仿真又不对？看看一流工程师怎么分析！

原文授权自知乎up：蒋宇辰

“仿真又错了，真实电路出来的结果完全不一样。”

“别用仿真了，反正都仿不准，不如直接搭个电路试试。”

“xxx仿真器根本不行，仿出来一堆错的。”

仿真不准这个都市传说好像又双叒叕灵验了，我在测试一个运放性能的时候发现带宽明显不符合预期。

测试电路是这样的

仿真结果是这样的

实际测试结果是这样的

仿真带宽17MHz，实际电路带宽3MHz，仿真你在逗我？反复检查电路，确认没有焊接错误，物料参数也是正确的，但是测再多遍都是这个结果。

又一篇吐槽仿真不准的文章？当然不是。遇到问题先怀疑自己的实验是否合理，很多问题藏在不起眼的细节里。

对于一个有一定经验的老油条来说，找到问题也不是特别难，很快反应过来哪里翻车了，修正错误，再试一次。

Bingo！实际电路与仿真结果基本吻合。

问题出在哪里？

这又是一个很基础但容易被忽视问题：SPICE的AC仿真，究竟仿的是大信号模型还是小信号模型？

（很多看《运放秘籍》的同学也有相同的疑问，在Multisim里都是一样的，AC仿真时是小信号模型，因此信号源的幅值不会有影响）

可能有人觉得大信号小信号要看仿真设置，激励源幅度大就是大信号，激励源幅度小就是小信号。正不正确只需要简单验证一下就好，还是上面的电路，对激励源的幅度进行扫参（100m、200m、500m、1、2）看看结果。

5条曲线完全重合，仿真结果根本不受激励源幅度的影响！

惊不惊喜，意不意外？其实认真看过仿真器手册就不会感到意外了。

LTspice手册关于.AC仿真命令的标题就是“.AC -- Perform an Small Signal AC Analysis Linearized About the DC Operating Point”。AC仿真仿的是小信号模型。

事实上在AC仿真中，激励源的幅度大小没有任何意义，这只是一个用于计算的数字，不代表任何物理量，只要你愿意从1E-9取到1E9都可以。AC仿真可以理解成在静态工作点处把电路抽象成系统模型，模型一定传递函数自然就定了，传递函数当然不会受激励信号幅度的影响。

我们习惯上把激励源幅度设置为1，是为了方便显示结果，只要把输出显示出来就等效于电路增益了，不需要再进行Vout/Vin的换算。

如果想在仿真中仿大信号模型，那就不能用AC仿真了，得用TRAN仿真。

“.TRAN -- Perform a Nonlinear Transient Analysis”

TRAN仿真应该是最接近于电路实际行为的仿真，不过仿真结果是时域波形，数据分析起来有点麻烦。

同样的电路，改成TRAN仿真，用.MEAS命令算一下2MHz下各种激励幅度对应的电路增益。

得到的结果如下，可以看到激励信号500mV时，电路增益开始明显降低，输出波形也开始畸变。

Measurement: res3
stepres1/res2
12.00587
22.00584
31.90498
41.02201
50.510008

回到测试电路，这次我翻车就翻在了激励的幅度上，想着仿真时都是1，那实测时也用1Vpp，再看看手册，FPBW（Full Power Bandwidth）试条件是Vo=1Vpp，而我的电路中输入1Vpp，输出都2Vpp了，当然应该用SR（Slew Rate）这个大信号模型去考虑，而不是GBW这个小信号模型。

尝试着改变激励幅度多测几次频响，得到了如下的结果。

所以是仿真错了么？是我错了。

原文授权自知乎up：蒋宇辰

*以下是赠送内容

细心的读者可能发现了问题：手册上当Vo=1Vpp时FPBW是1.6MHz，怎么我在Vo=1Vpp下测的频响接近5MHz？

这涉及到大信号模型的定义问题，这个FPBW其实可以用SR推导出来。

我们知道正弦信号可以用函数表示：

其中A是幅值，f为频率

它的一阶导数可以用来表示信号的变化率：

在定义域内有极大值2πfA

因为SR就是放大器电压变化率的极限，令

带入A=1V，可以得到

而波特图仪则是通过扫扫频，用输出信号与输入信号幅值的比，测出的频响曲线。

当输出信号超过放大器SR极限时，输出信号已经明显失真，也就是说系统不再是线性系统了，而非线性系统的频率响应是没有意义的。所以我用这种手段测的大信号带宽与手册不符也是很正常的。

最后再来验证一下SR参数，1.783V/170ns=10.488V/us，与手册给出的10V/us吻合。

原文授权自知乎up：蒋宇辰

原文链接：

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