單反饋運放電路如何開環(huán)頻域仿真？得到閉合速率與相位裕度

之前學習了Bode圖與穩(wěn)定性判據理論。接下來解釋如何用開環(huán)SPICE仿真，來得到放大電路的閉合速率與相位裕量。

為了獲得閉合速率與相位裕量，我們需要Aol，1/β以及Aolβ曲線。但是這些曲線無法從一個標準的閉合回路架構中得到。為了獲得這幾組曲線，電路的反饋回路需要斷開，然后用一個小信號在斷開處進行激勵。然后在運放的反相端得到Vfb，在輸出端得到Vo，通過這兩項我們可以推導得出我們所需要的曲線。

然而單純的斷開反饋回路，是無法得到正確的仿真結果的。沒有合適的直流偏置，輸出會直接飽和到任意一個電源軌，導致不正確的輸出，如圖所示運放輸出接近正相電源，得到錯誤的Aol與Aolβ曲線。

為了在SPICE中得到正確的開環(huán)曲線，電路必須要對直流建立反饋，但對交流是開路的。在左上角的圖中，通過L1開關對直流閉合，C1開關對直流斷開。直流的閉合使得輸出正確的偏置，通常是在供電的中心點。

左下角的電路是通過L1對交流信號開路，C1對交流信號短路，環(huán)路對交流信號是斷開的。因而交流AC仿真可以得到開環(huán)曲線，幸好通過SPICE的理想模型，這種方法可以同時滿足直流和交流的要求。

L1是1T的電感，C1是1T的電容，對于直流信號L1為短路，而C1為開路，提供合適的直流偏置；對于交流信號L1為開路，而C1為短路，從而提供了合適的交流通路。

因而此處我們推薦使用標準的開環(huán)SPICE電路設置，反饋環(huán)路在運放的輸出與反饋網絡之間斷開。交流信號從反饋網絡中注入，在運放的輸出端接測量得到Vo，在反饋點測量得到Vfb。由于斷開了回路，可以得到所需要的曲線Aol_loaded=Vo/Vfb，1/β=1/Vfb，Aolβ=Vo。

很多電路可以運用開環(huán)SPICE電路仿真。在實際電路中不知在何處斷開環(huán)路而感到困惑時，可以用這些例子作為參考。注意為了得到正確的穩(wěn)定性分析結論，運放輸出端所接的負載必須直接體現在電路中，而不應該放置在電感的另外一端，否則就體現出不同的負載效應。

　　審核編輯：湯梓紅