vorderster Stelle des Projektes hinzugefügtes Bauteil eine hohe Ordnungsziffer bekommen, obwohl es eine niedrige haben müsste.

"MainSupply" fällt dabei aus dem Prinzip heraus und das soll es aus, weil es soll nur das fabrikfertige Netzteil mit 12 VDC darstellen. Die Schaltplan-Referenzen sind schon so aufeinander abgestimmt, dass der Übergang zu DipTrace ohne Probleme vonstatten geht. Ebenfalls entfallen die Shunts DN_R1 und DN_R2.

 

[Udo]

@Batucada
R4 ja/nein > siehe screenshot

Gruß Udo

 

[Batucada]

@Batucada
R4 ja/nein >

Gruß Udo

Hallo Udo

was meinst du mit ja/nein? das interessiert mich sehr.

Dass es den LT1389 auch in der Version 4,096V gibt habe ich wohl gesehen. Aber in dem Augenblick als ich mit meiner Version gebastelt habe, interessiert mich die grundsätzliche Schaltung, mit dem schließlich jede beliebige Referenz oberhalb der Grundreferenz erzeugen kann.

VG

 

[Udo]

Hallo Batucada,

Du gabst im Post #3 an, dass der Widerstand R4 in der Schaltung Post #1 der wichtigste überhaupt sei, was mich sehr überrascht hätte (hat). Deshalb habe ich dies mal per Sim. nachgeprüft und mit R4 ja oder nein hinterlegt. Die op.-Werte zeigen, dass R4 überflüssig ist und nur eine zusätzliche Last produziert, was zu einem "infinitesimal" geringeren Spannungswert an V(out) führt. Ja/nein sollte aus meiner Sicht bedeuten > R4 nein, bzw. egal. Der Opamp muss natürlich nicht der OP3a aus der lib-Liste sein. Diesbezüglich ist die Auswahl ja riesig.

Bei Deiner Schaltung in Post #3 würde ich noch empfehlen zu prüfen, ob die Komponenten DN_UO3 und DN_UO4 mit der kapazitiven Last von 1uF zurechtkommen. Das hängt ja davon ab, ob lastbedingte Umladungen vorkommen oder nicht.
----VG Udo

 

[Batucada]

Recht haste
Da hab ich die KI-Erklärung wohl zu wörtlich genommen.
Ich danke dir.

lastbedingte Umladungen

Im stationären Zustand liegt die Last bei 60 mW. Ich habe aber noch nicht untersucht, wie sich das Netzteil verhält, wenn ich Frequenzen im Bereich von 10 Hz .. 20 kHz erzeuge.

Ich wünsche noch einen schönen Rest-Sonntag.

 

[Batucada]

Und hier meine Ausbeute:

So, ich bin jetzt mal an dem Punkt angekommen, von dem ich ausgehe, dass die schematische Gestaltung des Netzteils den beabsichtigten Anforderungen entspricht. Und so soll es dann auch werden. Zur Verfügung steht ein Schaltnetzteil mit einer Ausgangsspannung von 12 VDC, bei einem maximalen Strom von 6,5 A. Mehr als genug, um das beabsichtigte Projekt zu versorgen. Zu versorgen sind:

• ein Raspberry Pi Pico W mit 5 Volt, der WLAN-Anschluß stellt die höchsten Ansprüche an die Stromversorgung, die zeitweilig mit etwa 70..80 mA zu Buche schlagen soll. Die GPIOs, die den DAC betreiben, benötigen nicht mehr als 0,25 mA. Ingesamt muss der DN_Q03 also nicht als Arbeitspferd agieren, für den DN_Q03 habe ich z.Zt. maximal 300 mA veranschlagt, die sollte er locker bewältigen können, wenn er mal dazu aufgefordert werden würde.
• bleiben noch die symmetrischen Spannungen von ±4,096 V zur Versorgung diverser Verstärker- und Filter-Schaltungen, die insgesamt in einem Bereich von etwa 5 mA liegen.
• die negative Referenz von -1,65 V ist mit 170 µA nicht der Rede wert.

Aus dieser Sicht sollten eigentlich nur der DN_U01 eine besondere Beachtung finden, für die anderen OPVs habe ich normale Rail-to-Rail mit Single Supply vorgesehen.

 

[Udo]

Ich nehme Bezug auf die Schaltung in Post #3 und habe dazu folgende Anmerkungen (Post #7 dabei noch nicht berücksichtigt):
Die linke Seite halbiert ja die 12V. Bei der rechten Hälfte der Schaltung wäre wichtig
a) die Auswahl der OP's hinsichtlich des "output-voltage swings". Es stehen Vin/2 = 6V zur Verfügung, die V(out) beträgt 4,096V. Das bedeutet, das der(die) OP's eine Restspanung (Sättigung) von < (6V-4,096V) ca. 2V haben müssen.
Viele OPs haben 1,5V..2V. Sinkt die Versorgung etwas ab, können die 4,096V einbrechen.
b) Da die Spannungen mit 4,096V rechte genau spezifiziert sind, spielt die Toleranz der Widerstände Ro6 und Ro7 eine bedeutende Rolle (für -4,096V). Test über Monte Carlo Methode möglich.

Ich habe mal eine Schaltung angehängt, bei der keine Widerstandstoleranzen von Bedeutung sind, einmal mit statischen Bedingungen und einmal mit sowohl überlagerter Eingangsspannungsschwankung und gleichzeitiger Pulsbelastung.

Gruß Udo

 

[Batucada]

Ich habe mal eine Schaltung angehängt, bei der keine Widerstandstoleranzen von Bedeutung sind, einmal mit statischen Bedingungen und einmal mit sowohl überlagerter Eingangsspannungsschwankung und gleichzeitiger Pulsbelastung.

Moin Udo

Zunächst einmal meinen herzlichen Dank für dein Interesse.

Die Entstehung des Spannungslevels von 4,096 V ist etwas kurios. Es gibt Bausteine, die können das. <-- das war's dann auch schon.
Der ursprüngliche Zwang einen solchen Level zu benutzen ist mittlerweile entfallen, jedoch nicht der Bedarf an eine niedrigen symmetrischen Spannungs-Versorgung. Insofern ist also der Schaltungsvorschlag der ohne ausgesuchte Widerstände auskommt, einfach verlockend.

Ich gehe mal den Signalweg ab, wie das Signal entsteht und wie es zum Schluss verwendet werden soll.

• Das Funktionssignal entsteht in einem DAC, der von einem Raspberry Pi Pico gesteuert wird.
• Die Amplitude beträgt exakt 3,3 V.
• Die Bandbreite liegt bei max. 24 kHz.
• Da das Funktionssignal vom Pico her nur im positiven Bereich liegt, werden in einem Summierer -1,65V hinzugefügt!
• Somit liegt das Funktionssignal symmetrisch vor (hoffentlich).
• Anschließend passiert das Funktionssignal einen dreistufigen aktiven Tiefpass. Der Tiefpass war ursprünglich so konzipiert, dass es nur einen positven Verlauf gab und so ausschließlich mit Rail-2-Rail OPVs auskam. Ich hatte Bedenken hinsichtlich möglicher Verzerrungen, wenn das Funktionssignal sich am unteren Wendepunkt dem 0-Pegel nähert. <-- Ich glaube, ich liege da richtig, wenn ich deine Einwände beachte.
• Der ursprüngliche aktive Tiefpass, der das DAC-Signal direkt verarbeiten sollte, kam ohne diese "krummen" Pegel nicht aus, da waren außerdem noch Pegel von 2,048 und 1,024 V beteiligt.
• Die aktuelle Tiefpass-Schaltung ist mit OPVs ausgestattet, die an einer symmetrischen Spannungs-Versorgung hängen. Dass diese Spannungs-Versorgung nun gerade ±4,096 V sein soll, ist nur noch historisch bedingt, aber nicht mehr technisch.
• Ich habe schon in Erwägung gezogen, die Pegel ggf. auf unter 4 Volt abzusenken, da ich das Funktionssignal lediglich in einem Pegelbereich von 1 Vss benötige.

Die einzig vertrackte Sache ist die Herstellung der 5V für den Pico, weil dessen Strom über den GND in die zentrale Stromversorgung zurückfließen muss, das wäre die Hauptarbeit, die der Transistor DB_Q02 in meiner Schaltung leisten müsste.

Lieber Udo, du hast anscheinend den richtigen Nerv getroffen, ich bin leider nicht mehr so fitt auf diesem Gebiet und muss mir vieles mühsam wieder erarbeiten. Aber wir machen weiter

VG

 

[Udo]

ok, schaun wir mal.

VG

 

[Batucada]

Hallo Udo,

wie ich schon sagte: "du hast den richtigen Nerv getroffen".

Und so habe ich dann auch mal die Bestandsaufnahme meines Wissens gemacht. So wie du richtig bemerkt hast, ist der Weg von 6 V runter nach 4 V nicht sehr weit, da ist nicht viel Fleisch. Es wird zudem sehr viel über die Sättigungspannung gesprochen, aber es scheint definitiv keinen Parameter zu geben, den man jetzt in einem Datenblatt ablesen könnte.

Betrachte ich den ersten OP, auf den das vom DAC ausgegeben Signal trifft, so wird dieser bereits symmetrisch gespeist, allerdings mit ±4,096 V wobei das Eingangssignal mit 3,3 V schon verdächtig nahe am oberen Betriebsspannungspegel ist: 0,7 V Differenz. das wird erst beim zweiten OP besser, da ist das Funktionssignal zwar invertiert, dafür aber symmetrisch zum Massebezug verschoben, also wäre da ein Abstand von 2,45 V gegeben, so dass man eine Betrachtung über ein in die Sättigung geratenes Signal nicht mehr anstellen muss.

Ich bin mit den derzeitigen Aussichten noch nicht zufrieden und werde neue Überlegungen anstellen.

 

[Udo]

Hallo Batucada,

manchmal gibt es bei OP's Angaben zur maximal möglichen Ausgangsspannung mit Differenz zur Versorgungsspannung, falls nicht, hilft der max. output voltage swing weiter. Das ist sicher kein Garantierter Wert mit Toleranzen, aber ein Orienterungspunkt. Die Aussteuerungsgrenze zu +Versgg. ist meist kritischer als die nach -Versgg. Da haben die meisten weniger Restspannung.

Für das gesamte Stromversorgungskonzept wäre eine Spezifikation recht hilfreich.
1. Eingangsspannung(en), Toleranzbereich, Ripple, potenzialfrei oder an irgendeinen Ground gebunden ?
2. Ausgangsspannungen, zulässige Toleranzen, Ripple+Spikes, sämtliche Anforderungen an statischer und dynamischer Belastung, geforderte Regelzeit....
3. Müssen alle Ausgänge kurzschlussfest sein ?
4. Ist ein eingangsseitiger Verpolschutz erforderlich ?
5. Ist evtl. ein digitaler Ground (DGnd) und ein analoger Ground (AGnd) vorzusehen ? (wegen Störbeeinflussung, störende Schleifen etc.)
6. Und - und - und

Vielleicht lässt sich noch besser anhand eines Gesamtschaltplanes XYZ.asc diskutieren.

Gruß
Udo

 

[Batucada]

Hallo Udo,

das Ziel kann man super genau beschreiben: Ich möchte ein Funktionssignal erzeugen, was bzgl des Pegels 1 Vss genügt, Bandbreite etwa 24 kHz. Der Haken an der Sache ist aber die technische Gestaltung eines DACs mit Hilfe eines Raspberry Pi Picos. Solange der DAC keine Potentialtrennung zum Pico hat, sind der Gestaltung einer Spannungsversorgung enge Grenzen gesetzt. Die Idee der Speisung mit 12 V aus einem getakteten Netzteil hat damit zu tun, das dieses Netzteil aus Altbeständen zu Verfügung steht. Ein möglicher Weg wäre, ein entsprechendes Netzteil mit 15 V zu beschaffen. <-- aber den Weg will ich vorläufig mal verwerfen.

In meinem Kopf trage ich immer noch die Betrachtung mit mir herum, dass die Verbindung des DACs mit dem Potential des Picos eine ungute Sache ist. Die Potentialtrennung zwischen dem DACs und dem Pico ließe sich herstellen, wenn auch mit etwas Aufwand, aber dann gibt es jede Menge Vorteile, die sich damit eröffnen. Ich muss die Idee aber noch zu Ende denken.

VG

 

[Batucada]

Hallo Udo,

ich glaube, ich bin jetzt wieder auf den Weg der Tugend zurückgekehrt. Ich werde mir von Meanwell das Modul DETN01L-12N beschaffen. Das Modul firmiert unter der Beschreibung "1W SMD Package DC-DC Unregulated Converter". Es handelt sich dabei um einen Konverter, der eine von der Eingangsspannung isolierte (3 kV) symmetrische Ausgangsspannung von ±12 mit einem gemeinsamen Massebezug (isoliert vom Eingang) erzeugt, bei einer Ausgangsleistung von 1 W. Das dürfte genügen, um die Verstärker- und Filterschaltung zu betreiben.

Kostenpunkt 5,29 € und ich bin alle Sorgen los.

Die Eingangsspannung beträgt zudem noch nominell 5 V (4,5 .. 5,5 V). Auch hier kann ich wieder auf vorhandenes Material zurückgreifen, so dass ich auf dieser Schiene auch den Raspberry Pi Pico versorgen kann. Mit der angebotenen symmetrischen Spannung kann ich mich auf einen soliden Spannungspegel festlegen, mit dem ich die Verstärker- und Filter-Schaltung betreiben will, ohne ein auf Kante genähtes Netzteil konstruieren zu müssen.

Vielen Dank noch einmal für die freundliche Unterstützung.

VG

 

[Batucada]

Ich hab' zwar ein bisschen länger gebraucht, aber ich hab' auch meine Kenntnisse wieder auffrischen können. Nach dem ich in den vergangenen Tagen nicht zu Potte gekommen bin, lag es nun an mir eine Lösung zu finden. Die Probleme lagen aber nicht nur bei mir, sondern sind auch in einer Welt zu finden, in der Sprache nicht immer der Verständigung dient - jedenfalls könnte ich das bei PSpice und LTspice vermuten.

Auch die Welt der OPVs hat sich verändert, viele OPV werden heute in der Rail-2-Rail-Technik entwickelt, dann aber auch gleich für kleinere Versorgungsspannungen. Was mir dann die Sorgenfalten auf die Stirne getrieben hat, weil in einer Ecke meines Projektes komme ich mit meinem Nutzsignal gefährlich nahe an den Sättigungsbereich heran. Und das alles nur, weil ich mir in den Kopf gesetzt hatte, alles mit einer zentralen Stromversorgung zu betreiben, in der die unterschiedlichen Spannungsebenen zu Hause sind.

Allen voran ließ sich der Raspberry Pi Pico nicht so richtig in das System integrieren. Das brachte mich zunächst auf die Idee für den Verstärker- und Filterteil die Versorgungsspannungen aus einem isolierenden DC-DC-Wandler zu beziehen, was die Vermischung der Spannungsebenen schon grundsätzlich vereinfacht hatte. Das nächste Problem hatte ich dann sogleich bei der Auswahl der OPVs erfahren, entweder stimmte der Versorgungsbereich nicht, oder die Spice-Modelle waren zu empfindlich, oder es gab keine Modelle, oder wenn doch, waren es PSpice-Modelle, die in LTspice mit Vorsicht zu genießen sind.

Statt der 12 VDC aus einem getakteten Netzteil werden 15 VDC aus einem ebensolchen verwendet. Bei halbierten 15 VDC habe ich mit ±7,5 VDC sicher genügend Reserve um den Verstärker- und Filterteil des Projektes zu betreiben. Und mit 15 VDC geht es dann in den isolierenden DC-DC-Wandler, der mit konstanten 5 VDC - weil geregelt - jetzt den Raspberry Pi Pico versorgen wird. Damit kann ich den Raspberry Pi Pico so ins Geschehen einbauen, dass der mir nicht bei dem wichtigen Verstärker- und Filterteil ins Handwerk pfuscht.

Und jetzt kommt die Stunde für LTspice. Obwohl das gar nicht mehr so wichtig ist, es unbedingt in eine Simulation einbauen zu wollen. Mir hat's Spaß gemacht und es war wieder eine Übung, mit der ich meine Kenntnisse festigen konnte.

Zunächst betrachte ich einmal den rechten Strang. V1 ist eine hundsgemeine Spannungsquelle die 5 V liefern soll, parametriert wird sie mit {Vout}, die Zuweisung erfolgt über die Direktive .param Vout 5. Den entnommenen Strom wird über R1 "gemessen", die Parametrierung über {Rs} und .param Rs 0.00000000001 hätte auch direkt am Widerstand erfolgen können, die Zahl der Nullen ist nur deshalb so hoch, weil ich LTspice nicht veranlassen wollte, mir von den 5 V auch noch einen merklichen Spannungsabfall in Rechnung zu stellen.

Im linken Strang wirkt eine ganz "normale" Arbitrary behavioral current source. In dieser Form wird die Komponente als veränderbarer Widerstand verwendet. Die Parametrierung sieht nur wüst aus, ist sie aber nicht.

I=Vout*I(R1)/V(+Vin,-Vin)+0.053.

Im Innern dieser Formel versteckt sich der physikalische Grundsatz: Die Ausgangsleistung ist gleich der Eingangsleistung, um aber dem Wirkungsgrad Rechnung zu tragen, habe ich den vom Hersteller angegebenen Strom von 52 mA als Grundlast eingetragen, der auch dann fließt, wenn auf der Ausgangsseite keine Leistung abgenommen wird. Das Produkt aus Vout * I(R1) ergibt die Ausgangsleistung, der Ausdruck I(R1) bedeutet soviel wie, der Strom der durch R1 fließt. Jetzt muss das Produkt nur noch durch die an den Klemmen +Vin und -Vin anliegende Spannung, dargestellt durch den Ausdruck V(+Vin,-Vin), geteilt werden und man erhält den eingangsseitigen Strom, der sich damit proportional zur Belastung verhält, dem dann zum Schluss noch der Wert von 53 mA hinzuaddiert wird.

Es folgt die Anweisung: View-> SPICE-Netlist

* Y:\Documents\LTspice\TRN3-1211SM.asc
B1 +Vin -Vin I=Vout*I(R1)/V(+Vin,-Vin)+0.053
V1 N001 -Vout {Vout}
R1 +Vout N001 {Rs}
.param Vout 5
.param Rs 0.00000000001
.backanno
.end

--> Klick in den Editor

--> Generate Expanded Listing

und Speichern wählen.
der Editor wechselt den Inhalt

* Y:\Documents\LTspice\TRN3-1211SM.asc
b1 +vin -vin i=5 *i(r1)/v(+vin,-vin)+0.053
v1 n001 -vout 5
r1 +vout n001 1e-011
.end

auf der Festplatte befindet sich jetzt eine neue Datei TRN3-1211SM.cir, es empfiehlt sich die Datei zu duplizieren und die Endung in .sub oder .lib zu ändern. Denn es werden einige Änderung vorgenommen und deswegen ist es besser, immer noch ein unverändertes Original bei zu behalten. Wenn man die cir-Datei, die gerade im LTspice-Editor geöffnet ist, unter einem neuen veränderten Namen speichert, ist man auch das lästige NULL-Byte-Problem gleich mit los und man kann die Datei mit jedem x-beliebigen Texteditor bearbeiten.

* Y:\Documents\LTspice\TRN3-1211SM.asc
* Pin 2 +Vin
* Pin 1 -Vin
* Pin 3 +Vout
* Pin 4 n/c
* Pin 5 -Vout
* Pin 6 n/c
* Pin 7 n/c
.subckt TRN3-1211SM +Vin -Vin +Vout -Vout
B1 +Vin -Vin i=5 *i(R1)/v(+Vin,-Vin)+0.053
V1 n001 -Vout 5
R1 +Vout n001 1e-011
.end

Es fehlt noch das Symbol für die Darstellung im Plan. Dazu wird vorstehende Datei TRN3-1211SM.sub, die auch eine andere Endung haben kann, im LTspice-Editor geöffnet, Rechts-Klick auf die Zeile mit dem Eintrag .subckt... und man wählt Create Symbol.


Das neue Symbol wird automatisch in einem bestimmten Verzeichnis gespeichert, wo man es sofort verwenden kann.

 

[spicer]

Tolles Tutorial.
Ergänzend dazu auch Howto - Eigene Modelle mit Symbol erstellen beachten.

Wäre es nicht empfehlenswert, für den OPV Teil einen eigenen Thread zu erstellen?
Wäre für andere User einfacher zu finden, da der hiesige Titel nicht dazu passt.
Wenn das ok für Dich ist, kann ich das machen...

 

[Batucada]

Wenn das ok für Dich ist, kann ich das machen...

Hallo Spicer,

erst einmal vielen Dank für die Blumen.

Sicher kannst du das machen. Ich hätte dagegen auch nichts einzuwenden - aber der eindeutig bessere Experte in Sachen OPV ist @Udo . Ich bin vielleicht sein Lehrling

VG

 

[Udo]

Hallo Batucada und Spicer,

jeder hat etwas verwertbares beizutragen, Ihr, wie andere auch. Wir sind alle am Lernen, auch ich bin trotz meines Alters immer noch Lehrling.
Aber Erfahrung ist die Summe aller Reinfälle. Diesbezüglich kann ich nach all' den Jahren mitreden.

Es macht Spass, mit Euch allen zu kommunizieren.

Vg
Udo

 

[Batucada]

Ich mach' dann auch gleich mal weiter.

Mein Netzteil habe ich dann auch mal weiterentwickelt und auch entsprechend getestet. Wie man unschwer erkennen kann, hat dann auch der letzte von mir erstellte Subcircuit in mein Netzteil Einzug gehalten. Im nächsten Schritt wollte ich alles, was sich zwischen den Anschlusspunkten 1..5 aufhält, ebenfalls in ein Subcircuit (.subckt) pressen. Doch jetzt wird's ein wenig schwieriger. Und man kommt ohne gute Werkzeuge zum Auffinden von Dateien auf der Festplatte und ein wenig Intuition nicht aus.

Vorsicht bei dieser Schaltungsdarstellung, hier sind einige Fallstricke enthalten, die zum ganz sicher zum Misslingen des Vorhabens führen. Wie die Schaltung aussehen soll wird weiter unten noch erläutert.

Die erste Schwierigkeit, die es zu bewältigen gilt, dass man das Symbol für den AD711 auf der Festplatte finden muss. Wenn es dann gefunden ist, so wird es (AD711.asy) in das Verzeichnis kopiert, wo sich die .asc-Datei (Pico-Netzteil-Subckt.asc) befindet, aus der das Subcircuit erstellt werden soll.

Listigerweise hat Analog Devices das Modell .subckt AD711 für den AD711 gut versteckt. Das Geheimnis lässt sich aber lüften, schaut man sich das Symbol von "innen" an, dazu verwende ich regelmäßig den BBEdit, weil der dann auch sofort das NULL_Byte-Problem lösen kann, wenn es denn auftritt.

Zeile 16: der Name des Symbols, das mit dieser Datei gezeichnet wird.
Zeile 18: gibt den Hinweis auf die Datei ADI1.lib, die das Modell enthält.
Ich mach's mal nicht so spannend, in Zeile 19 steckt ein weiterer wichtiger Hinweis, denn in der Datei ADI1.lib findet sich weit und breit kein Modell mit dem Namenbezug zu AD711, stattdessen wird das Modell für den AD712 verwendet, die beiden scheinen sich zu ähneln.

Man könnte natürlich tricksen, das habe ich dann auch versucht. Es ist bisher aber beim Versuch geblieben.

Ich habe in meine Schaltung das Modell für den AD711 eingefügt, natürlich ist es das Modell für den AD712, was ich der Einfachheit halber gleich umgetauft habe.
Eigentlich sollte dieses Modell gelingen, ich bin aber aus verschiedenen Gründen nicht zum Erfolg gekommen.

Das Verzeichnis hat Zuwachs bekommen. Die Datei Pico-Netzteil-Subckt.net wäre normalerweise wieder verschwunden, wenn die Erweiterung mit Generate Expanded Listing auf Anhieb funktioniert hätte. Die Datei Pico-Netzteil-Subckt.sp ist das Ergebnis durch die Erweiterung. Ich habe diese Datei kopiert und mit der Endung .sub versehen.

An dieser Stelle endet die chronologische Beschreibung der Entwicklung. Ich musste erst eine Nacht darüber schlafen, um dann die richtige Eingebung zu erhalten, warum das bisher erstellte Subcircuit nicht funktionieren konnte.

Dieses Bild zeigt einen Ausschnitt aus der Netzliste, die LTspice immer generiert, aber nur auf Anforderung zeigt. Zeile 2 zeigt auf den Widerstand R1 des Subcircuits, der erzeugt werden soll. Gefolgt von einer 3, die einen Knoten (Node) bezeichnet, und zwar den Knoten an den der Widerstand mit einem Bein angeschlossen ist, 3 ist exakt die Bezeichnung eines Anschlusspunktes, mit dem das Subcircuit eine Verbindung zur Außenwelt aufnehmen soll. Die übrigen Zeilen schenke ich mir, die kann jeder für sich üben, wenn er denn mag.

Wichtiger ist für mich die Erkenntnis, dass in der gesamten Liste die Anschlusspunkte 1 und 2 nicht auftauchen! 1 ist potentialgleich mit 3 und 2 ist potentialgleich mit 5. Da wird der Hund in der Pfanne verrückt, das hatte ich gestern übersehen und bei einem der Schritte, bei dem aus der erweiterten Liste das Modell durch Einfügen der Zeile ".subckt Pico-Netzteil 1 2 3 4 5" erzeugt wird, habe ich meiner Verwirrung noch die Krone aufgesetzt, denn ich wollte schließlich dieses Symbol erzeugen.

Das musste komplett in die Hose gehen. Die Anschlusspunkte 1 und 3 bzw. 2 und 5 hatten intern keine Verbindung zueinander, die außen angeschlossenen Spannungsquelle lief damit ins Leere, die innere Elektronik hatte keinen Saft!

Also hab' ich die Schaltung noch einmal abgeändert, d.h. weniger die Schaltung selbst, sondern die Anschlusspunkte, welche die Verbindung zur Außenwelt darstellen. Die Bezeichner 1 und 2 wurden ausgetauscht gegen die Bezeichner +Vin und -Vin. Den Bezeichner Masse habe ich deswegen gewählt, weil LTspice den Begriff GND für sich global reserviert hat.

Folglich hat sich auch die Netzliste geändert. Die Erläuterungen erspar ich mir, da selbsterklärend.

Die mit Generate Expanded Listing erweiterte Liste wird durch die Zeile ".subckt Pico-Netzteil +Vin GND -Vin" ergänzt. Jetzt, noch bevor das Symbol erzeugt wird, habe ich die Bezeichnung MASSE gegen GND getauscht. Die anderen Knoten-Bezeichner waren schließlich schon in der Schaltung (asc-Datei) wunschgemäß eingetragen worden.

Jetzt endlich bin ich am Ziel angekommen.

• V1 ist meine externe Spannungsquelle, die den Saft aus der Steckdose bereit hält.
• U1 ist der Teil der Netzteil-Elektronik, die aus einer einfachen Spannungsquelle von 15 Volt eine symmetrische Spannungsquelle mit ±7,5 V herbeizaubert.
• U2 simuliert den isolierenden DC-DC-Wandler, der mir die Energie für den Raspberry Pi Pico liefert.
• R5, R6 und R7 dienen in diese Ansicht zur Demonstration der Verbraucher.

Die aktuelle Simulation zeigte keine Beanstandungen.

Die Essenz aus der Geschichte, in der ich 2 Modelle entworfen habe.

• Für mich war es eine gute Übung, um wieder mit LTspice vertraut zu werden.
• Bei LTspice muss man lernen in Knoten zu denken.
• Bei einer zeichnerischen Darstellung von 2 Knoten, die zu einem gemeinsamen Potential gehören, gewinnt immer nur der letzte Knoten.

VG
Batucada