通用运算放大器

10.3 TI 高精度实验室 - 运算放大器：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