原创 SPICE运算放大器的稳定性

 2013-7-23 13:19  1121 14 14 分类: 模拟

作者：Bruce Trump ，德州仪器 (TI) 2012年9月10日

SPICE是一种非常有用的工具，可帮助检查潜在电路稳定性问题。下面介绍一种简单的方法：

图 1 显示了一种非反相放大器，它使用了一个稍有不同的OPA211，这在许多应用中都较为常见。R3-C1是一种输入滤波器。R4是一个输出电阻器，用于在外部连接时避免滥用。CL模拟一条5英尺线缆。

检查小信号阶梯函数或者方波的响应，是查找潜在稳定性问题的最快速和最简单的方法。图2显示了模拟电路。注意，输入端子连接接地，而输入测试信号则直接连接非反相输入。输入滤波器会减慢阶梯函数的输入沿。如果你想知道钟是如何振响的，那么就应该用铁锤敲击它，而不是用橡皮锤。

在“运算放大器输出”探测响应，而不仅仅是电路的Vout节点。R4和CL对输出响应滤波，这样Vout便不会出现真正的运算放大器过冲。要想检查稳定性，我们要知道运算放大器正在做什么。

注意，使用阶跃的大小为1mV（在输出端形成4mV阶跃）。我们想要小信号阶跃响应。引起回转的大输入阶跃会有更少的过冲，并且不会清楚地显示出潜在不稳定性。

模拟表明运算放大器输出的过冲约为27%。该过冲太大，以至于很难让这种电路在所有条件下都保持稳定。假设为一种二阶稳定系统，它意味着约38°的相位余量。另外，需要注意的是，频率响应显示了相当大的峰值，也即潜在非稳定性的另一种标志。峰值出现在14MHz时，即时域内振铃时段的倒转。一个得到普遍接受的理想稳定性指导原则是45°（或者更大）相位余量，也即20%（或者更低）过冲。

有一些发烧友分析报告，它们可以利用SPICE完成分析—通过跳出环路找到相位和增益余量，从而获得波特图分析。但对大多数相对简单的电路（涉及一个运算放大器的反馈环路）来说，这种方法是指明潜在问题的一种非常好的手段。当然，所有SPICE模拟都依赖于运算放大器宏模型的精确度。我们最好的SPICE模型很优异，但却并不完美。另外，电路差异、非理想元件、电路板布局寄生现象、较差的电源旁路设计等，所有这些都会影响电路。这就是你要构建、测试、进行模拟比较和优化的原因。SPICE是一种很有用的工具，它很重要，但这还不够。

你会如何改善这种电路的稳定性呢？欢迎在下面发表你的评论。