复合放大电路频域与时域稳定性分析
1、 主要内容：对双运放构成的复合放大电路进行频域与时域工作特性分析
2、 ps——test1：反馈超前补偿复合放大器电路测试
频域开环测试电路
频域闭环测试电路
时域测试电路
参数设置
第1步：频域稳定性仿真测试：
交流仿真设置
cfv=16.1p、fp1=10meg时相位裕度pm=50
cfv=50.8p、fp1=10meg时相位裕度pm=77
第2步：时域稳定性仿真测试：增加外部极点fp1=1meg
瞬态仿真设置
补偿电容参数设置
仿真波形：v(in1)@1——输入信号
v(out1)蓝色——cfv=50.8p时输出波形
v(out1)绿色——cfv=16.1p时输出波形
(v(in1)@1) *100——理想输出波形
总结：相位裕度越大输出越稳定
第3步：频域稳定性仿真测试：增加外部极点fp1=35k
cfv=50.8p、fp1=35k时相位裕度=0
如果fp1在1k—10k，振荡更加严重——饱和
第4步：时域稳定性仿真测试：增加外部极点fp1=35k
瞬态仿真设置
(v(in1)) *100——理想输出波形
v(out1)——cfv=50.8p、fp1=35k时输出波形
cfv=50.8p、fp1=35k时输出振荡
(v(in1)) *100——理想输出波形
v(out1)——cfv=50.8p、fp1=10k时输出波形
cfv=50.8p、fp1=10k时输出严重振荡
3、 ps——test2：第2级运放提供补偿型复合放大器电路测试
参考资料：
频域开环测试电路
频域闭环测试电路
时域测试电路
运放模型参数设置
第1步：频域开环稳定性仿真测试：
交流仿真设置
复合运放截止频率78khz、相位裕度52度
单运放截止频率9khz、相位裕度90度
电路稳定工作!
20db与40db穿越线频率一致
当r9=2k、r10=8k时复合运放的相位裕度为76.5度、带宽47.8k;
提高相位裕度以牺牲带宽为代价!
第2步：频域闭环带宽仿真测试
复合运放-3db带宽为125khz、单运放-3db带宽为9.6khz：复合运放带宽大大增加
第3步：时域仿真测试
瞬态仿真设置
仿真波形：-v(in1) *100红色——理想输出波形
v(out1)绿色——复合运放输出波形
v(out2)蓝色——单运放输出波形
总结：带宽越宽上升速度越快、相位裕度越大输出越稳定
4、 ps——voltage follower：复合放大器设计实例——高相位精度电压跟随器
参考资料
时域与频域测试电路
第1步：频域测试
交流仿真设置
100khz时复合运放相位降低0.057度、单运放降低5.7度
复合运放具有更高的相位精度，但产生增益尖峰
第2步：时域仿真测试——输入脉冲电压时的输出响应
瞬态仿真设置
仿真波形：v(in)红色——输入波形
v(out1)绿色——复合运放输出波形
v(out2)蓝色——单运放输出波形
总结：复合运放与输入信号更加一致，但调整期间存在过冲;
复合运放45度相位裕度、单运放90度相位裕度!(按照ps：test2自行测试)
5、 ps——itov transfer：复合放大器设计实例——10v/ma高灵敏度i—v转换器
参考资料：
时域与频域测试电路
第1步：频域测试
交流仿真设置
复合运放产生增益尖峰
第2步：时域仿真测试——输入脉冲电流时的输出响应
瞬态仿真设置
仿真波形：i(i1) *10k红色——理想输出波形
v(out1)绿色——复合运放输出波形
v(out2)蓝色——单运放输出波形
总结：复合运放与理想输出更加一致，但调整期间存在过冲;
第3步：直流仿真测试——输入电流源线性变化时的输出响应
直流仿真设置
仿真波形：
i(i1) *10k红色——理想输出波形
v(out1)绿色——复合运放输出波形
v(out2)蓝色——单运放输出波形
总结：三者完全重合，直流工作时复合运放与单运放性能基本一致
6、 ps——diff amp100：复合放大器设计实例——100倍直流增益差分放大电路
(复合运放与单运放差分放大对比)
参考资料：
时域与频域测试电路
第1步：频域测试
交流仿真设置
差模增益39.992db，高频出现增益尖峰
共模增益-60.095db，高频出现增益尖峰
第2步：时域仿真测试——输入脉冲电压时的输出响应
瞬态仿真设置
仿真波形：v(vd:+,vd:-) *100红色——理想输出波形
v(out)绿色——复合运放输出波形
总结：复合运放与理想输出信号基本一致，但调整期间存在过冲和延迟
第3步：直流仿真测试——输入电压线性变化时的输出响应
vd差模信号直流仿真设置，vc=0
仿真波形：v(out)绿色——复合运放输出电压波形
总结： 100m——9.99v：存在0.1%计算误差
vc共模信号直流仿真设置，vd=0
仿真波形：v(out)绿色——复合运放输出电压波形
总结： 100m——99uv
7、 实际测试：(待整理)
负载特性、输入源特性、参考源调节——测试波形与数据相结合，然后与仿真对比
8、 总结：
频域与时域特性一致;频域相位裕度足够时电路稳定工作，否则电路振荡!
9、 附录——关键仿真器件模型
模型lib
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cfv=50.8p、fp1=10meg时相位裕度pm=77
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v(out1)蓝色——cfv=50.8p时输出波形
v(out1)绿色——cfv=16.1p时输出波形
(v(in1)@1) *100——理想输出波形
总结：相位裕度越大输出越稳定
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cfv=50.8p、fp1=35k时相位裕度=0
如果fp1在1k—10k，振荡更加严重——饱和
第4步：时域稳定性仿真测试：增加外部极点fp1=35k
瞬态仿真设置
(v(in1)) *100——理想输出波形
v(out1)——cfv=50.8p、fp1=35k时输出波形
cfv=50.8p、fp1=35k时输出振荡
(v(in1)) *100——理想输出波形
v(out1)——cfv=50.8p、fp1=10k时输出波形
cfv=50.8p、fp1=10k时输出严重振荡
3、 ps——test2：第2级运放提供补偿型复合放大器电路测试
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时域测试电路
运放模型参数设置
第1步：频域开环稳定性仿真测试：
交流仿真设置
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单运放截止频率9khz、相位裕度90度
电路稳定工作!
20db与40db穿越线频率一致
当r9=2k、r10=8k时复合运放的相位裕度为76.5度、带宽47.8k;
提高相位裕度以牺牲带宽为代价!
第2步：频域闭环带宽仿真测试
复合运放-3db带宽为125khz、单运放-3db带宽为9.6khz：复合运放带宽大大增加
第3步：时域仿真测试
瞬态仿真设置
仿真波形：-v(in1) *100红色——理想输出波形
v(out1)绿色——复合运放输出波形
v(out2)蓝色——单运放输出波形
总结：带宽越宽上升速度越快、相位裕度越大输出越稳定
4、 ps——voltage follower：复合放大器设计实例——高相位精度电压跟随器
参考资料
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第1步：频域测试
交流仿真设置
100khz时复合运放相位降低0.057度、单运放降低5.7度
复合运放具有更高的相位精度，但产生增益尖峰
第2步：时域仿真测试——输入脉冲电压时的输出响应
瞬态仿真设置
仿真波形：v(in)红色——输入波形
v(out1)绿色——复合运放输出波形
v(out2)蓝色——单运放输出波形
总结：复合运放与输入信号更加一致，但调整期间存在过冲;
复合运放45度相位裕度、单运放90度相位裕度!(按照ps：test2自行测试)
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时域与频域测试电路
第1步：频域测试
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v(out2)蓝色——单运放输出波形
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i(i1) *10k红色——理想输出波形
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9、 附录——关键仿真器件模型
模型lib
74ls245中文资料详细（74ls245管脚功能_工作原理方法及应用电路）
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