Помогите проверить стабильность усилителя

Мне нужно сделать анализ стабильности моей схемы усилителя. Я реализовал схему в LTspice, где провел некоторые симуляции, поэтому я хотел бы использовать тот же инструмент и для анализа стабильности. Схема усилителя следующая:

Настройка PA Transient

Я следовал некоторому видеоруководству, которое советует следующие шаги для анализа стабильности:

  • Разорвите петлю обратной связи для сигналов переменного тока, вставив большую катушку индуктивности 1TH между выходом и цепью обратной связи (таким образом мы сохраняем смещение постоянного тока, но блокируем переменный ток).

  • Добавьте большую емкость (1 TF) между сетью обратной связи и стимулом переменного тока,

  • Заземлите вход.

Применив предыдущее, я получил следующую схему:

Упущенная возможность

Если я правильно понимаю, проверка стабильности основана на измерении запаса по фазе усиления замкнутого контура (должно быть V(out)) в точке пересечения 1/β (должно быть 1/V(fb), fb равно точка обратной связи) и графики усиления разомкнутого контура (должны быть V(out)/V(fb)). В общем, мы должны убедиться, что фазовый сдвиг сигнала обратной связи не превышает 180°, когда усилитель достигает единичного усиления (избегайте усиления, когда вычитание сигнала обратной связи превращается в сложение из-за фазового сдвига). На практике, как правило, минимальный запас по фазе должен составлять 45°. После моделирования я получаю следующий график:

введите описание изображения здесь

Из графика видно, что запас по фазе составляет около 113° (180° - absolute_value(фаза в точке пересечения)), поэтому я могу сделать вывод, что усилитель работает стабильно (верно?). Это также подтверждает переходную симуляцию. Однако, когда я удаляю конденсатор емкостью 100 пФ на транзисторе Q4 (вторая дифференциальная пара), я получаю запас по фазе 145°, но анализ переходных процессов показывает колебания, как на графике:

Plot_transient

Я определенно что-то упускаю, поэтому мне нужна помощь, чтобы сделать правильную настройку и моделирование (возможно, и интерпретацию).

Указывает ли это на ВЧ колебания, когда входной сигнал равен нулю?
Не задумываясь слишком глубоко, V3 — это инвертированный вход для обратной связи, поэтому необходимо повторно инвертировать разность фаз, чтобы измерить неинвертированный запас по фазе.
Да, это указывает на колебания, когда входной сигнал равен нулю, в конфигурации с удаленными 100 пФ.
D1у него отсоединен анод. Кроме того, не нужно искушать дьявола, используя эти огромные значения для L и C; матричный решатель может кашлять, если динамический диапазон между двумя соседними элементами различается более чем на 15 (? не помню) порядков. У вас есть 1T (1e12) и 100n (1e-7) рядом друг с другом. 1к хватит.

Ответы (1)

Стабильность зависит от коэффициента усиления и фазы контурного усиления. Это полный цикл, сравнивающий одну сторону разрыва с другой. Вы должны сравнивать усиление и фазу сигналов по обе стороны от катушки индуктивности. То есть сравнение Vout с введенным сигналом.

Полная фаза контура должна быть существенно меньше 360 градусов, когда коэффициент усиления контура равен 1 (единице). Обратите внимание, что у вас есть отставание на 180 градусов уже на низкой частоте из-за инвертирующего характера комбинированных входных каскадов. Так что теоретически вам разрешено отставание еще на 180 градусов от остальной части цикла при единичном усилении. На практике включается запас безопасности (запас по фазе, скажем, 45 градусов). Таким образом, на практике отставание по фазе по всей петле должно быть не более 315 градусов при единичном усилении петли.

Также обратите внимание на фазовую шкалу. Там, где он начинается со 180, было бы понятнее, если бы он был помечен как -180, а затем увеличивался в отрицательном направлении до -360, где он помечен как 0.

Если вы обнаружите, что фаза контура больше 315 градусов при единичном усилении контура, увеличьте размер C4, компенсационного конденсатора.

Спасибо. Немного не по теме, вы думаете, что этот двухкаскадный дифференциальный усилитель не очень хорошая идея из-за стабильности?
Я никогда раньше не видел такого двойного входного каскада. Обычно достаточно одного входного каскада дифференциального усилителя/источника тока/токового зеркала, и он вносит достаточный вклад в усиление без обратной связи (прямое усиление). Я ожидаю, что ваш подход с двойным входным каскадом значительно увеличит усиление разомкнутого контура, которое вы можете компенсировать, задав большее значение для C4 (8 пФ довольно мало) и/или большее усиление замкнутого контура, любой из которых поможет получить коэффициент усиления контура снижается до единицы до того, как фаза контура достигает -360. Вам нужно будет посмотреть на амплитуду петли и фазовую характеристику, чтобы быть уверенным.
Помогите проверить стабильность усилителя
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v