利用Pspice模型分析放大器环路的稳定性

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利用PSPICE软件对单级共射放大电路进行仿真分析

利用PSPICE软件对单级共射放大电路进行仿真分析

华中科技大学《电子线路设计、测试与实验》实验报告实验名称:利用PSPICE软件对单级共射放大电路进行仿真分析院(系):材料科学与工程专业班级:电子封装技术1102班姓名:梁亨茂学号:U201111117时间:2013.10.12地点:南一楼中214实验成绩:指导教师:许毅平老师2013 年10 月12 日一.实验目的1、熟悉仿真软件PSPICE的主要功能;2、学习利用仿真手段,分析和设计电子电路;3、初步掌握用仿真软件PSPICE分析、设计电路的基本方法和技巧。

二.实验要求1、利用PSPICE软件完成图4.5.1的单级共射放大电路;2、分析放大电路的静态工作点;3、仿真放大电路电压增益的幅频响应和相频响应曲线;4、仿真电路的输入、输出电阻频率响应曲线。

三、实验过程1 . 静态工作点分析静态工作点分析就是将电路中的电容开路,电感短路,对各个信号源取其直流电平值,计算电路的直流偏置量。

(1)用Capture软件画好电路图(2)建立模拟类型分组建立模拟类型分组的目的是为了便于管理。

OrCAD/PSpice 9.2将基本直流分析、直流扫描分析、交流分析和瞬态分析规定为4种基本分析类型。

每一个模拟类型分组中只能包含其中的一种,但可以同时包括温度分析、参数扫描和蒙托卡诺分析等。

在电路图编辑窗口(Page Editor)下,点击PSpice/New Simulation Profile命令,出现New Simulation对话框,在Name栏键入模拟类型组的名称,本例取名为DC (3)设置分析类型和参数。

(4)运行Pspice,启动Pspice/Run命令,软件开始分析计算。

(5)查看分析结果。

分析计算结束后,系统自动调用Probe模块,屏幕上出现Probe窗口。

选择View/Output File命令,即可看到本例的文本输出文件DC.out。

2、瞬态分析瞬态分析又称TRAN分析,就是求电路的时域响应。

它可在给定输入激励信号情况下,计算电路输出端的瞬态响应,也可在没有激励信号但有贮能元件(如C和L)的情况下,求振荡波形。

运放的稳定性仿真分析

运放的稳定性仿真分析

运放的稳定性仿真分析上期文章《运放11-运放稳定性评估举例》文末提到了,如果我们有(放大器)的Sp(ic)e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。

我们还是以上期的电路为例子,也就是下面这个电路:这里面的放大器TLV9062,使用的是(TI)官网的S(pi)ce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。

运放稳定性之二:运放网络,SPICE分析

运放稳定性之二:运放网络,SPICE分析

运放稳定性之二:运放网络,SPICE分析作者:Tim Green,TI公司2.0 引言本系列第2部分将着重分析运放电路(尤其是两种常见运放网络)的稳定性。

重要的是必须在进行SPICE仿真前先进行1阶分析(主要用您的经验来进行人工分析)。

请记住,如果您不掌握仿真前看到的东西,则电路仿真程序将导致GIGO ("垃圾进垃圾出")。

我们将用SPICE环路增益测试法来进行,以便绘制Aol曲线、1/ 曲线及环路增益曲线的波特图。

另外,我们还将采用易于构建的运放交流SPICE模型,以便对任何运放电路的交流稳定性进行快速分析。

在本系列中,我们将采用称为TINA的通用SPICE仿真软件来分析运放电路的稳定性并给出相应的结果。

通常将此软件称为Tina SPICE,您可以在 上找到它的各种版本。

尽管所给出的一些SPICE技巧是针对TINA的,但您也会发现,您采用的其他SPICE软件也可从这些技巧中获益。

2.1 SPICE环路增益测试图2.0为SPICE环路增益测试的详细示意图。

LT提供一个直流闭环电路,因为每一个交流SPICE分析都要求有一个直流SPICE分析。

在进行交流SPICE分析时,随着频率增加,CT将逐渐变成短路而LT将逐渐变成开路,因此,可用一个SPICE 程序来运行所有有关运放交流稳定性的信息。

利用图2.0给出的公式,很容易从SPICE后处理上得到运放Aol、环路增益以及1/β幅度与相位曲线。

尽管有其他一些方法可用来"打破环路"并用SPICE来进行交流分析,但图2.0所示方法证明是一种误差最小以及在SPICE中造成数学差别最小的方法。

2.2 运放网络与1/β图2.1给出了两种常见的运放网络--ZI 与ZF。

我们将首先单独对这两种网络进行1阶分析,如果与我们的预测结果一致,则再用Tina SPICE来对运放电路进行仿真与验证。

1阶分析的关键是采用我们在本系列第1部分中介绍的直观器件模型与少许直觉。

基于PSpice的电路性能分析方法的研究与应用

基于PSpice的电路性能分析方法的研究与应用

基于PSpice的电路性能分析方法的研究与应用随着电子技术的发展,电路设计已经成为了许多工程领域中重要的一部分。

同时,电路性能的分析也是电路设计中十分重要的一环,可用于评估电路的稳定性和可靠性。

基于PSpice的电路性能分析方法是一种常用的电路分析方法,它能够对电路进行仿真分析,从而快速准确地获得电路的各项性能指标。

PSpice是一种基于SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)的仿真软件,它能够实现对电路的仿真分析,包括电路稳定性分析、电气性能分析、温度分析等。

基于PSpice的电路性能分析方法的主要步骤包括电路建模、仿真设置、仿真运行和结果分析等。

首先,电路建模是基于PSpice的电路性能分析方法的基础。

在建模的过程中,需要根据电路实际情况,选择相应的元器件进行连接和参数设置,建立电路原理图。

同时,还需要为每个元件定义相应的型号和参数,以便在仿真分析过程中进行计算。

其次,仿真设置是进行电路性能分析的关键。

在仿真设置中,需要选定适当的仿真类型、仿真时间、仿真步长和仿真条件等,以便正确地进行仿真和分析。

而对于不同类型的电路,仿真设置也会有所不同,需要根据电路特点进行针对性设置。

然后,仿真运行是进行电路性能分析的核心。

在仿真运行过程中,可以通过PSpice自带的图形界面实时观察电路各项参数的变化情况,以及输出各种仿真结果,如电压、电流、功率等等。

通过仿真运行可以快速准确地获得电路的各项性能指标,如电路响应、稳定性等等。

最后,结果分析是基于PSpice的电路性能分析方法的结束。

在结果分析中,需要对仿真得到的结果进行综合分析,以便评估电路的稳定性和可靠性。

此时可以结合实际情况,对仿真结果进行优化或调整,以改善电路性能。

基于PSpice的电路性能分析方法的应用范围很广,可以用于各种类型的电路的分析。

例如,可以对模拟电路进行稳定性分析、高频电路进行参数分析、数字电路进行时序分析等等。

利用Pspice模型分析放大器环路的稳定性

利用Pspice模型分析放大器环路的稳定性

利用Pspice模型分析放大器环路的稳定性放大器放大器放大器的稳定性,但评估一个较为复杂的电路是否稳定,难度可能会大得多。

本文使用常见的Pspice宏模型结合一些简单的电路设计技巧来提高设计工程师的设计能力,以确保其设计的实用性与稳定性。

导致放大器不稳定的原因在任何相关频率下,只要环路增益不转变为正反馈,则闭环系统稳定。

环路增益是一个相量,因而具有幅度和相位特性。

环路由理想的负反馈转变为正反馈所带来的额外相移即是最常见的不稳定因素。

环路增益相位的“相关”频率,一般出现在环路增益大于或等于0dB之处。

图1:总等效噪声密度-反馈电阻关系曲线.的放大器电路,通过断开环路,测量信号在环路中传播一次所产生的相移,即可推算出电路的稳定情况.以下例子介绍的方法可利用仿真软件,运算放大器宏模型以及Pspice提供的理想元器件来实现。

图2:跨阻抗放大器。

高速低噪声跨阻放大器(TIA)稳定性示例我们以一个跨阻放大器(TIA)为例,通过分析其稳定性来阐述我们将要推荐的技术。

TIA广泛应用在工业领域和消费领域,例如LIDAR(光探测和测距)、条形码扫描仪、工厂自动化等。

设计工程师遇到的挑战是,在不会造成衰减和老化的情况下,如何最大化信噪比(SNR),以及如何获得足够的速度/带宽来传递所需的信号.图2为采用了LMH6629的放大器示意图,这款超高速(GBWP=4GHz)低噪声(0。

69nV/RtHz)器件具有+10V/V的最小稳定增益(COMP引脚连至VCC)的。

LMH6629的补偿(COMP)输入可以连至VEE,从而进一步将最小稳定增益降低到4V/V。

为获得最大的转换速率和带宽(小信号和大信号),在这个例子中,COMP引脚被连接到VCC。

可获得的带宽与放大器GBWP直接相关,与跨阻增益(RF)和光电二极管内的寄生电容成反比。

确定一个给定放大器所使用的反馈电阻(RF)有一个简单方便的办法:在使用了LMH6629的情况下,总等效输入电流噪声密度“ini”与RF的关系.图中的“in”是LMH6629的输入噪声电流,“en”是LMH6629的输入噪声电压,“k”是波尔兹曼常数,而“T”是用℃表示的绝对温度。

差分放大电路的pspice分析

差分放大电路的pspice分析

差分放大电路的pspice分析摘要:差分放大电路作为集成运算放大器的输入级电路.具有电路结构复杂、分析繁琐的特点,一直是模拟电子技术设计与分析中的难点。

PSPICE作为著名的电路设计与仿真软件,具有仿真速度快、精度高等优点。

本文应用PSPICE对差分放大电路的工作特性进行了较全面的仿真,利用PSPICE分析、研究了差分放大电路的时域响应、频率响应以及温度对其性能的影响关键词:差分放大电路PSpice 仿真分析引言PSPICE (Personal Simulation Program with IC Emphasis)是目前流行的EDA软件之一,相较其它EDA设计分析软件,其最大优势在于世界各大著名电子器件公司为它提供了几万种模拟和数字元件模型,使PSPICE的仿真结果更加真实并且十分接近实际电路的分析结果。

PSPICE用于电路仿真时,以源程序或图形方式输入,能自动进行电路检查,生成图表,模拟和计算电路。

它不仅可以对模拟电子线路进行不同输入状态的时间响应、频率响应、噪声和其他性能的分析优化,以使设计电路达到最优的性能指标,还可以分析数字电子线路和模数混合电路。

典型差分放大电路在模拟集成电路中,集成运算放大器是应用极为广泛的一种。

集成运算放大器是一种具有高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路,它的输入级一般是由BJT、JFET或MOSFET组成的差分式放大电路,其工作原理是利用差分放大电路的对称性来提高整个电路的共模抑制比和其它方面的性能,从而有效地抑制零点漂移。

但是差分电路结构复杂、分析繁琐,特别是其对差模输入和共模输入信号有不同的分析方法,难于理解,因而一直是模拟电子技术中的难点。

图1是一个典型的差分放大电路,其中Q1与Q2是一对NPN型的BJT差分对管,型号为Q2N2222。

Q3与Q4组成镜像电流源,其电流大小基本恒定(约为VDD-VEE/R1)。

恒流源的作用是充当有源负载,即利用其具有很高的交流电阻的特点作为Q1与Q2的发射极电阻下面利用PSPICE对差分放大电路的工作特性进行仿真研究:差分放大电路的原理图如图1。

放大器的稳定性

放大器的稳定性
最后要考虑的几点如下所列:
非重复输入讯号需要利用使C放电(FET与C并联)来重置积分器;
C承受介电应力,可能导致双斜率积分;
必须考虑C的泄漏电流。
反相积分器是性能良好的电路,但与所有模拟电路一样,它们需要注意细节。
透过运算放大器配置的积分器(integrator)是由电阻、电容和运算放大器组成的简单电路,那么怎么会出问题呢?在图1中,当ZF为电容时,闭回路理想增益方程为G = -1/RGtor)。 因此,该电路执行纯积分。
图1 基本的运算放大器积分器并不像乍看那样简单。
有些设计人员错误地认为此配置可能不稳定,因此可以使用公式1计算回路增益(loop gain)以确定是否存在潜在的稳定性问题。其中,a是运算放大器的开回路增益。
在著名的Bode图上,零点从最低频率轴开始产生90°正相移,而极点在f = 1/ (2πRGC)处的频率处产生-45°相移。;在f = 1 / (2πRGC)时,总相移为45°,在大约10f时相移减小至零。相移永远不会接近不稳定所需的-180°,因此电路问题必须存在于其他地方。
运算放大器包含需要输入电流的晶体管。如果运算放大器具有npn输入晶体管,则输入电流将从地面流入电路,而pnp晶体管的电流则相反,反相输入电流从地流过RG和C。不管输入电流有多小,最终它都会对电容充电,从而导致运算放大器在正电源轨处饱和(对于pnp输入晶体管)。
可以透过添加一个与C并联的电阻轻松解决饱和问题。电阻提供偏置电流,饱和度减小至较小的电压偏移。带有并联电阻的闭回路增益和回路增益方程式如下:
阶跃函数输入电压导致输入电流VIN / RG,并且输入电流可能会损坏电容、毁损运算放大器或引起振铃。工程师经常在电容上串联一个小电阻,以提高可靠性。带有串联电阻的闭回路增益和回路增益方程式如下:

共射极放大电路的设计与Pspice的仿真验证

共射极放大电路的设计与Pspice的仿真验证

《模拟电子技术基础》课程团队研究项目报告项目名称:项目 2院系:工学院电气与信息工程系专业班级:自动化112班团队组号: 1号团队成员:指导教师:填写日期:项目成绩:一、研究项目的任务与要求设计一个共射极的放大电路设计指标:1. 电路有合适的静态工作点,其电压放大倍数Av > 20、输入电阻Ri > 3KΩ、输出电阻Ro ≤5.1KΩ及频带Fh > 100KHz,负载电阻RL为5.1 KΩ。

2. 讨论什么情况下会产生失真并分析产生什么失真,研究如何能消除或减少非线性失真? 参考电路:二、团队成员分工成员姓名本研究项目中承担的工作贡献度 (%) 备注 组长 成员 成员 成员FREQ VAMPL =VOF F三、研究思路与步骤(理论推导部分)1、研究思路:我们采用的电路模型是老师所给的分压式电流负反馈工作点稳定电路。

它的基极-射极偏置电路由CC V 、基极电阻b1R 、b2R 和射极电阻e R 组成,常称为基极分压式射极偏置电路。

分析直流通路稳定电路静态工作点的原理及过程:当b1R 、b2R 的阻值大小选择适当,能满足流经b1R 的电流大大大于BQ I ,使得b1R 和b2R 上的电流近似相等时,可认为基极直流电位基本上为一固定值,即b1BQ CC b1b2R U V R R ≈⋅+,与环境温度几乎无关,在此条件下,当温度升高引起静态电流CQ I (≈EQ I )增加时,发射极直流电位EQ V 也增加。

由于基极电位BQ V 基本固定不变,因此外加在发射结上的电压BEQ V 将自动减小,使EQ I 跟着减小,结果抑制了CQ I 的增加,使CQ I 基本维持不变,达到自动稳定静态工作点的目的。

当温度降低时,各电量向相反变化,Q 点也能稳定。

同时将e R 分成两部分串联,一部分小电阻,一部分大电阻。

在大电阻两端并联一个大电容,由于电容有隔离直流,传送交流的作用,因此,在e R 两端并联电容后,对静态工作点没有影响,对动态工作情况会产生影响,即电容对e R 上的交流信号有旁路的作用。

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利用Pspice模型分析放大器环路的稳定性放大器放大器放大器的稳定性,但评估一个较为复杂的电路是否稳定,难度可能会大得多。

本文使用常见的Pspice宏模型结合一些简单的电路设计技巧来提高设计工程师的设计能力,以确保其设计的实用性与稳定性。

导致放大器不稳定的原因在任何相关频率下,只要环路增益不转变为正反馈,则闭环系统稳定。

环路增益是一个相量,因而具有幅度和相位特性。

环路由理想的负反馈转变为正反馈所带来的额外相移即是最常见的不稳定因素。

环路增益相位的“相关”频率,一般出现在环路增益大于或等于0dB之处。

图1:总等效噪声密度-反馈电阻关系曲线。

的放大器电路,通过断开环路,测量信号在环路中传播一次所产生的相移,即可推算出电路的稳定情况。

以下例子介绍的方法可利用仿真软件,运算放大器宏模型以及Pspice提供的理想元器件来实现。

图2:跨阻抗放大器。

高速低噪声跨阻放大器(TIA)稳定性示例我们以一个跨阻放大器(TIA)为例,通过分析其稳定性来阐述我们将要推荐的技术。

TIA 广泛应用在工业领域和消费领域,例如LIDAR(光探测和测距)、条形码扫描仪、工厂自动化等。

设计工程师遇到的挑战是,在不会造成衰减和老化的情况下,如何最大化信噪比(SNR),以及如何获得足够的速度/带宽来传递所需的信号。

图2为采用了LMH6629的放大器示意图,这款超高速(GBWP=4GHz)低噪声(0.69nV/RtHz)器件具有+10V/V的最小稳定增益(COMP 引脚连至VCC)的。

LMH6629的补偿(COMP)输入可以连至VEE,从而进一步将最小稳定增益降低到4V/V。

为获得最大的转换速率和带宽(小信号和大信号),在这个例子中,COMP引脚被连接到VCC。

可获得的带宽与放大器GBWP直接相关,与跨阻增益(RF)和光电二极管内的寄生电容成反比。

确定一个给定放大器所使用的反馈电阻(RF)有一个简单方便的办法:在使用了LMH6629的情况下,总等效输入电流噪声密度“ini”与RF的关系。

图中的“in”是LMH6629的输入噪声电流,“en”是LMH6629的输入噪声电压,“k”是波尔兹曼常数,而“T”是用℃表示的绝对温度。

由图1可知,对于LMH6629而言,将RF设定为10k?确保了最小的总等效输入电流噪声密度ini,由此也可以得到最高的SNR。

RF的进一步增加会降低可获取的最大速度,而SNR 不会得到明显改善。

是什么使得一个看起来很简单的电路的稳定性分析变得如此复杂呢?主要原因就是寄生元件的影响。

在图2的电路中,几乎没有迹象表明这个电路会是不稳定的,图中所示的寄生元件“CD”是光电二极管固有电容,其实际大小由光电二极管的面积和灵敏度来决定。

R2用于消除LMH6629的输入偏置电流产生的偏移误差,同时C2消除了R2的噪声。

假设一个光电二极管标称电容(CD)为10pF,图2中电路的仿真响应,由此可以判断出电路是不稳定的:其频率响应曲线中大而尖的峰值即为证明。

在频域内,通过了解电路的相位裕度(PM)就可以确定电路的稳定性。

为便于仿真,可将光电二极管的电路简化等效为一个电流源。

图3:TIA频率响应示意电路的不稳定性。

对于一个富有经验的用户来说,当一个具有较大反馈电阻RF的系统不稳定时,意味着RF“寻找”运算放大器反向输入端的寄生电容,是产生振铃和过冲的原因。

在环路中,这种现象可称为“过相移”。

反向输入寄生电容由光电二极管电容和LMH6629输入电容组成。

LMH6629的更高带宽令问题进一步恶化——总输入电容的降低将足以引起过相移。

对于这种情况,最有效的补救方法是在RF两端并联一个合适的电容(CF)。

虽然在较低频率下可以较轻松地检查一个简单放大器的稳定性,但评估一个较为复杂的电路是否稳定,难度可能会大得多。

本文使用常见的Pspice宏模型结合一些简单的电路设计技巧来提高设计工程师的设计能力,以确保其设计的实用性与稳定性。

导致放大器不稳定的原因在任何相关频率下,只要环路增益不转变为正反馈,则闭环系统稳定。

环路增益是一个相量,因而具有幅度和相位特性。

环路由理想的负反馈转变为正反馈所带来的额外相移即是最常见的不稳定因素。

环路增益相位的“相关”频率,一般出现在环路增益大于或等于0dB之处。

图1:总等效噪声密度-反馈电阻关系曲线。

的放大器电路,通过断开环路,测量信号在环路中传播一次所产生的相移,即可推算出电路的稳定情况。

以下例子介绍的方法可利用仿真软件,运算放大器宏模型以及Pspice提供的理想元器件来实现。

图2:跨阻抗放大器。

高速低噪声跨阻放大器(TIA)稳定性示例我们以一个跨阻放大器(TIA)为例,通过分析其稳定性来阐述我们将要推荐的技术。

TIA 广泛应用在工业领域和消费领域,例如LIDAR(光探测和测距)、条形码扫描仪、工厂自动化等。

设计工程师遇到的挑战是,在不会造成衰减和老化的情况下,如何最大化信噪比(SNR),以及如何获得足够的速度/带宽来传递所需的信号。

图2为采用了LMH6629的放大器示意图,这款超高速(GBWP=4GHz)低噪声(0.69nV/RtHz)器件具有+10V/V的最小稳定增益(COMP 引脚连至VCC)的。

LMH6629的补偿(COMP)输入可以连至VEE,从而进一步将最小稳定增益降低到4V/V。

为获得最大的转换速率和带宽(小信号和大信号),在这个例子中,COMP引脚被连接到VCC。

可获得的带宽与放大器GBWP直接相关,与跨阻增益(RF)和光电二极管内的寄生电容成反比。

确定一个给定放大器所使用的反馈电阻(RF)有一个简单方便的办法:在使用了LMH6629的情况下,总等效输入电流噪声密度“ini”与RF的关系。

图中的“in”是LMH6629的输入噪声电流,“en”是LMH6629的输入噪声电压,“k”是波尔兹曼常数,而“T”是用℃表示的绝对温度。

由图1可知,对于LMH6629而言,将RF设定为10k?确保了最小的总等效输入电流噪声密度ini,由此也可以得到最高的SNR。

RF的进一步增加会降低可获取的最大速度,而SNR 不会得到明显改善。

是什么使得一个看起来很简单的电路的稳定性分析变得如此复杂呢?主要原因就是寄生元件的影响。

在图2的电路中,几乎没有迹象表明这个电路会是不稳定的,图中所示的寄生元件“CD”是光电二极管固有电容,其实际大小由光电二极管的面积和灵敏度来决定。

R2用于消除LMH6629的输入偏置电流产生的偏移误差,同时C2消除了R2的噪声。

假设一个光电二极管标称电容(CD)为10pF,图2中电路的仿真响应,由此可以判断出电路是不稳定的:其频率响应曲线中大而尖的峰值即为证明。

在频域内,通过了解电路的相位裕度(PM)就可以确定电路的稳定性。

为便于仿真,可将光电二极管的电路简化等效为一个电流源。

图3:TIA频率响应示意电路的不稳定性。

对于一个富有经验的用户来说,当一个具有较大反馈电阻RF的系统不稳定时,意味着RF“寻找”运算放大器反向输入端的寄生电容,是产生振铃和过冲的原因。

在环路中,这种现象可称为“过相移”。

反向输入寄生电容由光电二极管电容和LMH6629输入电容组成。

LMH6629的更高带宽令问题进一步恶化——总输入电容的降低将足以引起过相移。

对于这种情况,最有效的补救方法是在RF两端并联一个合适的电容(CF)。

为找出导致这一现象中低相位裕度的原因,除了全面的笔头分析,设计人员只能反复试验,通过选择合适的补偿元件来提高系统的稳定性。

一个更严密的办法就是通过仿真来获取对各种频率下环路特性的更深入了解。

这种办法比起笔头分析法要快得多,既不需要复杂的运算,也不会带来计算错误的可能。

设计人员要做的是在开环情况下观察电路,以便了解环路增益(LG)的幅度和相位情况。

仿真操作为用户提供了能进行高效分析的各种理想元件,从而使得上述分析成为可能。

在图4的仿真电路中,环路已在AC(与相位裕度有关)处断开,同时保留DC闭环,以建立合适的操作点。

在输出处用一个大串联电感(L1)和一个大并联电容(C1)即可完成仿真。

图4:为了进行仿真,插入大“L”和“C”以断开AC环路。

驱动大电容(V_Drive)的交流电源可以设定为1V,在器件输出端,仿真响应。

图5中的0o低相位裕度印证了图3中过高的闭环频率响应峰值。

为确保电路的稳定性,对应的品质因数即相位裕度应大于45o。

图5:开环曲线表明相位裕度不足。

请注意:在频率响应仿真开始之前,请确保将输入电流源(取代光电二极管)设定为“AC 0”;显示结果需将CF设为0pF;图5中幅度用实线表示,相位角用虚线表示;当相位裕度为0dB时,相位裕度对应LG函数的相位角。

,为找到合适的补偿电容值来改善相位裕度,我们可以将针对不同的CF值(图4电路)的噪声增益曲线和LMH6629开环增益曲线放在一起。

噪声增益为V(Drive)/V(In_Neg)。

请注意LG的仿真低频值要大于0dB,因为LMH6629的宏模型还包括了其差分输入电阻。

图6:CF最优化噪声增益曲线。

大部分Pspice仿真器都允许使用图6所示的“.STEP PARAM”语句来进行多级仿真并显示迭加的结果。

其它仿真器可能有专用命令来实现此类同步仿真功能。

最优CF 值在噪声增益函数与LMH6629的开环增益曲线相交频率处给噪声增益函数设置了一个极点。

由图6可知,在本例中,CF=0.25pF。

大于0.25pF的更高CF值将会带来带宽损失,相应地,若CF低于0.25pF,相位裕度又将不足。

如果CF足够高(本例中是7pF),噪声增益曲线有可能在低于20dB处与开环曲线相交。

20dB是LMH6629的最小稳定增益。

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