運放的穩定性仿真分析

上期文章《運放11-運放穩定性評估舉例》文末提到了，如果我們有放大器的Spice模型，可以借助仿真軟件直接仿真電路的穩定性——可以直接得到波特圖曲線，這一期就專門來看看具體怎么玩。

我們還是以上期的電路為例子，也就是下面這個電路：

這里面的放大器TLV9062，使用的是TI官網的Spice模型，上期沒有告訴大家如何使用LTspice導入第三方文件，這里先詳細介紹下LTspice怎么用吧（我主要用這個軟件做仿真，如果已經知道怎么導入第三方模型的兄弟，可以先跳過下面這一小節）。

LTspice導入TI的TLV9062的模型詳細步驟

1、TI官網下載tlv9062的spice模型，將文件tlv9062放置到庫目錄下面

2、按下面步驟添加理想模型opamp2，放置好器件

3、按快捷鍵“T”，選擇“SPICE directive”，輸入“.include tlv9062.lib”,點擊“OK”

4、右鍵運放，將opamp2改成“tlv9062”，這個模型就可以使用了

學會了怎么添加第三方模型，我們下面就正式進入正題——如何仿真穩定性

仿真的原理

以下圖為例，這個放大10倍的電路如何仿真穩定性呢？

從前幾期文章我們知道，穩定性分析的基本原理就是看環路增益，最直觀的莫過于畫出環路增益的波特圖。仿真原理就是依據這個：我們讓信號在環路里面跑一圈，輸出與輸入的比值就是環路增益。

那如何求呢？

容易想到，我們斷開環路的一處節點，斷開后就會得到兩個端點，我們從一個端點注入信號Vin，那么信號跑一圈之后，在另外一個端點就會得到一個信號Vout，按照前面所說的，環路增益=Vout/Vin，我們使用軟件畫出Vout/Vin的曲線，這個曲線也就是環路增益曲線，通過曲線，我們就可以判斷電路是否穩定了。

上面這一段話換成實操就是：

1、去掉電路原本的激勵輸入，即V1兩端短接

2、剪開環路：剪開輸出端到反饋電阻（一般都是剪開這里），得到兩個端點，反饋那邊命名為Vin，另外一個端點命名為Vout

如下圖所示：

我們在仿真軟件里面直接運行右邊的電路是否可行呢？

答案是不行的，因為斷開了反饋環路之后，這個運放的靜態工作點受到了影響，即直流偏置不對，因此呢，我們還要把電路改造一下。

3、給輸入激勵接入很大的電容，比如1TF。此操作是為了防止Vin的直流偏置電壓影響到了環路

4、輸出Vout與Vin之間接入很大電感，比如1TH。此操作是為了保證直流是閉環的，即運放有OK的直流偏置，同時又讓交流斷開。我們分析穩定性本就分析的是交流信號，對于交流來說，此處是斷開的，所以不影響我們的目的。

最終，仿真電路圖變成了下面這個樣子

設置好起始頻率1Hz，終止頻率10Mhz，使用對數坐標

運行一下，然后鼠標左鍵點擊Vout網絡，即可得到下面的波特圖

從圖上我們可以得出，該電路的相位裕度只有9.9°，與我們上期的定量分析結果9°基本一致，互相印證了方法的可行性。

我們再試一下輸出端串聯100電阻的情況，如下圖：

可以看到，串聯100歐姆電阻之后，相位裕度為86.9°，與上一期的定量分析結果88.2°也是非常接近的，進一步印證了方法的可行性。

相對來說，這種方法比上期要簡單多了，我們可以很方便地修改電阻，改造電路，然后運行下就立馬能看出結果。

小結

本期寫到這里就結束了，主要詳細介紹了下如何使用LTspice仿真運放電路穩定性。

在我們能拿到所用運放的Spice仿真文件的情況下，我推薦用這種方法，因為它相對來說更快的知道結果，步驟也更加的簡單。當然，如果拿不到運放的Spice仿真文件，那還是得用上期的方法。

審核編輯：湯梓紅