復(fù)合放大電路頻域與時(shí)域穩(wěn)定性分析

1、 主要內(nèi)容：對(duì)雙運(yùn)放構(gòu)成的復(fù)合放大電路進(jìn)行頻域與時(shí)域工作特性分析

2、 PS——Test1：反饋超前補(bǔ)償復(fù)合放大器電路測(cè)試

頻域開(kāi)環(huán)測(cè)試電路

頻域閉環(huán)測(cè)試電路

時(shí)域測(cè)試電路

參數(shù)設(shè)置

第1步：頻域穩(wěn)定性仿真測(cè)試：

交流仿真設(shè)置

Cfv=16.1p、fp1=10meg時(shí)相位裕度pm=50

Cfv=50.8p、fp1=10meg時(shí)相位裕度pm=77

第2步：時(shí)域穩(wěn)定性仿真測(cè)試：增加外部極點(diǎn)fp1=1meg

瞬態(tài)仿真設(shè)置

補(bǔ)償電容參數(shù)設(shè)置

仿真波形：V(IN1)@1——輸入信號(hào)

V(OUT1)藍(lán)色——Cfv=50.8p時(shí)輸出波形

V(OUT1)綠色——Cfv=16.1p時(shí)輸出波形

(V(IN1)@1) *100——理想輸出波形

總結(jié)：相位裕度越大輸出越穩(wěn)定

第3步：頻域穩(wěn)定性仿真測(cè)試：增加外部極點(diǎn)fp1=35k

Cfv=50.8p、fp1=35k時(shí)相位裕度=0

如果fp1在1k—10k，振蕩更加嚴(yán)重——飽和

第4步：時(shí)域穩(wěn)定性仿真測(cè)試：增加外部極點(diǎn)fp1=35k

瞬態(tài)仿真設(shè)置

(V(IN1)) *100——理想輸出波形

V(OUT1)——Cfv=50.8p、fp1=35k時(shí)輸出波形

Cfv=50.8p、fp1=35k時(shí)輸出振蕩

(V(IN1)) *100——理想輸出波形

V(OUT1)——Cfv=50.8p、fp1=10k時(shí)輸出波形

Cfv=50.8p、fp1=10k時(shí)輸出嚴(yán)重振蕩

3、 PS——Test2：第2級(jí)運(yùn)放提供補(bǔ)償型復(fù)合放大器電路測(cè)試

參考資料：

頻域開(kāi)環(huán)測(cè)試電路

頻域閉環(huán)測(cè)試電路

時(shí)域測(cè)試電路

運(yùn)放模型參數(shù)設(shè)置

第1步：頻域開(kāi)環(huán)穩(wěn)定性仿真測(cè)試：

交流仿真設(shè)置

復(fù)合運(yùn)放截止頻率78kHz、相位裕度52度

單運(yùn)放截止頻率9kHz、相位裕度90度

電路穩(wěn)定工作!

20dB與40dB穿越線(xiàn)頻率一致

當(dāng)R9=2k、R10=8k時(shí)復(fù)合運(yùn)放的相位裕度為76.5度、帶寬47.8k;

提高相位裕度以犧牲帶寬為代價(jià)!

第2步：頻域閉環(huán)帶寬仿真測(cè)試

復(fù)合運(yùn)放-3dB帶寬為125kHz、單運(yùn)放-3dB帶寬為9.6kHz：復(fù)合運(yùn)放帶寬大大增加

第3步：時(shí)域仿真測(cè)試

瞬態(tài)仿真設(shè)置

仿真波形：-V(IN1) *100紅色——理想輸出波形

V(OUT1)綠色——復(fù)合運(yùn)放輸出波形

V(OUT2)藍(lán)色——單運(yùn)放輸出波形

總結(jié)：帶寬越寬上升速度越快、相位裕度越大輸出越穩(wěn)定

4、 PS——voltage follower：復(fù)合放大器設(shè)計(jì)實(shí)例——高相位精度電壓跟隨器

參考資料

時(shí)域與頻域測(cè)試電路

第1步：頻域測(cè)試

交流仿真設(shè)置

100kHz時(shí)復(fù)合運(yùn)放相位降低0.057度、單運(yùn)放降低5.7度

復(fù)合運(yùn)放具有更高的相位精度，但產(chǎn)生增益尖峰

第2步：時(shí)域仿真測(cè)試——輸入脈沖電壓時(shí)的輸出響應(yīng)

瞬態(tài)仿真設(shè)置

仿真波形：V(IN)紅色——輸入波形

V(OUT1)綠色——復(fù)合運(yùn)放輸出波形

V(OUT2)藍(lán)色——單運(yùn)放輸出波形

總結(jié)：復(fù)合運(yùn)放與輸入信號(hào)更加一致，但調(diào)整期間存在過(guò)沖;

復(fù)合運(yùn)放45度相位裕度、單運(yùn)放90度相位裕度!(按照PS：Test2自行測(cè)試)

5、 PS——ItoV transfer：復(fù)合放大器設(shè)計(jì)實(shí)例——10V/mA高靈敏度I—V轉(zhuǎn)換器

參考資料：

時(shí)域與頻域測(cè)試電路

第1步：頻域測(cè)試

交流仿真設(shè)置

復(fù)合運(yùn)放產(chǎn)生增益尖峰

第2步：時(shí)域仿真測(cè)試——輸入脈沖電流時(shí)的輸出響應(yīng)

瞬態(tài)仿真設(shè)置

仿真波形：I(I1) *10k紅色——理想輸出波形

V(OUT1)綠色——復(fù)合運(yùn)放輸出波形

V(OUT2)藍(lán)色——單運(yùn)放輸出波形

總結(jié)：復(fù)合運(yùn)放與理想輸出更加一致，但調(diào)整期間存在過(guò)沖;

第3步：直流仿真測(cè)試——輸入電流源線(xiàn)性變化時(shí)的輸出響應(yīng)

直流仿真設(shè)置

仿真波形：

I(I1) *10k紅色——理想輸出波形

V(OUT1)綠色——復(fù)合運(yùn)放輸出波形

V(OUT2)藍(lán)色——單運(yùn)放輸出波形

總結(jié)：三者完全重合，直流工作時(shí)復(fù)合運(yùn)放與單運(yùn)放性能基本一致

6、 PS——Diff Amp100：復(fù)合放大器設(shè)計(jì)實(shí)例——100倍直流增益差分放大電路

(復(fù)合運(yùn)放與單運(yùn)放差分放大對(duì)比)

參考資料：

時(shí)域與頻域測(cè)試電路

第1步：頻域測(cè)試

交流仿真設(shè)置

差模增益39.992dB，高頻出現(xiàn)增益尖峰

共模增益-60.095dB，高頻出現(xiàn)增益尖峰

第2步：時(shí)域仿真測(cè)試——輸入脈沖電壓時(shí)的輸出響應(yīng)

瞬態(tài)仿真設(shè)置

仿真波形：V(VD:+,VD:-) *100紅色——理想輸出波形

V(OUT)綠色——復(fù)合運(yùn)放輸出波形

總結(jié)：復(fù)合運(yùn)放與理想輸出信號(hào)基本一致，但調(diào)整期間存在過(guò)沖和延遲

第3步：直流仿真測(cè)試——輸入電壓線(xiàn)性變化時(shí)的輸出響應(yīng)

VD差模信號(hào)直流仿真設(shè)置，VC=0

仿真波形：V(OUT)綠色——復(fù)合運(yùn)放輸出電壓波形

總結(jié)： 100m——9.99V：存在0.1%計(jì)算誤差

VC共模信號(hào)直流仿真設(shè)置，VD=0

仿真波形：V(OUT)綠色——復(fù)合運(yùn)放輸出電壓波形

總結(jié)： 100m——99uV

7、 實(shí)際測(cè)試：(待整理)

負(fù)載特性、輸入源特性、參考源調(diào)節(jié)——測(cè)試波形與數(shù)據(jù)相結(jié)合，然后與仿真對(duì)比

8、 總結(jié)：

頻域與時(shí)域特性一致;頻域相位裕度足夠時(shí)電路穩(wěn)定工作，否則電路振蕩!

9、 附錄——關(guān)鍵仿真器件模型

模型lib