《运放电路环路稳定性设计 原理分析仿真计算样机测试》张东辉，王银，潘兴隆，张远征编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《运放电路环路稳定性设计 原理分析仿真计算样机测试》

【作　者】张东辉，王银，潘兴隆，张远征编

【丛书名】实用电子电路设计丛书

【页 数】 328

【出版社】 北京：机械工业出版社 , 2021.04

【ISBN号】978-7-111-67282-1

【价 格】99.00

【分 类】运算放大器-电路设计

【参考文献】 张东辉，王银，潘兴隆，张远征编. 运放电路环路稳定性设计 原理分析仿真计算样机测试. 北京：机械工业出版社, 2021.04.

图书封面：

图书目录：

《运放电路环路稳定性设计 原理分析仿真计算样机测试》内容提要：

本书利用“原理分析、仿真计算、样机测试”三步学习法对运放电路环路进行稳定性设计，使得读者能够对已有电路彻底理解，并且通过计算和仿真分析对原有电路进行改进，以便设计出符合实际要求的运放电路，达到实际应用的目的。首先，进行简单运放电路分析，运用反馈控制理论和稳定性判定准则进行时域频域计算和仿真，当计算结果和仿真结果一致时再进行实际电路测试，使得三者有机统一；然后，改变主要元器件参数，使电路工作于振荡或超调状态，此时测试稳定裕度，应该与稳定判据相符合；最后，设计反馈补偿网络使得电路重新工作于稳定状态，通过这整个过程帮助读者透彻理解运放电路环路控制分析与设计方法。本书适合运放电路设计人员使用和参考，同时也可供模拟电路和电力电子相关专业高年级本科生和研究生阅读学习。

《运放电路环路稳定性设计 原理分析仿真计算样机测试》内容试读

第1章

运放电路环路稳定性判定准则

本章主要讲解运放电路环路稳定性判定准则，首先结合实例定义增益裕度相位裕度、峰值与振铃、劳斯稳定判据，并对具体判定准则进行深入理解；然后总结环路测试方法，包括Al与1/B闭合速度法、双注人法以及馈通的影响；最后根据运放数据手册建立其传递函数模型，包括输入电容、输出阻抗及其测量，

并详细分析LC模型在频域分析时的工作特性：

1.1稳定性概述

自1927年Harold S.Black提出负反馈以来，负反馈已经成为电子学、控制学以及应用科学的基石。负反馈能够提高系统整体性能：暂态和环境变化时增益更加稳定，减少元器件非线性、宽带和阻抗变化时引起的失真，如果运算放大器施加负反馈则上述优势更加明显。

负反馈同样存在故障隐患，即无论施加何种输入信号或者输入信号是否有无时都能引起系统振荡，此时环路产生足够大的相移，使得负反馈转换为正反馈，并且系统具有足够大的环路增益维持输出振荡。

稳定性为计算机仿真提供了广阔沃土，利用仿真既能验证系统整体功能，又能全面测试系统稳定性，尤其对新观念的引入和深入探索更是发挥了淋漓尽致的功效。接下来首先利用PSpice仿真对同相放大电路进行时域测试，然后逐步引出运放电路稳定性判定准则。

1.1.1同相放大电路稳定性测试

运放传递函数测试：图1.1所示为运放传递函数测试电路，GaindB为运放开环直流增益，f。为运放第1极点，f为运放第2极点；图1.2所示为交流仿真设置，起始频率为1Hz、结束频率为1GHz,分别为f的1/10和f的10倍，以便充分测试-180°~0°相位：图1.3所示为运放增益与相位频率特性曲线，频率

运放电路环路稳定性设计

原理分析、伤真计算、样机测试

低于f。时增益基本保持120dB、在f~f2之间增益按照-20dB/dec进行衰减、高于f时增益按照-40dB/dec进行衰减，相位在f和f时分别为-45°和

-135°、并且在其1/10和10倍范围内按照-45°/dec降低；设计电路时按照所选运放数据手册提供的特征参数进行设置，以便仿真与实际测试能够匹配，该模型未考虑运放输入电容和输出阻抗，在接下来的章节中将逐步增加运放模型参数，使得仿真与实际更加一致。

PWR[10.(GaindB/20)]

o Vout

AC③[1+s/(2×3.14×6i】×[1+s/(2×3.14×f2l

参数：

GaindB=120

61=10Hz

/2=100megHz

图1.1运放传递函数测试电路

Simulation SettingsNoninverting opamp circuit

☒

General Analysis Configuration Piles Options Data Collection Probe Tindow

Analysis type:

AC Sweep Type

AC Sweep/Noise

CLinear

Start

1

Options

Logarithmi

End

General Settings

Decade

Points/Decade 100

Monte Carlo/Worst Ca■Paranetric Sweep

Noise Analysis

☐Temper ature (Sweep】

厂Enabled

Dutput

☐Save Bias Point☐Load Bias Point

I/V

Interv

Output File Options

Include detailed bias point information fornonlinear controlled sources and

确定

取消

应用)

帮助

图1.2交流仿真设置

同相放大电路瞬态与增益测试：图1.4所示为同相放大瞬态与增益测试电路，其中f为反馈第一零点频率、C,为反馈电容参数值、Beta为反馈系数低频闭环增益设置；运放工作于线性区时正负输入端虚短虚断，虚短表示正负输入端的电压相同，虚断表示流入/流出正负输入端的电流为零，所以正常工作时

节点N2与V的电压相同，即输入电压与反馈电压相同，低频时电路闭环增益

第1章运放电路环路稳定性判定准则

120

100

60

20

0

-20

-40

60DB(Yout》

0d-

-45d

90d

-135d-

SEL>>

-180d

.0H

10Hz

100Hz

1.0kHz

10kHz

100kHz 1.0MHz10MHz100MHz 1.0GHz

P(V(Vout》

频率

图1.3运放增益与相位频率特性曲线

Gain =1+p,所以调节电阻R4与Rs之比即可改变电路放大倍数；运放由La

place传递函数定义、输出限幅为±l5V;f,:为C和Rs构成的反馈第一零点，

Beta为反馈系数、即同相放大电路的闭环增益Gain=l/Beta;图1.5所示为瞬态仿真设置；图1.6所示为Beta参数仿真设置，Beta=0.1、0.125、0.25、0.5,所以闭环增益Gain=10、8、4、2;图1.7所示为输入和输出电压波形，输入输出同相，只是脉冲过渡瞬间出现微小过冲。

(C)

0

R

1k

[(l/Beta-l)×lk]

IN2

PWR[10.(GaindB/20)]

参数：

0.1

N

15 OUT

V,0.1

oOUT

=1megHz

TD-0

Cw[1/(6280×2)】

TR-5u

Beta=0.1

[1+s/2×3.14×f1】×[1+s/2×3.14×p2】

TF=5u

PW=0.5m

:反馈第一零点频率

PER=1m

注：电容CFg下面的C代表电容参数值，全书余同。

Cv:反馈电容参数值

AC=1

Beta:反馈系数

图1.4同相放大瞬态与增益测试电路

同相放大电路直流与交流测试：图1.8所示为同相放大直流与交流测试电

运放电路环路稳定性设计一原理分析、仿真计算、样机测试

路；图1.9所示为直流仿真设置，当输入电压从-1V线性增加到1V时输出电压

从-10V线性增大到10V,输入输出同相，直流仿真输出电压波形如图1.10所

示；图1.11所示为交流仿真时f的参数设置；图1.12所示为交流闭环增益曲线，∫：越小闭环增益的峰值越大，从而瞬态分析越容易产生振荡，f=I0OkHz时的瞬态输出电压波形如图1.13所示一输出振荡。

Simulation Settings Noninverting opamp circuit

General Analysis Configuration Files Options Data Collection Probe Window

Analysis type

Time Donsin (Transi到T

Run to

2

seconds

Options

Start saving data 0

seconds

☑General Settings

-Transient options

■Monte Carlo/Worst Ca

用axinun step0.lu

seconds

☑Paranetric Sweep

Skip the initial transient bias point caleul

☐Temperature (Sweep】☐Save Bias Point☐Load Bias Point

tput File Options.

确定

取消

应用

帮助

图1.5瞬态仿真设置

Simulation Settings -Noninverting opamp circuit

General Analysis Configuration Files Options Data Collection Probe Window

Analysis type:

Sweep variable

Time Domain (Transi.

C Voltage soureCCurrent sourc

Options

Model

Global paramet.

☑General Settings

C Model parameterModel

Monte Carlo/Worst Cas☑Parametric Sweep

CTemperature

Parameter

Beta

☐Temperature (Sweep】

-Sweep type

☐Save Bias Point

Start

☐Load Bias Point

CLinear

CLogarithaiD4cade习End

Iner ement

6V1ue1i0.10.1250.250.5

确定

取消

应用A)

帮助

图l.6Beta参数仿真设置

第1章运放电路环路稳定性判定准则

100mV

OV

-100mV4V(IN)@l

1.2V

1.0ms

1.5ms

2.0ms

009V(OUT)

时间

图1.7输入和输出电压波形

Cr9

oVm3

(C)

R

R鸣

1k2

[(1/Beta-1)xIk]

IN3

PWR[10.(GaindB/20)]

9

OUT

oOUT3

[1+s/2×3.14×o1】J×[1+s/(2×3.14×2】

0

图1.8同相放大直流与交流测试电路(Beta=0.1)

Sisulation SettingsNoninverting opamp circuit

General Anelysis Configuration Files|Options Data Collection Probe Window

Analysis type

-Sweep variable-

DC Sweep

Voltage soure

I

CCurrent soure

Options

精0A1

C Global paramet.

MPrimary Sweep

CModel paranete创Model

Secondary Sweep☐Monte Carlo/Worst

CTemperature

Faraneter

☐Parametric Sweep

Sweep type

☐Save Bias Point

Linear

Start

End

1

CValue li

确定

取消

应用0)

帮助

图1.9直流仿真设置

5

运放电路环路稳定性设计一原理分析、仿真计算、样机测试

10V

5V

0V

-5V

-10V.0V0.8V

0.6V

0.4V0.2V0.0V0.2V0.4V

0.6V0.8V1.0V

V(OUT3)

V

图1.10直流仿真输出电压波形

Simulation Settings Noninverting opamp circuit

x

General AnalysisConfiguration Files Options Data Collection Probe Window

Analysis type:

Sweep variable

AC Sweep/Koise

CVoltage soureCCurrent sourc

Options

Global paramet

☑General Settings

CModel parameteModel

■Monte Carlo/Worst Ca☑Par ametric Sweep

CTemperature

Parameter

fx1

☐Temperature (Sweep)

-Sweep ty理

☐Save Bias Point☐Load Bias Point

CLinear

Start

CLogari thniDecadeEnd

⊙V1ue1i10k100k1meg

确定

取消

应用

帮助

图1.11交流仿真时f的参数设置

上面分别对同相放大电路进行了瞬态和交流分析，那么当运放电路满足什么条件时电路才能稳定工作呢？接下来分别利用增益裕度和相位裕度、增益峰值与超调、劳斯稳定判据对运放电路稳定性进行判定。

6

···试读结束···