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- 稳定性分析 3
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大家好
欢迎来到 TI Precision Labs
德州仪器高精度实验室
这里是运放稳定性分析的第三部分
我们在之前的视频中
讨论了不稳定性
在实际系统中导致的问题
以及如何在实验室中
识别和通过波特图与稳定性判据理论
本次视频将会解释
如何用开环 SPICE 仿真
来得到放大电路的闭合速率与相位裕量
在开始运放稳定性分析的课程学习之前
我们建议您
先完成运放带宽 1 到 3 系列的课程
是为了获得闭合速率与相位裕量
我们需要 Aol 1/β 以及 Aolβ 曲线
但是这些曲线
无法从一个标准的闭合回路架构中得到
为了获得这几组曲线
电路的反馈回路需要断开
然后用一个小信号在断开处进行激励
然后在运放的反相端得到 Vfb
在输出端得到 Vo
通过这两项我们可以推导得出
我们所需要的曲线
然而单纯的断开反馈回路
是无法得到正确的仿真结果的
没有合适的直流偏置
输出会直接饱和到任意一个电源轨
导致不正确的输出
如图所示
运放输出接近正相电源
得到错误的 Aol 与 Aolβ 曲线
为了在 SPICE 中得到正确的开环曲线
电路必须要对直流建立反馈
但对交流是开路的
在左上角的图中
通过 L1 开关 对直流闭合
C1 开关 对直流断开
直流的闭合使得输出正确的偏置
直流的闭合使得输出正确的偏置
通常是在供电的中心点
左下角的电路是通过 L1 对交流信号开路
C1 对交流信号短路
环路对交流信号是断开的
因而交流 AC 仿真可以得到开环曲线
幸好通过 SPICE 的理想模型这种方法
可以同时满足直流和交流的要求
L1 是 1T 的电感
C1 是 1T 的电容
对于直流信号
L1 为短路而 C1 为开路
提供合适的直流偏置
对于交流信号
L1 为开路而 C1 为短路
从而提供了合适的交流通路
因而此处我们推荐使用
标准的开环 SPICE 电路设置
反馈环路在运放的输出
与反馈网络之间断开
交流信号从反馈网络中注入
在运放的输出端接测量得到 Vo
在反馈点测量得到 Vfb
由于断开了回路
可以得到所需要的曲线
Aol_loaded=Vo/Vfb
1/β=1/Vfb
Aolβ=Vo
很多电路可以运用开环 SPICE 电路仿真
在实际电路中
不知在何处断开环路而感到困惑时
可以用这些例子作为参考
注意为了得到正确的稳定性分析结论
运放输出端所接的负载
必须直接体现在电路中
而不应该放置在电感的另外一端
否则就体现出不同的负载效应
在分析交流响应之前
应该快速地检查一下
直流的静态工作点
点击分析 Analysis
点击直流分析 DC Analysis
计算节点电压
Calculate nodal voltage
Vfb 会显示出输入失调电压 Vos
输出电压 Vo
会显示为 Vos 和闭环增益之积
检查完静态工作点之后
需要在分析的带宽范围内
得到交流传输特性
点击分析 Analysis
转到交流分析 AC Analysis
转到交流传输特性
AC Transfer Characteristic
设置起始与终止频率
然后点击 OK
分析完成后
Vo 与 Vfb 节点会显示出来
要得到所需要的曲线
在结果窗口中点击
Post-Process 按钮
在 line edit 一栏中
编辑公式命名
然后生成曲线
您也可以添加新的曲线 Aolβ
但是由于结果与已经存在的 Vo 相等
因而不是很有必要
值得注意的是
在新函数命名
New function name 框中
开始是不能为数字或者特殊字符的
因而不允许填写诸如 1/β 1β这样的命名
我们推荐使用Beta1 取而代之
这就是未经处理的所有曲线图
下一步会进一步的加以整理
以后方便分析
我们点击 View 转到
Show/Hide curves
选中为 Vo Aol 和 Beta1
然后双击横轴与纵轴
在设置坐标轴窗口
将 X 轴改为对数显示
Ticks 设置为 8
低频为 1Hz
高频十兆赫兹
将 Y 轴设置为 dB
Ticks 为 9
下限是 -40dB 上限 120dB
最后一个步骤是测量相位裕度
首先我们选取 cursor
点击在 Aolβ的振幅曲线上
在游标的 Y 轴写入零
代表我们把游标放置在 fc 截止频率上
接下来可以选取第二个 cursor
测量相位的 Aolβ
或是选取 Legend
即可得到截止频率下
各个曲线显示的振幅和相位
在这个例子里
相位裕度是 Aolβ
在截止频率的相位为 87.7 度
回顾一下
本次培训课程阐述了断开环路
和进行开环交流分析的方法
下一节的视频
会回顾一个运放稳定性判据的间接方法
包括瞬态与交流传递函数的测量与仿真
谢谢您的观看
请准备好下面的一个小测试
来看看您是否已经掌握了本次学习的内容
课程介绍
共计7课时,1小时23分46秒
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