1、 主要內容:測試OPAX192運放電路的穩定性及其模型建立
2、 PS:model test——利用數據手冊建立運放OPAX192功能模型并進行頻域仿真測試
視頻:運放OPAX192模型建立與測試76A
運放OPAX192開環增益和相位與頻率特性曲線
運放OPAX192開環輸出阻抗與頻率特性曲線
測試電路及運放模型
交流仿真設置
幅頻域相頻特性曲線
AMPSIMP——application庫中的運放模型,更加實用,建議實際設計時使用!
Ro為運放模型的輸出阻抗,實際測試時根據實際電路進行正確設置!
模型及參數設置——建議建立實際模型時重點使用該模型
Laplace與AMPSIMP對比,測試功能模型與物理模型頻域特性
(Ro模擬運放輸出阻抗)
Laplace與AMPSIMP頻率特性一致:第1個極點為1Hz,與設置值fp1一致;
第2個極點由運放輸出阻抗Ro和15pF負載電容CL決定—23Meg、28Meg
3、 PS:Large signal step——階躍響應時域測試
視頻:運放OPAX192放大電路大信號測試76B
3.1大信號階躍響應時域測試:圖39
大信號階躍響應測試電路
大信號階躍響應測試電路
瞬態仿真設置
大信號階躍響應輸入、輸出電壓波形
3.2 正階躍10V穩定時間測試:圖40
正階躍10V穩定時間仿真電路
瞬態仿真設置
正階躍10V響應輸入、輸出電壓波形
輸出與輸入差值V(VOUT1)-V(VIN1)
正階躍10V響應:ABS(V(VOUT1)-V(VIN1))——1.4us之后誤差優于1mV
正階躍10V響應測試波形與數據
圖41 穩定時間(5V 正階躍)
圖42 穩定時間(10V 負階躍)
按照上述仿真電路和方法對圖41和圖42進行測試(讀者自行測試)
4、 PS:Precision reference source——精密參考緩沖(數據手冊圖69)
視頻:精密參考源分析76C
參考:TIDU032c Capacitive Load Drive Solution using anIsolation
Resistor.pdf
輸出,并且有充足驅動電流用于瞬態變化。對于圖69 中所示的10μF
陶瓷電容器,RISO(一個37.4Ω的隔離電阻)可隔離兩個反饋路徑以實現最佳穩定性。反饋路徑1 通過RF,直接連接到輸出VOUT 端。反饋路徑2
通過RFx和CF,連接到運算放大器的輸出端。所示的對10uF 負載設計的優化穩定性組件能夠對VOUT 提供4kHz
的閉環帶寬,并且仍然提供89°環路增益相位裕量。任何其他負載電容都需要重新計算穩定性組件:RF、RFx 、CF 和RISO。
圖69 精密參考緩沖電路
4.1 開環交流穩定性分析
精密參考源開環頻域測試電路
交流仿真設置
Aol與1/Beta測試:閉合速度為20dB/dec——電路穩定工作
環路增益與相位曲線:相位裕度83度;
但在約400Hz時相位只有8度,補償網絡應重新設計(RF1=1k)
環路增益與相位曲線:相位裕度89度;
在約135Hz時相位為22.2度(RF1=20k)
4.2 閉環交流穩定性分析
精密參考源閉環頻域測試電路
交流仿真設置
閉環-3dB帶寬約為5.6kHz(RF1=1k)
閉環-3dB帶寬約為776Hz(RF1=20k)
提高相位裕度以犧牲閉環帶寬為代價!
4.3 時域仿真測試:輸入參考為2.5V階躍電壓信號
精密參考源時域測試電路
瞬態仿真設置
輸入參考與輸出電壓波形:約2ms之后輸出誤差優于1mV
5、 PS:TIDU026——利用運放OPAX192實現擺率限制功能
實際設計運放電路時一定要帶寬與擺率同時滿足,否則輸出波形失真增大!
視頻:利用運放OPAX192實現擺率限制76D
參考文獻:TIDU026 Single Op-Amp Slew Rate Limiter.pdf
5.1 工作原理分析:閉環瞬態測試——SR=I(CF1)/CF1=(VCC/RI1)/CF1=20V/0.1s
工作原理仿真分析電路
瞬態仿真設置
各點測試波形及擺率測試數據:20V/0.1s
5.2 穩定性分析:開環頻域測試
穩定性測試電路
RFv=1.6k:閉環速度為20dB/dec,fcl=100kHz;
電路穩定工作,但是在低頻20Hz時相位裕度太低,存在隱患
RFv=1.6:閉環速度為40dB/dec,fcl=4.6kHz——電路不能穩定工作
5.3 穩定性分析:時域測試
時域穩定性測試電路
RFv=1.6k時輸出正常——電路穩定工作
輸入輸出電壓波形:輸入信號階躍變化時輸出與輸入一致,電路穩定工作
RFv=1.6時輸出振蕩——電路不能穩定工作
輸入輸出電壓波形:輸入信號階躍變化時輸出發生嚴重震蕩
5.4 穩定性分析:閉環頻域測試
閉環頻域測試電路
RFv=1.6k時電路穩定工作,-3dB帶寬約101kHz
RFv=1.6時電路不能穩定工作;
在4kHz—5kHz之間存在雙極點,相位發生180度突變
擺幅與單位增益帶寬:測試帶寬時應使輸出信號擺幅小于限制值!
擺幅與單位增益帶寬:測試帶寬時應使輸出信號擺幅小于限制值!
輸入信號為100Hz、0.3V時輸入與輸出波形一致
輸入信號為100Hz、0.3V時輸入與輸出波形一致
最大擺率:20V/0.1s=200V/s
擺幅與單位增益帶寬:測試帶寬時應使輸出信號擺幅小于限制值!
輸入與輸出電壓波形
6、 PS:GBP test——閉環放大電路增益帶寬積測試——GBW=10Meg(圖17)
增益帶寬積測試電路
交流仿真設置
增益Gain參數設置
輸出電壓DB(V(VOUT))即閉環增益曲線
Gain=1時-3dB帶寬約9.3megHz
Gain=10時-3dB帶寬約1.2megHz
Gain=100時-3dB帶寬約98.7kHz
圖17 閉環增益和相位與頻率間特性曲線
7、總結:運放電路頻域環路穩定分析與時域測試一致,包括響應時間、超調等等;該運放作為精密參考緩沖電路時負載電容可設置為10uF,此時雙反饋補償網絡發揮作用;進行交流放大時,輸入信號符合帶寬的同時一定要滿足擺率限制,否則輸出信號發生畸變;實際工作時閉環帶寬與穩定域度需要匹配,帶寬增加時最小相位降低,存在不穩定隱患!
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