典型的两级运放环路稳定性分析

典型的两级运算放大器环路稳定性分析典型的两级运放如图所示，负载电容CL=50fF。首先建立静态工作点。加偏置电流I0=4uA，加共模输入电平1.25V。仿真后得到结果如下，静态工作点是合适的。VD°VDD00M15■_>o001.02■0.05GNDi=15,8uvdso't=1斗3hi459GNDnch5285mM7id=—斗JMljvqs——-1/115_VD°VDD00M15■_>o001.02■0.05GNDi=15,8uvdso't=1斗3hi459GNDnch5285mM7id=—斗JMljvqs——-1/115_vds---3.41M6-••id=4,04uvgs=1：02'弋0'---vds=1.5'9vth=8斗9mydsat=175mW5-iJid=7：75u'-vgs=.L02-,0_J'./d£：=2o5m-Ivth=850mIvdsat=175mfv侶••'id=4u'--vg1-,02.0--vds§=1-,0zvth=8-50m'vdsat=175m'nch51.02M2'id=3.88u-vq3='965m285rn-vds=d；tinch-5工竺id=3：88u?51r_vas=S65rn.亠-,285rnvd：3=-itC---vth=8斗6mvdsat=1斗Srfi卡.285m'p.chS3,891二159vth=-840m'Ivdsat=-2斗1帀nch5.1591^2115_3,8-91Ipch5.id=—-Xl53ut._5''-vgE=^LI1l-vdE：=^1,11「vth=-841mI'vd8<at=—2斗0m甲rich5二比25"L25.JV3.打=0pch5Ia5ikd=-：3,S8u--3^9!vgs=-1.-11-■--_lOvds=^-l,11--3,59vth=-841mfvdsat=-240m开环分析米勒补偿前做开环分析如下，显然，这是不合适的。0-freq(Hz)0-freq(Hz)ACResponse丿10(85.03dB)1035O.(H；njUFFTT^TJ，•「"「‘几川m-50.0-B-100.0-2-150.0--200.0--2S0.0-50.0-mACResponse丿10(85.03dB)1035O.(H；njUFFTT^TJ，•「"「‘几川m-50.0-B-100.0-2-150.0--200.0--2S0.0-50.0-m25.0-A50'ioO•3临&(1It.Ibtridb]rxopumv50,Ol；4!b.'biI'..''/hl".--"J[1.'..-50.0--100.0-CT5-150.0-o-200.0--250.0--300.0-_3%&jEJCiJ|/f-(7'jljrxopumv50,Ol；4!b.'biI'..''/hl".--"J[1.'..-50.0--100.0-CT5-150.0-o-200.0--250.0--300.0-_3%&jEJCiJ|/f-(7'jljI")/VI-r'/r^1[-1L.Zj4rnd0-10(82.09dB)75.0-50.0-¥25"0'A■50'io0105加入调零电阻Rz=40K,二二訂=厂厂,仿真结果如下。可以看出，，-二二=二二-二，相位裕度为40度，不够。可通过加大补偿电容来进一步分裂p1,p2主次极点。（已尝试过加米勒补偿电容Cc=300fF可以得到大于60度的相位裕度）。但是本次设计的运放用在负反馈环路中，故只需要负反馈环路是稳定的就达到设计标准。ACResponse理论计算。查看各管子的静态工作点。gml=gm2=40.九$，即ro2=7,1M，gE4=84n,冃卩no4=12M，即?.!=ro2：=-.-/ogm7=26.8uS，即］o7=6.IM，gd話=5呂九即ro6=17.2M，即R2二ro7||ro6二4.5Mo

Avopen=Avl*Av2=gmlro2||rci4*gm7ro7||]'o6=179.1+120.6=21597,pl二二=「二。理论值与仿真结果X士非常接近。pl二一亠；：：“一…厂n，理论值与仿真结果非常接近。-=85MHZS^rtCL2*3.14-5DfF'GB=Ai-GB=Ai-ropen+pl=4D.7US:广匚三，理论值与仿真结果：=：：＜非常接近。宀A“唤,PM=180-Phaseshift=ISO-90-tan"--tan"-=90-21-6=63,理论值与仿真结果40度偏差较大。在负反馈环路中做环路稳定性分析:vgs=^1.11•vds=—1.11vth=-841mvdsot=-2斗OF"id=—3.8Bu'V'gs=^U1-5vds=^'L3斗'3.強1^h=-841rnvds-：:t=-2斗0mnchS■Iid=3.'d7u■'.■'■qs=-965rn-2；左斗mvgs=^1.11•vds=—1.11vth=-841mvdsot=-2斗OF"id=—3.8Bu'V'gs=^U1-5vds=^'L3斗'3.強1^h=-841rnvds-：:t=-2斗0mnchS■Iid=3.'d7u■'.■'■qs=-965rn-2；左斗m_vds=-3.b--vth=8斗Emvds口壮rii■out-va«='96-6rri昶斗「门-vds=-Jj.-38vth=846rnvdsdt=1斗ZIE侣Jnch5id=4u'I1,02''■'■■gs=1..S2.I02■'■.■'■ds=1'rw2'lZJF-vtr-BSSrri旨vdsot=176rri','vds=,284m

¥th=8S0rn0-M6-•-id=4.09urpVth=849rri叔s：cit=17E，mStabilityResponseStabilityResponse(oap)0>-50.0-LoopGaindBJO[49>.«'25.0-(oap)0>-50.0-LoopGaindBJO[49>.«'25.0-从上图可以看出，加入反馈电阻网络R1，R2后就打破了原有的静态工作点：主要是反馈电阻网络R1，R2中的电流由M7管提供，所以M7管的静态工作点打破了，即运放的第二级跨导GmII，输出电阻R2都变了。从波特图中可以看出相位裕度为77度，满足设计标准。理论计算：查看各管子的静态工作点。gml=gm2=40.7uSgdsl=141]b=95ibgml=gm2=40.7uSgds4=72n_.即ro4=I4M，即RI=工口2||工口4=6Mogm7=44.6uS,=123m即ro7=8M,=5。仇即]o6=20M,即Ell=rci7||ro6||(Rl+R2)—0.285NoAvLoop=Avl*Av2*f=gmlro2||ro4*gm7ro7||ro6||(Rl+R2)*f=244.2*12.7*0.51549.4-■-5--=门±o理论值与仿真结果门二非常接近。理论值与仿真结果非常接近。44.6U5宀生二=-m理论值与仿真结果非常接近。44.6U5宀生二=-m。二二-:二二m-mi二上二，理论值与仿真结果二非常接近。W关=W关=45-8MH^gni7PM=180-Phaseshift=180-90-tan"--taiT-(^)=^-6-19=65，理论值与仿真结果77度偏差较大。此结果可能是由于gm7变大，原来的调零电阻RZ过大造成的。现在改变调零电阻Rz=25K,上二訂二二二二-二，仿真结果如下：btaDintyResponse200-1LoopGainHnase163.5/ydegjfreq(Hz)10s109btaDintyResponse200-1LoopGainHnase163.5/ydegjfreq(Hz)10s109此时，相位裕度为63度，满足设计标准。改用大电感大电容仿真环路增益：ACResp