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博文連載：看一個(gè)TI老工程師如何馴服精密放大器 SPICE是一種檢查電路潛在穩定性問(wèn)題的有用工具 。本文將介紹一種使用SPICE工具來(lái)檢查電路潛在穩定性的簡(jiǎn)單方法。 圖1是使用OPA211 搭建 的一個(gè)同相放大器，在許多應用中，只是對圖1做了較小的變動(dòng)。R3和C1構成了輸入級濾波器。R4是電路的輸出電阻，當運放輸出級連接到其它外部電路時(shí)，R4起到保護作用。CL用來(lái)等效5英尺電纜。 
該電路的小信號階躍響應或者方波的響應曲線(xiàn)是檢查潛在穩定性問(wèn)題的最快捷和最簡(jiǎn)單的方法。圖2是仿真電路。值得注意的是電路輸入端連接到地，輸入測試信號源直接連接到運放的同相輸入端。輸入級的濾波器將延緩輸入信號的邊沿。如果你想知道一個(gè)鐘是如何產(chǎn)生鈴聲的，你應該使用一個(gè)鐵錘敲擊它，而不是一個(gè)橡皮棒。
響應曲線(xiàn)是在運放的輸出端探測，而不是電路的Vout節點(diǎn)。R4和CL構成了濾波器以至于Vout節點(diǎn)不能真正地顯示出運放的過(guò)沖。為了檢查穩定性，我們需要知道運放是如何工作的。 注意到輸入信號的幅度是1mV（在運放輸出端的幅度是4mV）。我們希望得到小信號的響應曲線(xiàn)。若輸入信號是大信號，則會(huì )涉及到壓擺率的問(wèn)題，將減小過(guò)沖，不能真正地反應潛在的不穩定性。
從仿真結果可以看出，在運放的輸出端有接近27%的過(guò)沖，較大的過(guò)沖會(huì )導致運放在任何條件下都是不穩定的。假設這是一個(gè)二階穩定系統，它意味著(zhù)接近38度的相移裕量。另外，注意到頻率響應曲線(xiàn)中存在相當大的尖峰，這是另一個(gè)潛在的不穩定的跡象。幅度峰值在14MHz時(shí)出現，其正好是時(shí)域上振鈴周期的倒數。普遍認為，當信號的過(guò)沖小于或等于20%時(shí)，相移裕量大于或等于45度，運放就可以視為穩定的。
有更多深層次的分析可以通過(guò)SPICE仿真得到，例如：通過(guò)開(kāi)環(huán)波特圖找到相位裕量和增益。但是對于大多數簡(jiǎn)單的電路，上文提到的是指示潛在不穩定問(wèn)題的非常好的方法。當然，任何SPICE仿真都取決于運放macro模型的準確性�，F有的最優(yōu)秀的SPICE模型都不可能是完美的。此外，電路的差異性，非理想的元部件，電路板布線(xiàn)帶來(lái)的寄生參數，低質(zhì)量的電源退耦，都能夠影響電路的穩定性。這就是為什么你應該進(jìn)行電路的仿真并且做實(shí)際的測試，比較兩者之間的差異并進(jìn)行優(yōu)化。SPICE是一個(gè)很有價(jià)值且很有用的工具，但是不能完全依靠SPICE來(lái)檢測電路的潛在穩定性，因為SPICE不能考慮到運放實(shí)際應用時(shí)的一些參數。 |
