щей ЦШ0ЧК1И определяются частотой, при которой не-скорректированная характеристика уоиления три. разомкнутой О'братиой связи меняет скорость спада с 6 иа 12 дБ/oKTafBa. Эту точку .можно иайти путем измерений на нескорректированном ОУ. Однако, чтобы пред-сказать частоту, иа которой начнется спад скорректированной характеристики (или усиление после коррекции), необходимо знать собственную прямую крутизну (или коэффициент уоиления) каскада, а также нагруз-ку, на которую будет работать каскад. Эти данные обычно не даются заранее, и их нельзя найти путе.м простых измерений.

Все сказанное .можно сум.мировать следующим образом. Бели имеется технический паспорт ОУ, надо пользоваться рекомендуемым в нем методом коррекнин Па всей вероятности, это будет коррекция с фазовым опережением или с фазовым запаздыванием. Если никаких рекомендаций по .методу фазовой коррекции нет, надо пользсваться методом изменения входного сопротивления.

1.2.6. КОРРЕКЦИЯ ИЗМЕНЕНИЕМ ВХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Имеются два общепринятых метода фазовой коррекции изменением в.ходного сопротивления. Первый метод (см. рис. 1.20) 1при..меняется наиболее широко, так как он обеспечивает ровный спад частотной характеристики, подобный спаду идеальной характеристи-ми рис. 1.18. Меняя параметры входной цепи, мол<но введением обычной обратной связи получить любое сочетание усиления и граничной частоты, как описано з 1.2.2. Главным недостатком метода, наказанного на рис. 1.20, является то, что спад частотной характернсги-К1И начинается слишком рано. Таким образом, если требуется высокое усиление, ширина полосы ОУ будет очень малой.

Метод, который иллюстрируется рис. 1.21, используется только в тех сл\1аях, когда весьма важно получить широкую полосу, а усилением можно пожертвовать. Как видно из рис. 1.21, спад скорректированной характеристики начашается не раньше, чем нескорректированная характеристика достигает точки излома, где скорость спада Меняется с 6 на 12 дБ/октава, а вплоть до этой точки скорректированная характеристика уси-

лсния остается 1ПЛОской (без выбросов). Однако метод рнс. 1.21 обычно приводит к .низкому усилению в рабочей полосе.

Метод раннего спада. Предположим, что метод рис. 1.20 необходимо использовать для ОУ, имеющего характеристики, .приведенные на рис. 1.19. Это

Скорректированное

Нескорректированное

6 дБ/октава 1Z д6/октава

\ П

0,01

468 г

4 68 1

г 4 SB г т

4 ев то

Частота,МГц

Рис. 1.21. Коррекция из.монением входного сопротивления (метод растиреппой полосы);

= Входное сопротивле11:с ОУ; i?i = i?3= (1/6,28/о)/Сг, Ci - см.

Коэффициент усиления с коррекцией X27?i

Коэффициент усиления без коррекции [с л (2/Ci/?2)/6,28

значит, что без коррекции усиление при разомкнутой ОС равно 6 дБ, .спад со скоростью 6 дБ/октава иач.ина-ется ириблизителыю па частоте 0,2 МГц, спад со скоростью 12 дБ/октава - на ча.стоте 2 МГц и спад со скоростью 18 дБ/октава - на частоте 20 МГц (это та точка, в которой усиление при разомкнутой ОС падает до нуля).

Прежде всего отметим на рис. 1.20 частоту, при которой скорость спада характер.истики схемы без коррекции изменяется с 6 до 12 дБ/октава (точка Л). На этой частоте усиление в схеме с корреки.ией должно быть равно О дБ (единичное усиление, точка В).

Проводим влево от точки В прямую под углом, соответствующим росту усиления со скоростью 6 дБ/ок-

гава. HampiHMep, ?c;ih точка В расположена на частою 2 МГц, эта прямая должна .достигнуть точки усилении 20 дБ на частоте 0,2 МГц, а точки усиления 40 дБ - на частоте 20 кГц.

На этой прямой можно выбрать любое сочетание скорректировашното усилекня и частоты начала спада (точка С). Например, если спад начинается на частоте 0,2 МГц, усилен.не будет около 20 дБ.

Предположим, что но методу рис. Г20 должна быть получена коррекция, в результате которой усиление будет равно 30 дБ, спад характеристики начнется на частоте около 0,06 МГц и усиление О дБ (единичное уол-лоние) получится на частоте 2 МГц. Типовое значение входного сопротш'вления RnlO кОм (характеристику усиления схемы без коррекции, как на рис. 1.19, и типовое значеише входного сОПротивления можно найти в техническом паспорте ОУ или путем измерений, как О'П.нсыпается в гл. 5).

Используя уравнение для скорректированного усиления, приведенное для рис. 1.20, получим: 30 лБ =

60 дБ-10 ООО Ом п , п \сА/ол t- X

=--. Отсюда R\ + Ro = (60/30 - 1 i X

10 coo о.м + /?1+ /?з

X 10 ООО-IX 10 000= 10 ООО Ом. Если i?i = i?3, то /?,= = /?з = 5000 Ом.

Используя уравнение, приведенное для рис. 1.20, получим

л - -= ! - 2100 Ом

(0,2/0,6-I) (I + 10000/I0C00) 2,3-2

(ближаЙ1иее стандартное значение). Далее,

С,--- 0,0004 мкФ

2100 О.м-б,28.(0,2 МГц)

(ближайшее стандартное значение).

Если схема рис. 1.20 при разомкнутой .или замкнутой обратной связи проявляет неустойчивость, следует пон'ытяться увеличить значения R\ и /?з (чтобы умень шить усиление); затем следует выбрать новые значения R2 и Сь

Метод расширения полосы. Предположим, что в ОУ, имеюший характеристики, приведенные на рис. 1.19, необходимо ввести коррекцию по методу рис. 1.21.

прежде Bicero надо отметить частоту, при которой скорость спада иескорректироваииой характеристики меняется с 6 на 12 дБ/октава (точка А на рис. 1.21, соответствующая 2 МГц). При этой частоте должен начинаться спад скорректированной ха растер ист ики (точка В).

Предположим, что в схеме рис. 1.21 нужно получить плоскую скорректированную характеристику с усилени-е.м 2 дБ, уменьшение которого начинается на частоте 2 МГц. Найдем приблизительные значения сопротивлений R\-Rs и емкости Сь Найдем также приблизительную граничную частоту (точка С).

Предположим, что подходящее значение каждой емкости С\ равно 0,001 МкФ. Взяв это значение и учтя частоту, при которой начинается спад неокорректирован-еой характеристими ;со скоростью 6 дБ/октава (точка D, частота 0,2 МГц), .найдем значения Ri и R:

Яг = Я, =-- 0.8-10-6 gQQQj

6.28.0,2.10в/0,0ОЫ0~б 0,001.10-6

Взяв требуемое скорректированное у1аил1ение 2 дБ, нескор.ректированное у<зиление 60 дБ и 2/?i = 1600 Ом,

получим

п 2-1600 со гл

/<2 =- 53 Ом.

60

Далее, взяв Ci =0,001 мкФ и /?2=53 Ом, получим прибл.изительное значение граничной частоты (точка С)

О.ООМО-6.53/6,28

6 МГц.

1.2.7. ПРИМЕРЫ КОРРЕКЦИИ С ФАЗОВЫМ ОПЕРЕЖЕНИЕМ

Как уже было сказано, для коррекции с фазовым опережением необходимо добавить к основной схеме ОУ один или несколько конденсаторов. В большинстве случаев эти конденсаторы являются внешними по отношению к ОУ. Однако в некоторых интегральных О} имеется внутренний конденсатор, обеспечивающий постоянную коррекцию с фазовым опережением.

Для осуществления коррекции с фазовым опережением необходимо знать собственные пара.метры ОУ. Поэтому .может потребоваться технический паспорт или

другие исходные данные Возможен и иной метод - взять типовое злачение корректирующего конденсатора и проверить получающиеся результаты. Разумеется, при этом придется потратить много времени, а резудо-таты могут оказаться пеудовлетворительными.

Ниже приводятся некоторые примеры данных по коррекщии с фазовым опережением, которые указывают изготовители ОУ,

г 4бв г f se г se z

W 100 1000

Частота,кГц

ч Вд 10000

Рис 1 22 Частотные характеристики ОУ типа САЗОЗЗ или САЗОЗЗА с коррекцией (с разрешения фирмы RCA ), Fcc = -bl2 В, И££ = -12 В, Го р=25°С

На рис, 1.22 приведено семейство типовых характеристик коррекции с фазовым опережением для ОУ рнс. 1.6. Два корректирующих конденсатора Сх и Су подключаются между коллекторами первого дифференциального каскада (выводы 8 п 13 на рис 1.6) и землей . Если значения емкостей больше 0,1 мкФ, между вывода.ми 8 к 13 можно включить низковольтный конденсатор с емкостью, вдвое меньшей той, что задает-я графиками рис 1 22, а между выводом 8 или 13 п <землей включить конденсатор емкостью 0,001 мкФ Такая схема обеспечивает ту же скорость спада частотной характеристики уоиления, что и на кривых рис 1 22, и в то же время позволяет использовать керамические конденсаторы с .меньшим рабочим напряжением. Для

работы в линейном режиме максимальная ожидаемая разность напрялченин на обО'Их коллекторах aie должна превышать 1 В.

Пунктирными л-иниями на рис. 1.22 показан граф;[-ческий расчет ОУ на усиление 60 дБ. Прежде всего находим точку пересечения одной из частотных характеристик усиления с прямой 60 дБ при емкости корректирующего конденсатора 0,001 мкФ. Эта точка соответствует частоте около 230 кГц. Это значит, что если используется корроктируюииш конденсатор емкостью 0,001 мкФ, частотная характеристика ОУ будет плоской и бутет идти на уровне 60 дБ (с неравномерностью не больи1е 3 дБ) до частоты 230 кГц. На более высоких частотах выходное напряжение ОУ начнет падать. Таким образом, /правильно выбирая сопротивления обратной связи и входные сопротивления в этой полосе частот, можно получить любое усиление до 60 дБ.

Далее, проводим вертикальную прямую, соответствующую 230 кГц, до пересечения с фазо-частотной характеристикой. Точка пересечения соответствует сдвигу фаз около 118°. Это означает, что при использовании конденсатора емкостью 0,001 мкФ фазовый сдвиг на частоте 230 кГц -будет равен 118°. Иными словами, напряжение на выходе будет сдвинуто по фазе на 118 относительно напряжения на неинвертируюп1,ем входе и иа 62° относительно напрялчення на инвертирующем входе. Таким образОМ, -между входом и выходом остается еще запас по фазе 62° (180°-118°), если считать, что входной сигнал, как обычно, подается на инвертирующий вход. Запас но фазе 62° должен обеспечить усилителю весьма устойчивую работу.

Предположим теперь, что необходимо работать па более высоких частотах, а уоиление должно оставаться равным 60 дБ. Проводим прямую 60 дБ до пересечения с частотной характеристикой для корректирующего конденсатора емкостью 300 пФ (300 иФ - минимальная рекомендуемая емкость). Точка пересечения соответствует частоте около 600 кГц. Однако вертикальная прямая 600 кГц пересекает фазовую характеристику при угле около 175°, так что остается запас по фазе всего около 5°. Это, по всей вероятности, приведет к неустойчивой работе усилителя. Таким образом, если необходимо обеспечить усиление 60 дБ, емкость конденсатора должна быть больше 300 пФ.

Кривые рис. 1.22 показывают, что при заданном уси-

лен.ии больш.ие значения корректирующей емкости будут приводить к сужеишо полосы и наоборот. Вместе с тем Сужение полосы приводит к повыщению устойчивости схемы. При заданной рабочей частоте емкость конденсатора оказывает влияние не на устойчивость, а лишь на усиление.

На p]ie. 1.23 приведена ехема интегрального ОУ с внутренней корректирующей емкостью. Конденсатор С\

Инвертирующий Вход о

Иеиибер-гируощии 9хсд

Балансир о

Выход

Рис. 1 23 Принципиальная схема ОУ с внутрсппсй коррекцией (с разрешения фирмы RCA ). Но.мсра выводов не обозначены, см. схему расположения для ОУ соответствующих типов

емкостью 30 нФ, включенный между коллектором Qio и базой Qi5, обеспечивает необходимый фазовый сдвиг. В результате скорость спада частотной характеристики постоянна и равна б дБ/октава, как показано на рис. 1.24. ОтМетим, что эта характеристика приближается к идеальной, показанной на рис. 1.18. Путем надлежащего выбора сопротивлений обратной связи можно, как обычно, получить любое \силеН'не при замкнутой ОС (меньшее, чем усиление при разомкнутой ОС). Подоб-

ным же образом можно ©ыбрать любое сочетание усиления и рабочей ПОЛОСЫ частот. Напри-мер, если жела-тельно, чтобы спад .характеристиш начинался на частоте 10* Гц, выберем сошротивление обратной связи Zoc в 100 раз больше входного соиротивления Zr (например, Zoc== 10000 Ом и Zh= 100 Ом). Тогда характеристика

I 10Z

г 8 г ч В г ч в гчвгчвгчв г ч в

1 10 ГО 10 го * 10 10 10 Частота, Гц

Рис. 1 24. Частотная характеристика усиления при разо.мкнутой ОС д-я ОУ с внутренней коррекцией (с разрешения фирмы RCA ); V+ = + l5 В; V- = -15 В; Гпкр = 25°С

усиления при за-мкнутой ОС останется плоской вплоть до частоты 10* Гц и затем начнет спадать со скоростью-6 дБ/октава вплоть до единичного усиления на частоте 106 Гц.

Следует иметь в виду, что частотную характеристику усиления для ОУ рис. 1.23 нельзя из.менить. Поэтому, если требуется другая частотная характеристика усиления (допустим, уоиление 100 на частоте 100 кГц), этот О У не подходит.

На рис. 1.25 приведены графики для расчета кор-рекци(и с фазовым опережением, и.меющие несколько иной вид, чем графики рис. 1.22; такие графики тоже можно встретить в данных, приводимых изготовителями ОУ. Здесь даны как нескорректированные, так и скорректированные характеристики. Кривые, обозначенные А, - это нескорректированные характеристика усиления по напряжению при разомкнутой обратной-связи (Лрос) и фазовая характеристика. Через В обоз-

начены скорректоировайные характериспики (уоиления и: фааавая).

На нескорректированной характеристике спад усиления со скоростью 6 дБ/октава начинается на частоте около 0,3 МГц, спад со скоростью 12 дБ/октава - на частоте около 5 МГц и спад со скоростью 18 дБ/ок-

-го -W

MC15Z1

-ZOO -WO

0,001 0,01

0,1 1,0

Частота, МГц

Рис 1 25 Частотные характеристики ОУ при коррекции с фтэвым опережением и без нее (с разреихения фирмы Motorola ) Дтч кри вых А Cr = 0, Ся = 0, для кривых В Сд = 0,014 мкФ, Сн = 4 гФ

тава - на частоте около 20 МГц Фазовый сдвиг превышает 180° на частоте около 4,5 МГц Таким образом, без фазовой коррекции максимальная рабочая частота будет около 4 МГц

При коррекции спад со скоростью б дБ/октава начинается на частоте около 0,002 МГц Единичное \си

лен]1е достигается иа частоте около 4,5 МГц. Фазовый сдвиг при коррекцащ во всем частотном диапазоне не превышает 150°, приближаясь к этому значению на частоте около 10 МГц. Таким образом, возможна устойчивая работа вплоть до частоты 10 МГц, хотя на частотах выше прибл'изительно 4,5 МГц усиления уже нет. Как и в других примерах, иа скорректированной характеристике Лрос путем надлежащего выбора сопротивлений обратной связи и входных сопротивлений можно получить любое сочетание усиления и максимальной рабочей частоты.

1.2.8. ПРИМЕРЫ ПРЯМОЙ КОРРЕКЦИИ С ФАЗОВЫМ ЗАПАЗДЫВАНИЕМ

Как показано на рнс. 1.26, для прямой коррекции с фазовым запаздыванием к оеновной схеме ОУ необходимо добавить конденсатор и резистор. Эта ре-зист]1вно-е.мкостная цепочка подключается параллель-

Вез коррекции

С исррекциеи

Рис 1 26 Коррекция частотной характеристики с помоп1ыо внешних конденсатора и резистора (прямая коррекция с фазовым запаздыванием) Частота начала спада скор1)ектироваиной характс ристики f\-\j.2RcCx Частота [2=- 1/б,28СлУ?,\- соответствует -ючкс излома нсскоррсктироваииой характерно! ики (переходу с 6 дБ/октава на 12 дБ/оккша)

но одному из узлов ехемы (например, выходу или входу одного из каскадов ]1ли выходу ОУ). Прямая коррекция с фазовым запаздыванием является внешней но отно-И1ен]1ю к ОУ. Во многих интегральных ОУ предусмотрены выводы для подключения внешних фазокорректи-рующих цепочек к внутренней ехеме.

Как н в случае коррекции с фазовым опережением, данные, необходимые для коррекции е фазовым запаз-54