如果我們有放大器的Spice模型,可以借助仿真軟件直接仿真電路的穩定性——可以直接得到波特圖曲線,這一期就專門來看看具體怎么玩。
我們還是以下面的電路為例子:
這里面的放大器TLV9062,使用的是TI官網的Spice模型,上期沒有告訴大家如何使用LTspice導入第三方文件,這里先詳細介紹下LTspice怎么用吧(我主要用這個軟件做仿真,如果已經知道怎么導入第三方模型的兄弟,可以先跳過下面這一小節)。
LTspice導入TI的TLV9062的模型詳細步驟
1、TI官網下載tlv9062的spice模型,將文件tlv9062放置到庫目錄下面
2、按下面步驟添加理想模型opamp2,放置好器件
3、按快捷鍵“T”,選擇“SPICE directive”,輸入“.include tlv9062.lib”,點擊“OK”
4、右鍵運放,將opamp2改成“tlv9062”,這個模型就可以使用了
學會了怎么添加第三方模型,我們下面就正式進入正題——如何仿真穩定性
仿真的原理
以下圖為例,這個放大10倍的電路如何仿真穩定性呢?
從前幾期文章我們知道,穩定性分析的基本原理就是看環路增益,最直觀的莫過于畫出環路增益的波特圖。仿真原理就是依據這個:我們讓信號在環路里面跑一圈,輸出與輸入的比值就是環路增益。
那如何求呢?
容易想到,我們斷開環路的一處節點,斷開后就會得到兩個端點,我們從一個端點注入信號Vin,那么信號跑一圈之后,在另外一個端點就會得到一個信號Vout,按照前面所說的,環路增益=Vout/Vin,我們使用軟件畫出Vout/Vin的曲線,這個曲線也就是環路增益曲線,通過曲線,我們就可以判斷電路是否穩定了。
上面這一段話換成實操就是:
1、去掉電路原本的激勵輸入,即V1兩端短接
2、剪開環路:剪開輸出端到反饋電阻(一般都是剪開這里),得到兩個端點,反饋那邊命名為Vin,另外一個端點命名為Vout
如下圖所示:
我們在仿真軟件里面直接運行右邊的電路是否可行呢?
答案是不行的,因為斷開了反饋環路之后,這個運放的靜態工作點受到了影響,即直流偏置不對,因此呢,我們還要把電路改造一下。
3、給輸入激勵接入很大的電容,比如1TF。此操作是為了防止Vin的直流偏置電壓影響到了環路
4、輸出Vout與Vin之間接入很大電感,比如1TH。此操作是為了保證直流是閉環的,即運放有OK的直流偏置,同時又讓交流斷開。我們分析穩定性本就分析的是交流信號,對于交流來說,此處是斷開的,所以不影響我們的目的。
最終,仿真電路圖變成了下面這個樣子
設置好起始頻率1Hz,終止頻率10Mhz,使用對數坐標
運行一下,然后鼠標左鍵點擊Vout網絡,即可得到下面的波特圖
從圖上我們可以得出,該電路的相位裕度只有9.9°,與我們上期的定量分析結果9°基本一致,互相印證了方法的可行性。
我們再試一下輸出端串聯100電阻的情況,如下圖:
可以看到,串聯100歐姆電阻之后,相位裕度為86.9°,與上一期的定量分析結果88.2°也是非常接近的,進一步印證了方法的可行性。
相對來說,這種方法比上期要簡單多了,我們可以很方便地修改電阻,改造電路,然后運行下就立馬能看出結果。
小結
本期寫到這里就結束了,主要詳細介紹了下如何使用LTspice仿真運放電路穩定性。
在我們能拿到所用運放的Spice仿真文件的情況下,我推薦用這種方法,因為它相對來說更快的知道結果,步驟也更加的簡單。當然,如果拿不到運放的Spice仿真文件,那還是得用上期的方法。
以上內容純屬個人觀點,如有問題,歡迎留言交流。
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