Teoría

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

El voltaje de modo común de entrada es una forma elegante de decir el voltaje promedio de las dos entradas: \ begin {se reúne} V_ {cm} = \ frac {V _ {-} + V _ {+}} {2} \ end {se reúnen}

Cuando el amplificador operacional funciona con retroalimentación negativa, puede suponer que \ $ V_ {cm} = V _ {-} = V _ {+} \ $.

La especificación está ahí para decirle que hay un rango de voltajes de entrada que puede esperar que el amplificador operacional funcione correctamente. Esto siempre está dentro del suministro dado al amplificador operacional: \ begin {se reúne} V_ {s -} + A \ le V_ {cm} \ le V_ {s +} - B \ end {se reúnen} donde \ $ A \ $ y \ $ B \ $ son números y propiedades no negativos del op-amp. Por supuesto, en lugar de darle estos dos números directamente, proporcionan una cantidad más útil, que es el rango de voltaje de modo común de entrada: \ begin {se reúne} V_ {cm-} \ le V_ {cm} \ le V_ {cm +} \ end {se reúnen} Es necesario que se cumpla esta condición si desea que el op-amp funcione correctamente.

Tenga en cuenta que los parámetros \ $ A \ $ y \ $ B \ $ son funciones potencialmente no lineales de la tensión de alimentación (y posiblemente otros valores como la corriente de salida). Debe consultar la hoja de datos para ver cómo cambia el rango de voltaje en modo común con el voltaje de suministro.

Por ejemplo, tome LF412 . En las figuras 4 y 5 muestra el voltaje de modo común en función de los voltajes de suministro positivos y negativos (referenciados contra el voltaje de suministro promedio). Sin embargo, simplemente no se especifica debajo de \ $ V_ {s +} - V_ {s-} \ le 10V \ $ porque probablemente el op-amp simplemente no funcionará correctamente con menos voltaje.

Ahora volvamos a dibujar el circuito y escojamos un nuevo punto de tierra para que obtengas un suministro simétrico:

^{simular este circuito}

En su gráfica, está seleccionando \ $ V_ {in} \ en [0V, 5V] \ $. Esto corresponde a \ $ V _ {+} \ en [-6V, -1V] \ $. Mirando la figura 5 de la hoja de datos del LF412, el voltaje mínimo en modo común permitido para un suministro negativo de -6V es de aproximadamente -2.9V, o en la referencia sin cambios que está usando de 3.1V.

TL; DR: El modelo LF412 de PartSim está roto

Dejando esto de lado, por la razón que sea, el modelo de Partsim para el LF412 está roto (lo más probable es que los pines estén fuera de servicio). Afortunadamente, puede obtener el archivo modelo aquí . Tenga en cuenta que necesita un poco de ajuste para que funcione con partsim.

Aquí está el modelo modificado:

*//////////////////////////////////////////////////////////
*LF412 LOW OFFSET, LOW DRIFT DUAL JFET INPUT OP-AMP MODEL
*//////////////////////////////////////////////////////////
*
* connections:  non-inverting input
*               |   inverting input
*               |   |   positive power supply
*               |   |   |   negative power supply
*               |   |   |   |   output
*               |   |   |   |   |
*               |   |   |   |   |
.SUBCKT LF412N  1   2  99  50  28
*
*Features:
*Fast settling time (.01%) =           2uS
*High bandwidth =                     3MHz
*High slew rate =                   10V/uS
*Low offset voltage =                  1mV
*Low supply current =                1.8mA
*NOTE: Model is for single device only and simulated
*      supply current is 1/2 of total device current.
*
IOS 2 1 25.0P
CI1 1 0 3P
CI2 2 0 3P
R1 1 3 1E12
R2 3 2 1E12
I1 99 4 1.0M
J1 5 2 4 JX
J2 6 7 4 JX
R3 5 50 650
R4 6 50 650
*Fp2=28 MHZ
C4 5 6 4.372P
I2 99 50 800UA
EOS 7 1 POLY(1) 16 49 1E-3 1
R8 99 49 80K
R9 49 50 80K
V2 99 8 2.13
D1 9 8 DX
D2 10 9 DX
V3 10 50 2.13
EH 99 98 99 49 1
G1 98 9 5 6 20E-3
R5 98 9 10MEG
VA3 9 11 0
*Fp1=18 HZ
C3 98 11 857.516P
*Fp=30 MHz
G3 98 15 9 49 1E-6
R12 98 15 1MEG
C5 98 15 5.305E-15
G4 98 16 3 49 1E-8
L2 98 17 144.7M
R13 17 16 1K
F6  99 50 VA7 1
F5  99 23 VA8 1
D5  21 23 DX
VA7 99 21 0
D6  23 99 DX
E1  99 26 99 15 1
VA8 26 27 0
R16 27 28 50
V5  28 25 0.646V
D4  25 15 DX
V4  24 28 0.646V
D3  15 24 DX
.MODEL DX D(IS=1E-15)
.MODEL JX PJF(BETA=1.183E-3 VTO=-.65 IS=50E-12)
.ENDS
*$

Estos son los resultados de la simulación con el modelo fijo (\ $ V_ {out} \ $ es azul, \ $ V _ {+} \ $ es negro):

Es interesante que la salida no se alinee con la teoría; eso es porque simplemente asumí que debido a que la figura 5 de la hoja de datos no muestra el voltaje de suministro negativo en comparación con el rango de voltaje de modo común, no funcionará por debajo de eso. En su lugar, es simplemente no especificado. Resulta que el modelo funciona por debajo de eso, aunque no sé qué comportamiento realmente obtendrás en la vida real.

El macromodelo estándar de Boyle opamp que se usa para la mayoría de los opamps antiguos no modelar el rango de entrada de modo común.

  

Sin embargo, el rendimiento de temperatura, rango de entrada de modo común , voltaje de compensación,   Corriente de compensación, protección de entrada, rechazo de la fuente de alimentación,   ruido, THD, impedancia de entrada, buena resistencia de salida de CA, y   el cambio en la corriente de suministro en comparación con el voltaje de suministro son algunos de   Los parámetros más importantes que no se modelan con   la topología macro de Boyle.

Actualmente, TI solo ofrece un modelo básico de Boyle para LM324 (y no da nada para LM324-N). Las cosas se ponen más interesantes para LF412. Para el estándar de bog, también solo obtiene un modelo de Boyle indetificado como "LF412C" dentro del archivo. Pero para LF412- N usted obtiene un modelo (identificado como "LF412 / NS "dentro del archivo) que tiene efectos de modo común. Descargador ten cuidado.

Por supuesto que no tengo idea de lo que utiliza partsim. El dicho "Muéstrame el código" se traduce en "Muéstreme el modelo" cuando se trata de simulaciones SPAM opamp más allá de lo más básico.

Ahora a asuntos más prácticos. Primero dices:

  

Está intentando amplificar el voltaje de Vin en 1,4, de modo que cuando Vin está en el rango de 0,5 V CC, entonces el Vout es 1,4 veces mayor en el rango de 0,12 V CC (soy consciente de que nunca alcanzaré exactamente los 12 V) .

No es así como funcionará, debido a que la configuración no se invierte, el factor será 2.4 (1 + Rf / Rg).

Pero dejando eso a un lado, incluso con el modelo LM324 de TI, al menos lo consigues para limitar la salida por debajo del riel de 12V ... que es más de lo que gestiona partsim:

AquíestáelLF412C,estonopuedeoscilarhasta0:

Yasíescomofunciona;querrásconsultarelesquemadeBoylemientrasleeslosiguiente.Hemarcadoconuncírculolaspartesquesimulanloslímitesrelacionadosconlosrielesparalasalida.

ParaLM324,lasfuentesdevoltajeenserieconlosdiodos(quesimulanloslímitesdelriel,esteeselmásaladerechayestánconfiguradosen

DC553DXDE545DXVC353DC2.100VE544DC.6

Entonces,enelladobajo,vaa0despuésdequeserestalacaídadeldiodo,peroelladoaltovaaaproximadamente10.5V(caídade2.1diodos).

ParaelLF412Cahoratenemos

VC353DC2.200VE544DC2.200

Entonces,amboslados(altoybajo)estánlimitadosaaproximadamente1.6Vdesdeelriel.AsíescomosimulanqueLM324escapazdeunasolaoperacióndesuministro,peroLF412noloes.

TengoqueverahoraloqueelmodeloLF412NSmáselegantecompraaquí,siesquecompraalgo.Bueno,nohaydiferenciareal

*********OUTPUTVOLTAGELIMITING********V29982.13D198DXD2109DXV310502.13

Todavíatengoqueasimilarquépartesdelcódigo/plataformasobreelmodocomúnenesteúltimomodelorealmente,peronopareceagregarningunalimitaciónobviadelrangodeentradaademásdeloqueyaimponenlaslimitacionesdegirodesalida(comoresultado).

CreoquedescubríquéeslaadiciónenelmodeloNS.LahojadedatosdeLF412(incl.Nvariante)tieneunCMRRtípicode100dB.Esosignificaqueparaunvoltajedemodocomúnde5Vuncambioenlasalidade50uV.Conelmodelo412NSobtenemosexactamenteese"efecto de modo común". Con el modelo 412C es algo / valor aparentemente aleatorio.

Sin embargo, tampoco hay una simulación de la entrada de modo común range en este último.