借助放大器的Spice模型分析运放的稳定性

硬件笔记本

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。
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/ ^* Y* c& Q5 k; v我们还是以下面的电路为例子：

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4 L! v4 P3 {# K1 K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
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3 `1 h+ I4 n( D) @/ Z6 j  t1、TI官网下载tlv9062的spice模型，将文件tlv9062放置到库目录下面
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5 k( V6 _3 S$ r6 k* i
2、按下面步骤添加理想模型opamp2，放置好器件
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3、按快捷键“T”，选择“SPICE directive”，输入“.include tlv9062.lib”,点击“OK”
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4、右键运放，将opamp2改成“tlv9062”，这个模型就可以使用了
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8 F+ M6 p+ C  O' n. q

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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
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以下图为例，这个放大10倍的电路如何仿真稳定性呢？

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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。
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8 E/ E2 C# j& n  e+ M& Y
那如何求呢？
( I; D1 t% |3 Q! ]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：
+ t8 L+ u- l9 U+ c1、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
( G* ^. g; B) f- B7 g% l. M; I- y如下图所示：

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" a) ]' H: P' [" `6 F" O
我们在仿真软件里面直接运行右边的电路是否可行呢？
/ d9 B% h2 @5 d" H- E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。
0 A) K9 o+ G4 u% Q: e$ H+ g3、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
; W( E1 h# s: L, g: U. ^! W4、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。
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9 x1 N5 V0 D+ s# ?7 c最终，仿真电路图变成了下面这个样子
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设置好起始频率1Hz，终止频率10Mhz，使用对数坐标
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* C6 F, T7 _9 {* K4 ?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
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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。
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1 U) D1 J3 d* O4 P( ]5 V- H4 o
( m. a# W4 N6 `8 Z' S  n7 x, ]% q我们再试一下输出端串联100电阻的情况，如下图：
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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。
2 u& h1 }  o9 @8 T( R* p( w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。
$ ?& x+ Q0 `6 K; u; w! B  a以上内容纯属个人观点，如有问题，欢迎留言交流。