LTSpice-Divergenz zwischen AC-Analyse und Transientenanalyse für Niederfrequenzverstärkung

Nachdem ich eine Weile damit gespielt habe, denke ich, dass dies auf Unterschiede in der Art und Weise zurückzuführen ist, wie die Transienten- und AC-Analysen berechnet werden. Ich habe ähnliche Ergebnisse mit verschiedenen Wechselspannungen, Lastwiderständen und verschiedenen MOSFET-Modellen von MOSIS erhalten. Ich habe auch versucht, die AC- und DC-Spannungen in Reihe zu schalten und Rbig und Cbig zu entfernen, falls diese Probleme verursachen. Ich habe überprüft, dass 2,5 V die richtige DC-Vorspannung für Ihre Modelle ist.

Ich fand eine schlechte Übereinstimmung zwischen der transienten Verstärkung, der AC-Analyseverstärkung und der DC-Sweep-Verstärkung am Mittelpunkt. Die Übereinstimmung war viel besser (wenn auch nicht großartig) mit einer DC-Vorspannung von 2,6 V, was eine Verstärkung von etwa 3 hat.

Hier ist meine Reproduktion des Unterschieds zu den MOSIS-Modellen. Die Gewinne betrugen 59 für DC, 38 für Transienten und 23 für AC. Beachten Sie die lineare vertikale Skala auf dem Diagramm der AC-Analyse.

Was richtiger ist, scheint von den Umständen abzuhängen. Zitat aus einem SPICE-Tutorial :

Die Kleinsignalanalyse (AC) wird um den mit der OP-Analyse berechneten Arbeitspunkt herum durchgeführt und ist genau gleich wie die manuelle Kleinsignalanalyse. Da die Schaltung für diese Analyse linearisiert wird, werden Verzerrungen, Sättigungen oder Intermodulationen, die in der realen Schaltung auftreten würden, von der Analyse nicht berücksichtigt. Der Betriebspunkt wird automatisch berechnet, auch wenn die OP-Analyse nicht angegeben ist.

Von der nächsten Seite :

Die Transientenanalyse löst die vollständigen nichtlinearen algebraischen Differentialgleichungen einer Schaltung. Effekte wie nichtlineare Verzerrung, Intermodulation, Sättigung, Clipping und Oszillationen (instabiles Verhalten) können mit dieser Analyse modelliert werden. Gleichungen werden standardmäßig numerisch gelöst, wobei der Arbeitspunkt als Anfangsbedingung verwendet wird.

Und hier ist ein Zitat aus The Designer's Guide to SPICE and Spectre :

Die AC-Analyse berechnet das Kleinsignalverhalten einer Schaltung, indem die Schaltung zunächst um einen DC-Arbeitspunkt herum linearisiert wird. Da die AC-Analysen mit einer linearen zeitinvarianten Darstellung arbeiten, können die von den AC-Analysen berechneten Ergebnisse nicht die Effekte zeigen, die normalerweise mit nichtlinearen und zeitvariablen Schaltungen verbunden sind: Verzerrung und Frequenzumsetzung. Die AC-Analysen liefern jedoch eine Fülle von Informationen über die linearisierte Schaltung und sind daher in bestimmten Anwendungen von unschätzbarem Wert. Sie sind im Großen und Ganzen auch viel weniger temperamentvoll als die DC- oder Transientenanalyse. Die AC-Analysen unterliegen nicht den Konvergenzproblemen von DC und den Genauigkeitsproblemen von Transienten. Wenn die AC-Analysen ungenau sind, liegt es fast immer daran, dass die Komponentenmodelle nicht korrekt sind.

UPDATE: Basierend auf den Kommentaren von Placeholder habe ich einen 10-nV-Stimulus ausprobiert, um zu sehen, ob es eine Verbesserung gab. Die Theorie dahinter wäre, dass ein kleinerer Stimulus die Neuberechnung des Arbeitspunkts während der Transientenanalyse vermeiden könnte, was die Ergebnisse mit der linearisierten AC-Analyse in Einklang bringen würde. Dabei habe ich Rbig auf 10 MΩ und Cbig auf 10 mF geändert; Ich vergesse warum. Leider sind die Ergebnisse trotz offensichtlicher Quantisierungsprobleme ähnlich. Die transiente Verstärkung beträgt ~50 und die AC-Verstärkung beträgt ~10.

UPDATE 2: Sergei erhielt eine Antwort von Mike Engelhardt, dem Autor von LTSpice:

Sie werden feststellen, dass die meisten SPICE-Programme Probleme mit der AC-Linearisierung der Stufe 3 haben (worüber AC berichtet wird). Ich habe die meisten Probleme behoben, aber einige bleiben bestehen. Dies ist einer der Gründe, warum Level 3 vor 25 Jahren veraltet war. Level 3 wird im IC-Design nicht mehr verwendet.

UPDATE 3: Mike hat eine Follow-up-Nachricht gesendet:

Übrigens, Sie können hinzufügen, dass ich schauen werde, ob ich das Problem mit Level 3 in Ihrem Fall verbessern kann, und ich schätze Ihren Testvektor, aber Sie sollten sich darüber im Klaren sein, dass absolut jedes Mal, wenn ich eine solche Level-3-Frage sehe, Es ist niemals Hardware beteiligt. Bei LTspice geht es um aktuelles Schaltungsdesign, nicht um das Durchsuchen veralteter Modelldateien.