借助放大器的Spice模型分析运放的稳定性

硬件花园 2023-10-18 4180

描述

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。

我们还是以下面的电路为例子：

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TI的TLV9062的模型详细步骤

1、TI官网下载tlv9062的spice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Vout与Vin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。

以上内容纯属个人观点，如有问题，欢迎留言交流。

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审核编辑黄宇

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