1、 主要內(nèi)容：測試OPAX192運放電路的穩(wěn)定性及其模型建立

2、 PS：model test——利用數(shù)據(jù)手冊建立運放OPAX192功能模型并進(jìn)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(huán)增益和相位與頻率特性曲線

運放OPAX192開環(huán)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(shè)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(shè)計時使用!

Ro為運放模型的輸出阻抗，實際測試時根據(jù)實際電路進(jìn)行正確設(shè)置!

模型及參數(shù)設(shè)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(shè)置值fp1一致;

第2個極點由運放輸出阻抗Ro和15pF負(fù)載電容CL決定—23Meg、28Meg

3、 PS：Large signal step——階躍響應(yīng)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(yīng)時域測試：圖39

大信號階躍響應(yīng)測試電路

大信號階躍響應(yīng)測試電路

瞬態(tài)仿真設(shè)置

大信號階躍響應(yīng)輸入、輸出電壓波形

3.2 正階躍10V穩(wěn)定時間測試：圖40

正階躍10V穩(wěn)定時間仿真電路

瞬態(tài)仿真設(shè)置

正階躍10V響應(yīng)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(yīng)：ABS(V(VOUT1)-V(VIN1))——1.4us之后誤差優(yōu)于1mV

正階躍10V響應(yīng)測試波形與數(shù)據(jù)

圖41 穩(wěn)定時間(5V 正階躍)

圖42 穩(wěn)定時間(10V 負(fù)階躍)

按照上述仿真電路和方法對圖41和圖42進(jìn)行測試(讀者自行測試)

4、 PS：Precision reference source——精密參考緩沖(數(shù)據(jù)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(qū)動電流用于瞬態(tài)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(xiàn)最佳穩(wěn)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(fù)載設(shè)計的優(yōu)化穩(wěn)定性組件能夠?qū)OUT 提供4kHz
的閉環(huán)帶寬，并且仍然提供89°環(huán)路增益相位裕量。任何其他負(fù)載電容都需要重新計算穩(wěn)定性組件：RF、RFx 、CF 和RISO。

圖69 精密參考緩沖電路

4.1 開環(huán)交流穩(wěn)定性分析

精密參考源開環(huán)頻域測試電路

交流仿真設(shè)置

Aol與1/Beta測試：閉合速度為20dB/dec——電路穩(wěn)定工作

環(huán)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(wǎng)絡(luò)應(yīng)重新設(shè)計(RF1=1k)

環(huán)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(huán)交流穩(wěn)定性分析

精密參考源閉環(huán)頻域測試電路

交流仿真設(shè)置

閉環(huán)-3dB帶寬約為5.6kHz(RF1=1k)

閉環(huán)-3dB帶寬約為776Hz(RF1=20k)

提高相位裕度以犧牲閉環(huán)帶寬為代價!

4.3 時域仿真測試：輸入?yún)⒖紴?.5V階躍電壓信號

精密參考源時域測試電路

瞬態(tài)仿真設(shè)置

輸入?yún)⒖寂c輸出電壓波形：約2ms之后輸出誤差優(yōu)于1mV

5、 PS：TIDU026——利用運放OPAX192實現(xiàn)擺率限制功能

實際設(shè)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(xiàn)擺率限制76D

參考文獻(xiàn)：TIDU026 Single Op-Amp Slew Rate Limiter.pdf

5.1 工作原理分析：閉環(huán)瞬態(tài)測試——SR=I(CF1)/CF1=(VCC/RI1)/CF1=20V/0.1s

工作原理仿真分析電路

瞬態(tài)仿真設(shè)置

各點測試波形及擺率測試數(shù)據(jù)：20V/0.1s

5.2 穩(wěn)定性分析：開環(huán)頻域測試

穩(wěn)定性測試電路

RFv=1.6k：閉環(huán)速度為20dB/dec，fcl=100kHz;

電路穩(wěn)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(huán)速度為40dB/dec，fcl=4.6kHz——電路不能穩(wěn)定工作

5.3 穩(wěn)定性分析：時域測試

時域穩(wěn)定性測試電路

RFv=1.6k時輸出正常——電路穩(wěn)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(wěn)定工作

RFv=1.6時輸出振蕩——電路不能穩(wěn)定工作

輸入輸出電壓波形：輸入信號階躍變化時輸出發(fā)生嚴(yán)重震蕩

5.4 穩(wěn)定性分析：閉環(huán)頻域測試

閉環(huán)頻域測試電路

RFv=1.6k時電路穩(wěn)定工作，-3dB帶寬約101kHz

RFv=1.6時電路不能穩(wěn)定工作;

在4kHz—5kHz之間存在雙極點，相位發(fā)生180度突變

擺幅與單位增益帶寬：測試帶寬時應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(huán)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(shè)置

增益Gain參數(shù)設(shè)置

輸出電壓DB(V(VOUT))即閉環(huán)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(huán)增益和相位與頻率間特性曲線

7、總結(jié)：運放電路頻域環(huán)路穩(wěn)定分析與時域測試一致，包括響應(yīng)時間、超調(diào)等等;該運放作為精密參考緩沖電路時負(fù)載電容可設(shè)置為10uF，此時雙反饋補償網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮作用;進(jìn)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(fā)生畸變;實際工作時閉環(huán)帶寬與穩(wěn)定域度需要匹配，帶寬增加時最小相位降低，存在不穩(wěn)定隱患!