三极管线性电源频域与时域分析

1、 主要内容：利用运放环路稳定性判据对三极管线性电源进行频域与时域工作特性分析

2、 AC：频域稳定性仿真测试

环路稳定性频域测试电路：相位裕度pm=80

具体分析与计算参考：Designing Control Loops for Linear and SwitchingPower
Supplies

交流仿真设置

Aol与1/Beta的闭合速率为20dB/dec、环路相位裕度为83度：环路稳定工作

3、 Transisent：瞬态时域仿真测试

时域测试电路

瞬态仿真设置

负载为5V/1A时输出电压波形：

负载电容为1mF，输出电压从0到达稳态5V约0.2ms;

电压过冲约155mV，恢复时间越110us;

输出电压纹波峰峰值大大优于1mV

第1步：负载特性测试——负载电流1A—2A—1A，测试结果如下图所示

负载特性测试电路

输出电压与负载电流波形：

负载由1A增大至2A时输出电压瞬间下降约15.9mV，恢复时间约163us;

负载由2A减小至1A时输出电压瞬间上升约13.9mV，恢复时间约136us

第2步：输入源效应测试——输入电源电压10V—9V—10V，测试结果如下图所示

输入源效应测试电路

输出电压与输入电源电压波形：输入电压上升和下降时间为10us

输入电压由10V降低为9V时输出电压瞬间下降约1mV，恢复时间约76us;

输入电压由9V升高为10V时输出电压瞬间上升约1mV，恢复时间约66us

第3步：参考源Vref测试——参考源电压2.49V—2.5V—2.49V，测试结果如下图所示

参考源Vref测试电路

输出电压与参考源电压波形：

参考源电压由2.49V升高为2.5V时输出电压瞬间上升约20mV，恢复时间约143us

参考源电压由2.5V下降为2.49V时输出电压瞬间下降约20mV，恢复时间约158us

第4步：参考源Vref测试——参考源电压由2V线性增大为5V，测试结果如下图所示

Vref直流仿真设置：输入VIN=10V，负载电阻5欧姆

输出电压与参考源电压波形：输出电压最大值为9.22V

参考源电压在2.5V—4.63V时输出电压线性增加;

当参考源电压大于4.63V时输出电压恒定不变，此时Q2饱和导通

4、 Transisent、AC：输出振荡时频域与时域联合测试——相位裕度与时域波形

频域测试电路

Aol与1/Beta的闭合速率为40dB/dec、环路相位裕度为-2.3度：电路振荡

时域测试电路

输出电压VOUT振荡

输出电压波形：负载电流为1A时纹波约为437mV，

大大超出稳定工作时的1mV，而且呈现逐渐增大趋势!

5、 实际测试：(待整理)

负载特性、输入源特性、参考源调节——测试波形与数据相结合，然后与仿真对比

6、 总结：

频域与时域特性一致;频域相位裕度足够时电路稳定工作，否则电路振荡!

7、 附录——关键仿真器件模型