仿真又不對？看看一流工程師怎么分析！

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原文授權自知乎up：蔣宇辰

“仿真又錯了，真實電路出來的結果完全不一樣。”

“別用仿真了，反正都仿不準，不如直接搭個電路試試。”

“xxx仿真器根本不行，仿出來一堆錯的。”

仿真不準這個都市傳說好像又雙叒叕靈驗了，我在測試一個運放性能的時候發現帶寬明顯不符合預期。

測試電路是這樣的

仿真結果是這樣的

實際測試結果是這樣的

仿真帶寬17MHz，實際電路帶寬3MHz，仿真你在逗我？反復檢查電路，確認沒有焊接錯誤，物料參數也是正確的，但是測再多遍都是這個結果。

又一篇吐槽仿真不準的文章？當然不是。遇到問題先懷疑自己的實驗是否合理，很多問題藏在不起眼的細節里。

對于一個有一定經驗的老油條來說，找到問題也不是特別難，很快反應過來哪里翻車了，修正錯誤，再試一次。

Bingo！實際電路與仿真結果基本吻合。

問題出在哪里？

這又是一個很基礎但容易被忽視問題：SPICE的AC仿真，究竟仿的是大信號模型還是小信號模型？

（很多看《運放秘籍》的同學也有相同的疑問，在Multisim里都是一樣的，AC仿真時是小信號模型，因此信號源的幅值不會有影響）

可能有人覺得大信號小信號要看仿真設置，激勵源幅度大就是大信號，激勵源幅度小就是小信號。正不正確只需要簡單驗證一下就好，還是上面的電路，對激勵源的幅度進行掃參（100m、200m、500m、1、2）看看結果。

5條曲線完全重合，仿真結果根本不受激勵源幅度的影響！

驚不驚喜，意不意外？其實認真看過仿真器手冊就不會感到意外了。

LTspice手冊關于.AC仿真命令的標題就是“.AC -- Perform an Small Signal AC Analysis Linearized About the DC Operating Point”。AC仿真仿的是小信號模型。

事實上在AC仿真中，激勵源的幅度大小沒有任何意義，這只是一個用于計算的數字，不代表任何物理量，只要你愿意從1E-9取到1E9都可以。AC仿真可以理解成在靜態工作點處把電路抽象成系統模型，模型一定傳遞函數自然就定了，傳遞函數當然不會受激勵信號幅度的影響。

我們習慣上把激勵源幅度設置為1，是為了方便顯示結果，只要把輸出顯示出來就等效于電路增益了，不需要再進行Vout/Vin的換算。

如果想在仿真中仿大信號模型，那就不能用AC仿真了，得用TRAN仿真。

“.TRAN -- Perform a Nonlinear Transient Analysis”

TRAN仿真應該是最接近于電路實際行為的仿真，不過仿真結果是時域波形，數據分析起來有點麻煩。

同樣的電路，改成TRAN仿真，用.MEAS命令算一下2MHz下各種激勵幅度對應的電路增益。

得到的結果如下，可以看到激勵信號500mV時，電路增益開始明顯降低，輸出波形也開始畸變。

Measurement: res3
step res1/res2
1 2.00587
2 2.00584
3 1.90498
4 1.02201
5 0.510008

回到測試電路，這次我翻車就翻在了激勵的幅度上，想著仿真時都是1，那實測時也用1Vpp，再看看手冊，FPBW（Full Power Bandwidth）試條件是Vo=1Vpp，而我的電路中輸入1Vpp，輸出都2Vpp了，當然應該用SR（Slew Rate）這個大信號模型去考慮，而不是GBW這個小信號模型。

嘗試著改變激勵幅度多測幾次頻響，得到了如下的結果。

所以是仿真錯了么？是我錯了。

原文授權自知乎up：蔣宇辰

*以下是贈送內容

細心的讀者可能發現了問題：手冊上當Vo=1Vpp時FPBW是1.6MHz，怎么我在Vo=1Vpp下測的頻響接近5MHz？

這涉及到大信號模型的定義問題，這個FPBW其實可以用SR推導出來。

我們知道正弦信號可以用函數表示：

其中A是幅值，f為頻率

它的一階導數可以用來表示信號的變化率：

在定義域內有極大值2πfA

因為SR就是放大器電壓變化率的極限，令

帶入A=1V，可以得到

而波特圖儀則是通過掃掃頻，用輸出信號與輸入信號幅值的比，測出的頻響曲線。

當輸出信號超過放大器SR極限時，輸出信號已經明顯失真，也就是說系統不再是線性系統了，而非線性系統的頻率響應是沒有意義的。所以我用這種手段測的大信號帶寬與手冊不符也是很正常的。

最后再來驗證一下SR參數，1.783V/170ns=10.488V/us，與手冊給出的10V/us吻合。

原文授權自知乎up：蔣宇辰

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