使用模擬比例積分微分 (PID) 控制器的溫度控制是一種非常簡單的電路,，是確保熱電冷卻器 (TEC) 的設置點能夠對溫度或者激光進行調節(jié)的有效方法,。比例積分項協同工作，精確地伺服TEC的電流,，以維持控制器的溫度設置點,。與此同時,，微分項對完成上述工作的速率進行調節(jié)，從而優(yōu)化總體系統響應,。如果可以對總體系統響應H (s) 進行描述,，則為其設計 PID 控制器G (s) 的最為方便和有效的方法是利用 SPICE 進行仿真。

步驟1：確定SPICE模型的TEC/Temp傳感器熱阻抗,。

要想把 SPICE 作為 PID 環(huán)路設計的一種有效工具,，獲取溫度環(huán)路的熱響應非常重要，目的是獲得 PCB?TEC? 激光二極管? 溫度傳感器接線的實際熱敏電阻,、電容和傳輸函數,。記住，由于實際熱特性會出現高達50%的變化,，因此最好是向實際系統注入一個熱步進輸入,，并對其進行測量，以獲得最佳的 SPICE 仿真熱模型,。

如果對熱連接線進行描述,，請使用“外環(huán)路、內環(huán)路”程序來確定G (s) 模塊中控制放大器的總體環(huán)路響應和穩(wěn)定性,。在所有情況下,，都會使用一個非常大的電感來中斷外環(huán)路和內環(huán)路,，并通過一個大電容器和 AC 電源激勵環(huán)路。

步驟 2：中斷G(s)和H(s)之間的外環(huán)路

外環(huán)路定義為圍繞G（s）和H（s）模塊的一條通路,。使用圖 1 進行模擬的目標是中斷外環(huán)路,，獲得H（s）、G（s）和總環(huán)路增益,，以驗證熱環(huán)路穩(wěn)定性,。這種情況下，圖 2 顯示相位降至零度以下,，而環(huán)路增益變?yōu)?0 dB,，其表明整個環(huán)路不穩(wěn)定。因此,，改變 G（s）應加強 PID 控制,，并增加溫度環(huán)路的穩(wěn)定性。

圖 1 仿真電路獲得環(huán)路增益和相位

圖 2 圖 1 的環(huán)路增益和相位曲線圖

圖 3 中改進型G (s) 模塊包括 PID 組件,。微分電路的角頻由 R7 和 C3 設定,；R3 設置比例增益；C2 和 R6 設置積分電路角頻,。

圖 3 補償G (s) 的仿真電路

步驟3：中斷G（s）“內環(huán)路”,，確定本地放大器穩(wěn)定性

構建完整 PID 組件的最后一步是中斷內環(huán)路，檢查本地放大器 (OPA2314) 的穩(wěn)定性,，從而確保其穩(wěn)定性與總環(huán)路增益無關,。在這種情況下，放大器要求使用一個50 pF電容器（請參見圖 4）,，以維持本地環(huán)路的穩(wěn)定運行,。

圖 4 經過補償的本地G (s) 環(huán)路的最終電路