Czasy, w których niemal jedynym narzędziem wspomagającym inżyniera w pracy był suwak logarytmiczny bezpowrotnie się skończyły. Na szczęście. Boom komputerów osobistych z końca lat 80. XX wieku był zapowiedzią nowej ery, w której konstruktor będzie wykorzystywał w swojej pracy specjalnie dla niego napisane programy. Tak się po części stało, ale wysokie ceny tego typu oprogramowania mocno ograniczyły jego dostępność.

Jak wiadomo, nie sztuką jest towar wyprodukować, sztuką jest go sprzedać. Producenci uciekają się więc do rożnych chwytów, pozwalających na wypromowanie swoich wyrobów i zdobycie jak najszerszych rzesz klientów. Jednym z najbardziej oczywistych mechanizmów jest regulacja cen, ale tu, z uwagi na konkurencję i prawa rynku, pole do działania jest dość ograniczone. Należało więc poszukać jeszcze innych metod, i tu z pomocą, jak to zresztą często się zdarza, przyszedł Internet. Okazało się, że całkiem niezłym pomysłem na promocję wyrobów jest zaoferowanie klientom poprzez to właśnie medium szeroko dostępnych, a co najważniejsze darmowych narzędzi wspomagających projektowanie. Jak można się domyślić, są one dedykowane dla własnych podzespołów, a mechanizm ten jest stosowany przez większość znanych firm.

Diff Amp Calculator

Firma Analog Devices jest jedną z wiodących w zakresie produkcji nowoczesnych elementów elektronicznych stosowanych zarówno w technice analogowej, jak i cyfrowej. Są to wzmacniacze operacyjne i instrumentalne, przetworniki analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe, przełączniki i multipleksery analogowe, przetworniki MEMS, układy audio/wideo, radiowe, optoelektroniczne i zarządzania mocą, a także mikrokontrolery, procesory DSP i inne. Narzędzia, o których mowa umożliwiają symulację i optymalizację projektu. Parametryczne wyszukiwarki elementów umożliwiają dobór najlepszych dla danego projektu elementów.

Jednym z takich narzędzi jest Diff Amp Calculator – prosty kalkulator przeznaczony do symulacji wzmacniaczy różnicowych firmy Analog Devices. Jego podstawową cechą jest łatwość instalacji i obsługi. Diff Amp Calculator należy do grupy Web–Based Design Tools. Program zawiera listę układów, dla których dysponując połączeniem internetowym można bardzo wygodnie ściągnąć dokumentację techniczną w formacie PDF. Wystarczy skorzystać z odnośnika wyświetlanego przy każdym typie wzmacniacza po rozwinięciu listy (rys. 1).

Rys. 1. Lista wzmacniaczy różnicowych symulowanych w programie Diff Amp Calculator

Po uruchomieniu programu na ekranie zostaje wyświetlony schemat wzmacniacza, dla którego w zależności od potrzeb należy dobrać właściwą topologię (rys. 2). Możliwa jest konfiguracja jednokońcówkowa lub z wejściem różnicowym, ze sprzężeniem ac lub dc, z wejściowym dzielnikiem napięciowym lub bez niego. Definiowane są także parametry źródeł sygnału, takie jak międzyszczytowe napięcie wejściowe oraz jego offset. Kolejnym czynnikiem istotnym dla pracy wzmacniacza jest rodzaj zasilania (jedno- lub dwunapięciowe) i jego parametry, napięcie odniesienia, a także konfiguracja i parametry obciążenia. Najważniejsze dla aplikacji tego typu jest oczywiście wzmocnienie. Jest ono wprowadzane w polu Actual Gain, ale należy pamiętać, że jest ono zależne od dwóch rezystorów zewnętrznych. Dlatego jeden z nich jest traktowany jako parametr do obliczeń wzmocnienia. Dobrana jest jego najbliższa wartość z szeregu E24 (5%), E48 (2%), E96 (1%), E192 (<1%), a następnie w podobny sposób jest obliczany drugi rezystor. Teraz wzmocnienie rzeczywiste jest skorygowane do takiego, jakie wynika z powyższych obliczeń. Istnieje też możliwość prowadzenia dokładnych obliczeń z wartościami teoretycznymi.

W trakcie obliczeń często okazuje się, że zostają przekroczone różne ograniczenia sformułowane przez producenta. Na przykład zostaje przekroczone napięcie zasilające lub rezystancja rezystora sprzężenia zwrotnego, ustawiono zbyt wysoki offset napięcia wejściowego powodujący obcinanie sygnału wyjściowego itp. Zdarza się, że chociaż przyjęte rezystancje zapewniają odpowiednie wzmocnienie układu i uzyskanie niezniekształconego napięcia na wyjściu, to istotnie ograniczają pasmo przenoszenia. We wszystkich podobnych przypadkach pojawia się komunikat ostrzegawczy wyświetlany na czerwonym tle (rys. 3), należy wówczas skorygować któryś z parametrów.

Rys. 2. Przełączniki ustalające konfigurację wzmacniacza

Rys. 3. komunikaty ostrzegawcze wyświetlane po przekroczeniu dozwolonych parametrów