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用SPICE工具來檢查電路潛在穩(wěn)定性的簡單方法

發(fā)布時間:2019-09-25 責任編輯:lina

【導讀】SPICE是一種檢查電路潛在穩(wěn)定性問題的有用工具 。本文將介紹一種使用SPICE工具來檢查電路潛在穩(wěn)定性的簡單方法。
 
SPICE是一種檢查電路潛在穩(wěn)定性問題的有用工具 。本文將介紹一種使用SPICE工具來檢查電路潛在穩(wěn)定性的簡單方法。
 
圖1是使用OPA211搭建 的一個同相放大器,在許多應用中,只是對圖1做了較小的變動。R3和C1構成了輸入級濾波器。R4是電路的輸出電阻,當運放輸出級連接到其它外部電路時,R4起到保護作用。CL用來等效5英尺電纜。
 
用SPICE工具來檢查電路潛在穩(wěn)定性的簡單方法
 
該電路的小信號階躍響應或者方波的響應曲線是檢查潛在穩(wěn)定性問題的最快捷和最簡單的方法。圖2是仿真電路。值得注意的是電路輸入端連接到地,輸入測試信號源直接連接到運放的同相輸入端。輸入級的濾波器將延緩輸入信號的邊沿。如果你想知道一個鐘是如何產生鈴聲的,你應該使用一個鐵錘敲擊它,而不是一個橡皮棒。
 
用SPICE工具來檢查電路潛在穩(wěn)定性的簡單方法
 
響應曲線是在運放的輸出端探測,而不是電路的Vout節(jié)點。R4和CL構成了濾波器以至于Vout節(jié)點不能真正地顯示出運放的過沖。為了檢查穩(wěn)定性,我們需要知道運放是如何工作的。
 
注意到輸入信號的幅度是1mV(在運放輸出端的幅度是4mV)。我們希望得到小信號的響應曲線。若輸入信號是大信號,則會涉及到壓擺率的問題,將減小過沖,不能真正地反應潛在的不穩(wěn)定性。
 
用SPICE工具來檢查電路潛在穩(wěn)定性的簡單方法
 
從仿真結果可以看出,在運放的輸出端有接近27%的過沖,較大的過沖會導致運放在任何條件下都是不穩(wěn)定的。假設這是一個二階穩(wěn)定系統(tǒng),它意味著接近38度的相移裕量。另外,注意到頻率響應曲線中存在相當大的尖峰,這是另一個潛在的不穩(wěn)定的跡象。幅度峰值在14MHz時出現(xiàn),其正好是時域上振鈴周期的倒數(shù)。普遍認為,當信號的過沖小于或等于20%時,相移裕量大于或等于45度,運放就可以視為穩(wěn)定的。
 
用SPICE工具來檢查電路潛在穩(wěn)定性的簡單方法
 
有更多深層次的分析可以通過SPICE仿真得到,例如:通過開環(huán)波特圖找到相位裕量和增益。但是對于大多數(shù)簡單的電路,上文提到的是指示潛在不穩(wěn)定問題的非常好的方法。當然,任何SPICE仿真都取決于運放macro模型的準確性?,F(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,電路板布線帶來的寄生參數(shù),低質量的電源退耦,都能夠影響電路的穩(wěn)定性。這就是為什么你應該進行電路的仿真并且做實際的測試,比較兩者之間的差異并進行優(yōu)化。SPICE是一個很有價值且很有用的工具,但是不能完全依靠SPICE來檢測電路的潛在穩(wěn)定性,因為SPICE不能考慮到運放實際應用時的一些參數(shù)。
 
 
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