Determinación de la ganancia de bucle abierto de un amplificador en LT-spice mediante una simulación transitoria

Normalmente probaría un diseño de amplificador en SPICE usando un método como este:

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Fuente: ganancia de bucle abierto de puntas analógicas

Ejecutaría una .acsimulación y trazaría el resultado.

El amplificador que quiero diseñar es un helicóptero, por lo que .aclos simuladores no funcionan porque necesito encontrar la ganancia de bucle abierto en CC y mi señal de CC está siendo modulada. Esto me restringe a una .transimulación.

¿Cómo puedo encontrar una ganancia de bucle abierto de CC con un amplificador de corte en SPICE?

En este momento, estoy usando una fuente b de barrido como mi entrada
V=1*sin(2 * pi * time * (1 + (2 * time)))y una simulación transitoria, y observando la salida, no me está dando la ganancia de bucle abierto correcta cerca de CC.

Este es el circuito de interés para la simulación:

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verdadera pregunta

Mi verdadera pregunta es ¿cómo encuentro la ganancia de CC de bucle abierto para este circuito (en papel y en especias)?

Respuesta real: ¡lea la hoja de datos y diseñe su circuito de objetivo final para que no dependa de las limitaciones en la ganancia de bucle abierto! Supongo que responderás con algo interesante. Ese amplificador operacional no es un helicóptero por cierto.
¿Qué amplificador operacional no es un helicóptero? El que está en la parte superior no es un helicóptero, es para demostrar cómo ejecutaría normalmente una simulación de bucle abierto. El circuito en la parte inferior es un interruptor, la entrada está 'cortada'. No funciona como los amplificadores modernos que niegan ambas entradas a una frecuencia de conmutación (solo tiene una entrada, por lo que no puede), pero aún se ajusta a la definición de un amplificador de corte.
OK, veo eso, pero ¿no se puede calcular la ganancia de bucle abierto a partir de las hojas de datos del amplificador operacional? Me cuesta ver tu problema.
No, es más profundo que eso. Porque los amplificadores en el circuito no están en una configuración de bucle abierto. Una forma sería calcular la función de transferencia de cada pieza (la primera etapa tiene una ganancia de CA de 120dB o 10^5). El integrador es un integrador, con alrededor de 30dB a 40db a 0.01Hz y 0db a ~10Hz.
Digamos que tomó ambos amplificadores operacionales con una ganancia de CC de bucle abierto completo, obtendría 10 ^ 10. Sospecho que la ganancia de bucle abierto en este circuito se midió en el banco. Ahora, pensando en ello, tendría que aplicar algo de teoría de comunicaciones (que es algo en lo que solo tengo una pequeña cantidad de experiencia) para lidiar con la modulación.
@ laptop2d La ganancia de CC para un integrador ideal es infinita. En la práctica, por supuesto, es la ganancia de bucle abierto del propio opamp. Y esa es solo una sección de su circuito. ¿Desea calcular la ganancia de bucle abierto mientras también opera los interruptores LTC201? Estoy pensando en quizás la necesidad de los métodos de Middlebrook, pero cuando aplicas una retroalimentación de bucle cerrado específica a esto, aplicas sus métodos y usas los comandos .measure, y luego extrapolas hacia atrás para encontrar la ganancia de bucle abierto. Pero también puedo estar hablando a través de mi sombrero. Eso es solo mi primer pensamiento, es todo. +1 por la Q.
@laptop2d Eche un vistazo dentro de Educational/FRAla carpeta de LTspice. Tiene algunos enfoques para determinar la ganancia del bucle en .TRAN, pero puede requerir que su paso de simulación varíe proporcionalmente a la frecuencia medida, para una mejor resolución (no debería ser difícil hacerlo con .param's, but it will take a toll in time). You may need to run for more than 1 period for even better results. If you can, also check out Yahoo Group's Files/adventures_with_analog` (IIRC), también hay un FRA allí que tiene objetivos similares, pero solo puede funcionar con una frecuencia de muestreo/conmutación fija.
@laptop2d Quería decir esto pero lo olvidé y ya estaba saliendo. También en Examplesencontrará LoopGain.ascy LoopGain2.asc, donde encontrará una forma más sencilla en comparación con su primera imagen.

Respuestas (2)

Podría dividirse en etapas y considerarlas por separado. Primero, el muestreo es de 925 Hz, por lo que todo lo que esté más allá de f0/2 simplemente se ignora. Segundo, hay dos caminos, dictados por cada uno de los dos pares de interruptores, q y q ¯ .

La primera etapa sería la entrada RC, eso es fácil: fc~528kHz, considera plano. Cuando q está activo, la entrada está activa, de lo contrario, la salida está activa; ambos van directamente a los JFET.

Luego está el nJFET diferencial junto con A1(comparten la red de retroalimentación). Dado que los JFET no tienen condensadores a su alrededor, y dado que sus parásitos probablemente irían mucho más allá de Nyquist, se considera que tienen una respuesta plana, mientras que la red de retroalimentación dice que tiene un polo en 1 2 π 10 k 1 m dieciséis Hz , con A v = 10 Mega 10 k = 60 dB y un cero en 1 2 π 10 Mega 1 m dieciséis megahercio , A v = 0 dB . O escriba su función de transferencia como un paso alto de estantería (con R 2 =10Meg, R 1 =10k, C=1 m ):

H 1 ( s ) = R 2 R 1 s s + 1 R 1 C

Hay al menos un polo del opamp que está más allá de Nyquist, ignorado.

La última etapa es el integrador más o menos el 1 m Tapa F + interruptores. Su R DSon se considera demasiado bajo en comparación con R DSoff . Si q La entrada de , A2está conectada a tierra, su salida será la descarga de la tapa de retroalimentación. Si q ¯ , la entrada es un paso alto pasivo con C y R DSon , terminado con R DSoff que, normalmente, es mucho más alto que 240k, por lo que la salida se verá afectada por la entrada del integrador, que también cambiará la función de transferencia general. En este punto, llamo a LTspice para que me ayude y resulta que la función de transferencia relevante es la de un paso alto con fc muy por debajo de 1 mHz (~159 m Hz, considerando R DSoff =1G Ω ), junto con un paso bajo de estante con solo el poste debajo de Nyquist, a ~ 325 Hz (bastante cerca de 462,5 Hz), por lo que podría escribir:

H 2 ( s ) = s s + 1 R D S o F F C 1 R 1 C s + 1 R 1 C

La ganancia general de lazo abierto debe ser H 1 ( s ) H 2 ( s ) , dependiendo de qué ruta esté activa, q , o q ¯ .

Ganancia de voltaje de bucle cerrado = Av = R2/R1 Entonces, ¿cambiar Acl = de 1e3 a 1e? y compare la reducción del error de compensación para obtener la ganancia de CC. Inyecte un error de compensación de entrada de CC si no hay suficiente.

Esperamos que el error de compensación de CC se reduzca con la retroalimentación Aol/Av, por lo que aumentar Av significativamente debería aumentar el error de compensación, por lo tanto, Aol = compensación de Av*Vo