《電子技術(shù)應(yīng)用》
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運(yùn)放穩(wěn)定性的SPICE仿真
摘要: 本文將介紹一種使用SPICE工具來(lái)檢查電路潛在穩(wěn)定性的簡(jiǎn)單方法。
關(guān)鍵詞: 放大器 信號(hào) 穩(wěn)定性
Abstract:
Key words :

SPICE是一種檢查電路潛在穩(wěn)定性問(wèn)題的有用工具 。本文將介紹一種使用SPICE工具來(lái)檢查電路潛在穩(wěn)定性的簡(jiǎn)單方法。

圖1是使用OPA211搭建 的一個(gè)同相放大器,在許多應(yīng)用中,只是對(duì)圖1做了較小的變動(dòng)。R3和C1構(gòu)成了輸入級(jí)濾波器。R4是電路的輸出電阻,當(dāng)運(yùn)放輸出級(jí)連接到其它外部電路時(shí),R4起到保護(hù)作用。CL用來(lái)等效5英尺電纜。

該電路的小信號(hào)階躍響應(yīng)或者方波的響應(yīng)曲線是檢查潛在穩(wěn)定性問(wèn)題的最快捷和最簡(jiǎn)單的方法。圖2是仿真電路。值得注意的是電路輸入端連接到地,輸入測(cè)試信號(hào)源直接連接到運(yùn)放的同相輸入端。輸入級(jí)的濾波器將延緩輸入信號(hào)的邊沿。如果你想知道一個(gè)鐘是如何產(chǎn)生鈴聲的,你應(yīng)該使用一個(gè)鐵錘敲擊它,而不是一個(gè)橡皮棒。

響應(yīng)曲線是在運(yùn)放的輸出端探測(cè),而不是電路的Vout節(jié)點(diǎn)。R4和CL構(gòu)成了濾波器以至于Vout節(jié)點(diǎn)不能真正地顯示出運(yùn)放的過(guò)沖。為了檢查穩(wěn)定性,我們需要知道運(yùn)放是如何工作的。

注意到輸入信號(hào)的幅度是1mV(在運(yùn)放輸出端的幅度是4mV)。我們希望得到小信號(hào)的響應(yīng)曲線。若輸入信號(hào)是大信號(hào),則會(huì)涉及到壓擺率的問(wèn)題,將減小過(guò)沖,不能真正地反應(yīng)潛在的不穩(wěn)定性。

從仿真結(jié)果可以看出,在運(yùn)放的輸出端有接近27%的過(guò)沖,較大的過(guò)沖會(huì)導(dǎo)致運(yùn)放在任何條件下都是不穩(wěn)定的。假設(shè)這是一個(gè)二階穩(wěn)定系統(tǒng),它意味著接近38度的相移裕量。另外,注意到頻率響應(yīng)曲線中存在相當(dāng)大的尖峰,這是另一個(gè)潛在的不穩(wěn)定的跡象。幅度峰值在14MHz時(shí)出現(xiàn),其正好是時(shí)域上振鈴周期的倒數(shù)。普遍認(rèn)為,當(dāng)信號(hào)的過(guò)沖小于或等于20%時(shí),相移裕量大于或等于45度,運(yùn)放就可以視為穩(wěn)定的。

有更多深層次的分析可以通過(guò)SPICE仿真得到,例如:通過(guò)開(kāi)環(huán)波特圖找到相位裕量和增益。但是對(duì)于大多數(shù)簡(jiǎn)單的電路,上文提到的是指示潛在不穩(wěn)定問(wèn)題的非常好的方法。當(dāng)然,任何SPICE仿真都取決于運(yùn)放macro模型的準(zhǔn)確性。現(xiàn)有的最優(yōu)秀的SPICE模型都不可能是完美的。此外,電路的差異性,非理想的元部件,電路板布線帶來(lái)的寄生參數(shù),低質(zhì)量的電源退耦,都能夠影響電路的穩(wěn)定性。這就是為什么你應(yīng)該進(jìn)行電路的仿真并且做實(shí)際的測(cè)試,比較兩者之間的差異并進(jìn)行優(yōu)化。SPICE是一個(gè)很有價(jià)值且很有用的工具,但是不能完全依靠SPICE來(lái)檢測(cè)電路的潛在穩(wěn)定性,因?yàn)镾PICE不能考慮到運(yùn)放實(shí)際應(yīng)用時(shí)的一些參數(shù)。

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