三極管線性電源頻域與時(shí)域分析

1、 主要內(nèi)容：利用運(yùn)放環(huán)路穩(wěn)定性判據(jù)對(duì)三極管線性電源進(jìn)行頻域與時(shí)域工作特性分析

2、 AC：頻域穩(wěn)定性仿真測(cè)試

環(huán)路穩(wěn)定性頻域測(cè)試電路：相位裕度pm=80

具體分析與計(jì)算參考：Designing Control Loops for Linear and SwitchingPower
Supplies

交流仿真設(shè)置

Aol與1/Beta的閉合速率為20dB/dec、環(huán)路相位裕度為83度：環(huán)路穩(wěn)定工作

3、 Transisent：瞬態(tài)時(shí)域仿真測(cè)試

時(shí)域測(cè)試電路

瞬態(tài)仿真設(shè)置

負(fù)載為5V/1A時(shí)輸出電壓波形：

負(fù)載電容為1mF，輸出電壓從0到達(dá)穩(wěn)態(tài)5V約0.2ms;

電壓過(guò)沖約155mV，恢復(fù)時(shí)間越110us;

輸出電壓紋波峰峰值大大優(yōu)于1mV

第1步：負(fù)載特性測(cè)試——負(fù)載電流1A—2A—1A，測(cè)試結(jié)果如下圖所示

負(fù)載特性測(cè)試電路

輸出電壓與負(fù)載電流波形：

負(fù)載由1A增大至2A時(shí)輸出電壓瞬間下降約15.9mV，恢復(fù)時(shí)間約163us;

負(fù)載由2A減小至1A時(shí)輸出電壓瞬間上升約13.9mV，恢復(fù)時(shí)間約136us

第2步：輸入源效應(yīng)測(cè)試——輸入電源電壓10V—9V—10V，測(cè)試結(jié)果如下圖所示

輸入源效應(yīng)測(cè)試電路

輸出電壓與輸入電源電壓波形：輸入電壓上升和下降時(shí)間為10us

輸入電壓由10V降低為9V時(shí)輸出電壓瞬間下降約1mV，恢復(fù)時(shí)間約76us;

輸入電壓由9V升高為10V時(shí)輸出電壓瞬間上升約1mV，恢復(fù)時(shí)間約66us

第3步：參考源Vref測(cè)試——參考源電壓2.49V—2.5V—2.49V，測(cè)試結(jié)果如下圖所示

參考源Vref測(cè)試電路

輸出電壓與參考源電壓波形：

參考源電壓由2.49V升高為2.5V時(shí)輸出電壓瞬間上升約20mV，恢復(fù)時(shí)間約143us

參考源電壓由2.5V下降為2.49V時(shí)輸出電壓瞬間下降約20mV，恢復(fù)時(shí)間約158us

第4步：參考源Vref測(cè)試——參考源電壓由2V線性增大為5V，測(cè)試結(jié)果如下圖所示

Vref直流仿真設(shè)置：輸入VIN=10V，負(fù)載電阻5歐姆

輸出電壓與參考源電壓波形：輸出電壓最大值為9.22V

參考源電壓在2.5V—4.63V時(shí)輸出電壓線性增加;

當(dāng)參考源電壓大于4.63V時(shí)輸出電壓恒定不變，此時(shí)Q2飽和導(dǎo)通

4、 Transisent、AC：輸出振蕩時(shí)頻域與時(shí)域聯(lián)合測(cè)試——相位裕度與時(shí)域波形

頻域測(cè)試電路

Aol與1/Beta的閉合速率為40dB/dec、環(huán)路相位裕度為-2.3度：電路振蕩

時(shí)域測(cè)試電路

輸出電壓VOUT振蕩

輸出電壓波形：負(fù)載電流為1A時(shí)紋波約為437mV，

大大超出穩(wěn)定工作時(shí)的1mV，而且呈現(xiàn)逐漸增大趨勢(shì)!

5、 實(shí)際測(cè)試：(待整理)

負(fù)載特性、輸入源特性、參考源調(diào)節(jié)——測(cè)試波形與數(shù)據(jù)相結(jié)合，然后與仿真對(duì)比

6、 總結(jié)：

頻域與時(shí)域特性一致;頻域相位裕度足夠時(shí)電路穩(wěn)定工作，否則電路振蕩!

7、 附錄——關(guān)鍵仿真器件模型