Helfen Sie, die Stabilität des Verstärkers zu überprüfen

Ich muss die Stabilitätsanalyse meiner Verstärkerschaltung durchführen. Ich habe Schaltpläne in LTspice implementiert, wo ich einige Simulationen durchgeführt habe, daher möchte ich dasselbe Tool auch für die Stabilitätsanalyse beibehalten. Das Verstärkerschema ist das folgende:

PA-Transienten-Setup

Ich habe ein Video-Tutorial befolgt, das die folgenden Schritte für die Stabilitätsanalyse empfiehlt:

  • Unterbrechen Sie die Rückkopplungsschleife für die AC-Signale, indem Sie eine große 1. Induktivität zwischen dem Ausgang und dem Rückkopplungsnetzwerk einfügen (auf diese Weise behalten wir die DC-Vorspannung bei, blockieren jedoch den AC).

  • Fügen Sie eine große Kapazität (1TF) zwischen dem Rückkopplungsnetzwerk und dem AC-Stimulus hinzu,

  • Erden Sie den Eingang.

Wenn ich das Vorherige anwende, habe ich das folgende Schema erhalten:

PA_Stabilität

Wenn ich das richtig verstehe, basiert die Stabilitätsprüfung auf der Messung des Phasenabstands der Verstärkung des geschlossenen Regelkreises (das sollte V(out) sein) am Schnittpunkt von 1/β (das sollte 1/V(fb) sein, fb ist Rückkopplungspunkt) und Open-Loop-Gain-Plots (das sollte V(out)/V(fb) sein). Im Allgemeinen sollten wir sicherstellen, dass die Phasenverschiebung des Rückkopplungssignals weniger als 180° beträgt, wenn der Verstärker die Einheitsverstärkung erreicht (Verstärkung vermeiden, wenn die Subtraktion des Rückkopplungssignals aufgrund der Phasenverschiebung zur Addition wird). In der Praxis sollte als Faustregel der minimale Phasenrand 45° betragen. Nach der Simulation erhalte ich folgenden Plot:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Aus dem Diagramm kann ich erkennen, dass der Phasenabstand etwa 113 ° beträgt (180 ° - absoluter_Wert (Phase am Schnittpunkt)), sodass ich schließen kann, dass der Verstärker stabil ist (richtig?). Dies bestätigt auch die transiente Simulation. Wenn ich jedoch den 100-pF-Kondensator am Transistor Q4 (das zweite Differenzialpaar) entferne, erhalte ich einen Phasenabstand von 145 °, aber die Transientenanalyse zeigt eine Oszillation, wie im Diagramm:

Plot_transient

Mir fehlt definitiv etwas, daher brauche ich Hilfe bei der korrekten Einrichtung und Simulation (wahrscheinlich und Interpretation).

Zeigt es HF-Schwingungen an, wenn das Eingangssignal Null ist?
Ohne zu tief nachzudenken, V3 ist der invertierte Eingang für die Rückkopplung, sodass Ihre Phasendifferenz erneut invertiert werden muss, um den nicht invertierten Phasenabstand zu messen.
Ja, es zeigt Schwingungen an, wenn das Eingangssignal Null ist, in einer Konfiguration mit 100 pF entfernt.
D1hat seine Anode abgeklemmt. Außerdem müssen Sie den Teufel nicht in Versuchung führen, indem Sie diese gigantischen Werte für L und C verwenden; Der Matrixlöser kann husten, wenn der Dynamikbereich zwischen zwei benachbarten Elementen um mehr als 15 (? erinnere mich nicht) Größenordnungen variiert. Sie haben 1T (1e12) und 100n (1e-7) nahe beieinander. 1k wird reichen.

Antworten (1)

Die Stabilität hängt von der Verstärkung und Phase der Schleifenverstärkung ab. Das ist die vollständige Schleife, in der eine Seite der Unterbrechung mit der anderen verglichen wird. Sie sollten die Verstärkung und Phase der Signale auf beiden Seiten der Induktivität vergleichen. Das heißt, Vout wird mit dem eingespeisten Signal verglichen.

Die vollständige Schleifenphase muss wesentlich kleiner als 360 Grad sein, wenn die Schleifenverstärkung 1 (Einheit) ist. Beachten Sie, dass Sie aufgrund der invertierenden Natur der kombinierten Eingangsstufen bereits bei niedriger Frequenz eine Verzögerung von 180 Grad haben. Theoretisch ist Ihnen also eine weitere Verzögerung von 180 Grad um den Rest der Schleife bei Einheitsverstärkung erlaubt. In der Praxis ist ein Sicherheitsspielraum enthalten (Phasenspielraum von beispielsweise 45 Grad). In der Praxis sollte die Phasenverzögerung um die gesamte Schleife herum also nicht mehr als 315 Grad bei einer Verstärkung der Einheitsschleife betragen.

Achten Sie auch auf die Phasenskala. Wo es bei 180 beginnt, wäre das klarer gewesen, wenn es mit -180 gekennzeichnet worden wäre und dann negativ auf -360 gestiegen wäre, wo es mit 0 gekennzeichnet ist.

Wenn Sie feststellen, dass die Schleifenphase bei einer Schleifenverstärkung von Eins größer als 315 Grad ist, erhöhen Sie die Größe von C4, dem Kompensationskondensator.

Danke schön. Etwas abseits des Themas, halten Sie diesen zweistufigen Differenzverstärker vielleicht aus Stabilitätsgründen für keine gute Idee?
So eine doppelte Eingangsstufe habe ich noch nie gesehen. Normalerweise reicht eine Diff-Amp/Stromquelle/Stromspiegel-Eingangsstufe aus und trägt ausreichend zur Open-Loop-Verstärkung (Vorwärtsverstärkung) bei. Ich würde erwarten, dass Ihr Ansatz mit doppelter Eingangsstufe die Open-Loop-Verstärkung stark erhöht, die Sie durch einen größeren Wert für C4 (8 pF ist ziemlich klein) und / oder eine größere Closed-Loop-Verstärkung kompensieren könnten, die beide dazu beitragen, die zu erhalten Schleifenverstärkung auf Eins, bevor die Schleifenphase -360 erreicht. Sie müssten sich die Amplitude und den Phasengang der Schleife ansehen, um sicherzugehen.
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