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运放12-运放的稳定性仿真

1年前浏览2534

上期文章《运放11-运放稳定性评估举例》文末提到了,如果我们有放大器的Spice模型,可以借助仿真软件直接仿真电路的稳定性——可以直接得到波特图曲线,这一期就专门来看看具体怎么玩。



我们还是以上期的电路为例子,也就是下面这个电路:

这里面的放大器TLV9062,使用的是TI官网的Spice模型,上期没有告诉大家如何使用LTspice导入第三方文件,这里先详细介绍下LTspice怎么用吧我主要用这个软件做仿真,如果已经知道怎么导入第三方模型的兄弟,可以先跳过下面这一小节

 

LTspice导入TITLV9062的模型详细步骤  

 

1、TI官网下载tlv9062spice模型,将文件tlv9062放置到库目录下面

2、按下面步骤添加理想模型opamp2,放置好器件

3、按快捷键“T”,选择“SPICE directive”,输入“.include tlv9062.lib,点击“OK

4、右键运放,将opamp2改成“tlv9062”,这个模型就可以使用了

学会了怎么添加第三方模型,我们下面就正式进入正题——如何仿真稳定性

 

仿真的原理

 

以下图为例,这个放大10倍的电路如何仿真稳定性呢?

 

从前几期文章我们知道,稳定性分析的基本原理就是看环路增益,最直观的莫过于画出环路增益的波特图。仿真原理就是依据这个:我们让信号在环路里面跑一圈,输出与输入的比值就是环路增益

那如何求呢?  

 

容易想到,我们断开环路的一处节点,断开后就会得到两个端点,我们从一个端点注入信号Vin,那么信号跑一圈之后,在另外一个端点就会得到一个信号Vout,按照前面所说的,环路增益=Vout/Vin,我们使用软件画出Vout/Vin的曲线,这个曲线也就是环路增益曲线,通过曲线,我们就可以判断电路是否稳定了。  

 

上面这一段话换成实操就是:

 

1去掉电路原本的激励输入,即V1两端短接  

2剪开环路:剪开输出端到反馈电阻(一般都是剪开这里),得到两个端点,反馈那边命名为Vin,另外一个端点命名为Vout  

 

如下图所示:

我们在仿真软件里面直接运行右边的电路是否可行呢?

 

答案是不行的,因为断开了反馈环路之后,这个运放的静态工作点受到了影响,即直流偏置不对,因此呢,我们还要把电路改造一下。

 

3给输入激励接入很大的电容,比如1TF。此操作是为了防止Vin的直流偏置电压影响到了环路

4输出VoutVin之间接入很大电感,比如1TH。此操作是为了保证直流是闭环的,即运放有OK的直流偏置,同时又让交流断开。我们分析稳定性本就分析的是交流信号,对于交流来说,此处是断开的,所以不影响我们的目的。  

 

最终,仿真电路图变成了下面这个样子

设置好起始频率1Hz,终止频率10Mhz,使用对数坐标

运行一下,然后鼠标左键点击Vout网络,即可得到下面的波特图

从图上我们可以得出,该电路的相位裕度只有9.9°,与我们上期的定量分析结果9°基本一致,互相印证了方法的可行性。

我们再试一下输出端串联100电阻的情况,如下图:

可以看到,串联100欧姆电阻之后,相位裕度为86.9°,与上一期的定量分析结果88.2°也是非常接近的,进一步印证了方法的可行性。  

 

相对来说,这种方法比上期要简单多了,我们可以很方便地修改电阻,改造电路,然后运行下就立马能看出结果。  

 

小结

 

本期写到这里就结束了,主要详细介绍了下如何使用LTspice仿真运放电路稳定性。

 

在我们能拿到所用运放的Spice仿真文件的情况下,我推荐用这种方法,因为它相对来说更快的知道结果,步骤也更加的简单。当然,如果拿不到运放的Spice仿真文件,那还是得用上期的方法


来源:硬件工程师炼成之路
电路
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首次发布时间:2023-10-17
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