4.34. Методи корекції підсилювачів
Однополюсная корекція.
Корекція повинна забезпечити, щоб на всіх частотах, на яких коефіцієнт передачі ланки зворотнього зв'язку перевищує одиницю, фазовий зсув при розімкнутої петлі зворотного зв'язку був менше 180 ° (операційний підсилювач можна використовувати як повторювач, тому замість петлевого посилення можна говорити про коефіцієнт посилення при розімкнутої петлі зворотнього зв'язку). Для досягнення цієї мети найпростіше включити в схему достатню ємність, за допомогою якої задати сопрягающую частоту і нахил характеристики, рівний. При цьому коефіцієнт посилення при розімкнутої петлі зворотного зв'язку повинен знизитися до одиниці на частоті, приблизно відповідає точці - 3 дБ на характеристиці наступного «природного» -фільтра. За рахунок цього в більшій частині смуги пропускання фазовий зсув при розімкнутому ланцюзі зворотного зв'язку буде дорівнює 90 ° і почне наближатися до 180 ° тільки тоді, коли коефіцієнт посилення стане рівним одиниці. Задум ілюструється рис. 4.84. Без корекції коефіцієнт посилення при розімкнутому ланцюзі зворотного зв'язку знижується, прагнучи до одиниці, при цьому спочатку нахил характеристики дорівнює -, потім і т. Д. В результаті, перш ніж коефіцієнт посилення стане рівним одиниці, фазовий зсув буде складати 180 ° або більше. Якщо змістити початок першого спаду характеристики в область більш низьких частот (сформувати «вершину» характеристики підсилювача), то фазовий зсув перевищить 90 °, тільки коли коефіцієнт посилення розімкнутої петлі зворотного зв'язку наблизиться до одиниці.
Таким чином, програвши в посиленні, можна виграти в стійкості. У каскаду, на який навантажений диференційний підсилювач, «природна» сполучаються частота зазвичай пов'язана з ефектом Міллера, тому корекція характеристики полягає просто в підключенні додаткової ємності зворотного зв'язку до транзистора другого каскаду, при цьому загальний коефіцієнт посилення двох каскадів по напрузі дорівнює або в діапазоні спаду частотної характеристики підсилювача (рис. 4.85). На практиці в обох каскадах можна використовувати транзистори, з'єднані за схемою Дарлінгтона.
Якщо змістити характеристику так, щоб коефіцієнту посилення, рівному одиниці, відповідала точка -3 дБ початку другої ділянки спаду посилення, то в гіршому випадку (для схеми повторювача) запас по фазі буде дорівнює 45 °, так як на частоті, що відповідає посиленню - 3 дБ , -фільтр вносить зсув по фазі на 45 °. Отже, запас по фазі дорівнює 180 ° - (90 ° 45 °), причому зсув фази на 90 ° буде майже на всій ділянці характеристики після головного полюса.
Мал. 4.85. Класичний вихідний Касада ОУ зі схемою корекції.
Корекція, заснована на використанні ефекту Міллера, має те гідність, що вона нечутлива до змін коефіцієнта посилення по напрузі з температурою або до технологічного розкиду значень коефіцієнта підсилення: чим більше коефіцієнт посилення, тим більшою мірою проявляється ємність зворотного зв'язку і тим сильніше зміщується характеристика в область низьких частот, а частота, відповідна одиничного посилення, зберігається незмінною. При цьому частота, відповідна точці - 3 дБ, починаючи з якої діє корекція, не зберігається постійною, а фактично фіксується частота, в якій характеристика перетинає вісь одиничного посилення (рис. 4.86).
Нескоректована операційні підсилювачі.
Якщо операційний підсилювач використовується в схемі, для якої коефіцієнт посилення при замкнутої петлі зворотного зв'язку більше одиниці (Не повторювач), то немає необхідності настільки сильно зміщувати вершину характеристики (відповідну «граничної» частоті фільтра низької частоти) в область низьких частот, так як критерій стійкості в цьому випадку виконати легше через менші за розміром коефіцієнта передачі зворотного зв'язку (рис. 4.87).
Якщо коефіцієнт посилення при замкнутому ланцюзі зворотного зв'язку дорівнює 30 дБ, то коефіцієнт передачі петлі зворотного зв'язку (що дорівнює відношенню коефіцієнта підсилення при розімкнутому ланцюзі зворотного зв'язку до коефіцієнта посилення при замкнутому ланцюзі зворотного зв'язку) для такої схеми менше, ніж для повторювача, тому вершина характеристики може розташовуватися в області більш високих частот. В цьому випадку роблять так, щоб коефіцієнт посилення підсилювача при розімкнутої петлі зворотного зв'язку досягав 30 дБ (а не 0 дБ) на частоті, що відповідає наступній точці перегину характеристики операційного підсилювача. Як видно з графіка, це означає, що в більшій частині діапазону частот величина коефіцієнта посилення при розімкнутому ланцюзі зворотного зв'язку більше і підсилювач має велику смугу пропускання.
Промисловість випускає операційні підсилювачі як в скорректированном, так і в нескоректована варіанті (наприклад, ОУ типу - це нескоригований ОУ типу 741, те ж саме можна сказати про таких типах ОУ:), і т.п.); для нескоректована операційних підсилювачів даються рекомендації по вибору ємностей зовнішніх конденсаторів в залежності від значень коефіцієнта посилення при замкнутому ланцюзі зворотного зв'язку. Цими рекомендаціями корисно скористатися в тих випадках, коли потрібно розширити смугу пропускання і забезпечити велике посилення. Можна також використовувати «підкориговані» ОУ, наприклад типу 357, в яких забезпечена внутрішня корекція для значень коефіцієнта посилення при замкнутому ланцюзі зворотного зв'язку, що перевищують певний мінімум для ОУ типу 357).
Корекція по типу «полюс-нуль» характеристики.
Іноді кращий результат, ніж при однополюсною корекції характеристики, можна отримати, якщо використовувати схему корекції, яка спочатку забезпечить спад посилення (нахил - після полюса характеристики), а потім, починаючи з деякої частоти, рівну характеристику (нуль характеристики) вище частоти, що відповідає другій точці зламу «власної» характеристики операційного підсилювача. При такому способі корекції друга точка зламу характеристики тим самим усувається і до третьої точки зламу відбувається плавний спад посилення з нахилом -. Частотна характеристика приведена на рис. . На практиці початок нульового кута нахилу задають таким чином, щоб усунути другу точку зламу характеристики підсилювача, а положення першої точки зламу встановлюють таким, щоб повний відгук схеми визначався одиничним коефіцієнтом посилення на частоті відповідної третьої точки зламу.
У технічних характеристиках підсилювачів зазвичай можна знайти рекомендації по вибору компонентів R і С для корекції за методом «полюс-нуль» поряд з рекомендаціями щодо вибору конденсаторів для однополюсною корекції.
Як ви дізнаєтеся з розд. 13.06, занадто великий зсув низькочастотного полюса в область низьких частот призводить до того, що другий полюс виявляється лежачим в області більш високих частот, ніж нуль характеристики. Це явище називають «розщепленням точок зламу». Частоту нуля вибирають з урахуванням цього явища.