TI高精度实验室-稳定性 3.pdf.pdf

德州仪器高精度实验室（TI Precision Labs）是德州仪器公司（Texas Instruments, 简称TI）提供的一系列专业视频讲座和学习材料，专注于电子电路设计中的精密模拟组件及其应用。本知识点聚焦于TI高精度实验室-稳定性系列第三部分的内容，主要涉及运算放大器（op-amp）的稳定性问题及其分析方法，特别是如何运用SPICE仿真软件来获取运算放大器电路的闭合速率和相位裕量。 运算放大器的稳定性是模拟电路设计中非常关键的问题。不稳定的运算放大器会导致电路产生振荡、噪声增大和性能下降等问题，严重影响系统性能。在实际生产系统中，稳定性问题可能会引起各种意想不到的后果。因此，在设计阶段就必须通过一系列方法和工具来识别并解决这些问题。 TI的这个系列讲座前几部分介绍了稳定性问题可能出现的情况，以及在实验室中如何识别这些问题，并复习了波特图和稳定性理论。波特图是一种通过频率响应来分析系统稳定性的工具，通过它能观察到幅频特性和相频特性，进而分析出系统的稳定程度。 本系列第三部分视频重点讲解了如何通过进行开环SPICE仿真来获取运算放大器电路的闭合速率和相位裕量。闭合速率指的是从输入到输出的信号传递速度，而相位裕量则是系统响应信号的相位超前程度，两者都是判断系统是否稳定的依据。 为了获得运算放大器的闭合速率和相位裕量，需要获得Aol（开环增益）、1/β（反馈网络的频率响应）和Aol*β（开环增益与反馈网络频率响应的乘积）三条曲线。这些曲线是判断稳定性的重要参数，但它们不能从标准的闭环配置中获得。因此，需要采取特殊措施，即断开运算放大器的反馈回路（或称为“打开”回路），再用一个小信号源来激励断开点的高阻抗侧。通过这种方式，可以在运算放大器的反相输入端（Vfb）和输出端（Vo）测量得到所需的数据，进一步推导出所需的曲线。 然而，仅仅简单地断开反馈回路是不够的，因为没有适当的直流偏置，输出可能会饱和到一个电源轨上，导致放大器输出级性能下降。例如，在图示中可以看到，如果输出接近正向电源，就会得到错误的Aol和Aol*β曲线。因此，为了在SPICE仿真中正确生成开环曲线，模拟电路在直流（dc）状态下必须有闭环反馈路径，而在交流（ac）频率下则必须是开放的。 具体来说，模拟电路在直流状态下应该通过适当的闭合路径来实现适当的偏置，让输出可以正确地工作在推荐的直流工作点，通常是在供电电压的中间值。而在交流状态下，为了获得准确的开环曲线，反馈回路应该断开，这可以通过打开某个开关来实现。 总而言之，TI高精度实验室系列的稳定性部分为我们提供了深入理解运算放大器稳定性问题所需的理论和实践工具。通过这些材料的学习，电子工程师和学生可以提高他们在模拟电路设计中的技能，并能够在实际电路设计中有效地解决稳定性问题。