дыванием, может предоставлять изготовитель ОУ. Можно также использовать уравнения, приведенные ниже для fi и [2 на piHic. 1.26, ]i проверить результаты:

/ 1 . f

Однако это рекомендуется лишь в том случае, если изготовитель не предоставляет необхад]1Мы.\ данных. При возможности всегда лучи1е воспользоваться опублилчо-ванным,и данным]!, по крайней мере, для нахождения ориентировочных значений компонентов фа:юкоррскти-ру10Н1.ей иепочы!.

Как показано на рис. 1.26, значения элсхггнтов внен!-ней фазокоррекпирующей цепочки (резистора и 1К0][леи-сатора) зависят от частоты, на которой скорость спада нескорректированной характеристики хгеняется с 6 дБ/октава на 12 аБ/октава (второй полюс нескорректированной характеристики усиления). Таки.м образом, если нескорректированная характеристика усиления задана (или ее можно сиять экспернментальиьгм путем), найти значения R п С сравнительно просто. Однако частота, на которой начинается спад скорректированной характеристики со скоростью 6 дБ/октава, зависит от емкости внешнего конденсатора С и собственных параметров ОУ. Таким образом, если даже можно иайги удовлетворительные значения R и С, обеспечивающие, ровный спад характеристики, нет никакой возможности, пользуясь уравнення.ми, определить частоту, иа. KOTopoii начнется этот спад.

Если необходимо использовать прямую коррскгьчю с фазовым запаздыванием, а значения комнонеитов корректирующей цепочки надо определить экспериментально (данные 1нзготовителя отсутствуют), следует задать удобное значение R и найти С по уравнениям для [i и /2 рис. 1.26. Зате.м проверить работу ОУ с коррекцией. Если спад скорректированной характеристики начинается при слишком низкой частоте, уменьшить значение-С и найти новое соответствующее значение R.

Предположим для примера, что скорость спада нескорректированной характеристики меняется с 6 иа 12 дБ/октава на частоте 10 МГц и желательно поту-чить скорректированную характеристику, спад которой начинается на частоте 300 кГц. Пусть л- = 1000 Ом (удобное значение). Пользуясь уравнением, пр.нведен-шы.м для рис. 1.26, получим для частоты 10 МГц при

R\ = )000 Ом значение 1

6,28 10 МГц 1000

16 пФ

Проверим работу ОУ при Cjc=16 пФ и /?jc=1000 Ом. Ест]1 спад скор(ректированной характеристики начинается на некоторой частоте ниже 300 кГц, увеличим значение Сх н найдем новое значение Rx. Бели спад начин ется на частоте выше 300 кГц, уменьшим значение Сх и найдем другое значение Rx

Например, если спад скорректированной хара-ктери-стиши начинается при 100 кГц вместо требуемых 300 кГц, увеличим значение Сх до 30 пФ Согласно уравнению соответствующее значение Rx равно

-- 530 Ом.

6.28 10МГц 30 пФ

На рис 1 27 и 1 28 приведены типичные хараетери-стики коррекции с фазовым запаздыванием для ОУ. На рис 1 27 показаны нескорректированная характе ря*сти-

о

-о

Частота^ МГц

100 150

Рис 1 27 Частотные ка1рактеристи1сн усиления при разомкнутой ОС для ОУ с

коррекцией и (без нее (с разрешения фирмы RCA ) А - иескорректирован пая В-при коррекции с фазовым запаздыванием (18 пФ 820 Ом) С - при коррекции с фазовым опережением (47 100 470 или 1000 пФ) У с С -V££ = I2 в - сопро тивлеине источника сиг нала 50 Ом

ка \С11леиия (кривая Л), скорректированная характеристика фазового запаздывания (кривая В) и характеристика фазового опережения (кривая С) Заметим, что скорость спада нескорректированной характеристики меняется с 6 на 12 дБ/октава на частоте около 10 МГц Так,1М образом, в уравнение для R и С необходимо под-

ставить частоту 10 МГц. Как показано на рисунке, рекомендуемые значения будут равны 18 пФ и 820 Ом. При такнх значениях элементов корректирующей RC-цепочки спад характеристики начашается на некоторой

о 6W Z0 30 ito so I Усиление без индерсии О- q сигнала, дб

1-1 -70

-0 6 79,1 29,7 W 50 Усиление с индерсией сигнала,д5

г ч 68 г и S8 Z и

0,7 7,0 70

Частота,МГц

Рис 1 28 График для расчета емкости, необходимой для коррекции с фазовым запаздыванием при плоской (±1 дБ) частотной характеристике (и типичные частотные характеристики (с раз-роше-ния фирмы RCA ), Vcc = - Vee=\2 В, Гокр = 25°С Вывод 5 win 8 разомкнут

частоте ниже 0,1 МГц и продолжается со скоростью 6 дБ/октава вплоть до единичного усиления на частоте около 33 МГц.

Хотя емкость корректирующей цепочки 18 пФ, соответствующая кривой В на рис. 1.27, достаточна для обеспечения устойчивой работы (без автоколебаний) в усилителе с резисгивной обратной связью, имеющем любое уоиление вплоть до единичного, она не обеспечивает плоскую форму (с неравно.мерностью в пределах ±1 дБ) характеристики усиления с замкнутой ОС, проходящей ниже 20 дБ. Это значит, что если параметры цепи обратной связи выбраны таким образом, чтобы обеспечивалось усиление ири замкнутой ОС, несколько меньшее 20 дБ, работа усилителя будет устойчивой, но частотная характеристика не будет плоской (на ней будут выбросы больше, чем ±1 дБ).

Эти условия иллюстрируются рис. 1.28. Например, если усиление при замкнутой ОС устанавливается на уровне 10 дБ, реко,.мендуе.мое значение емкости равно 56 пФ. Для единичного усиления емкость необходимо увеличить до 68 пФ. Б каждом случае надо определять соответствующее значение R. Например, если для уси-

iciniH 10 дБ берется емкость 56 пФ, R необходимо уменьшить приблизительно до 280 Ом. Если для единичного усиления берется С = 68 пФ, R надо уменьшить ирргблизнтсльно до 230 Ом.

1.2.9. ПРИМЕРЫ КОРРЕКЦИИ С ФАЗОВЫМ ЗАПАЗДЫВАНИЕМ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА МИЛЛЕРА

Как видно .из рис. 1.29, при определении значений элементов фазокорректирующей цепочки на ос чове эффекта Миллера возникают такие Лче проблемы, как при прямой коррекции с фазовым запаздыванием: Hia !еч11я корректиру ющ.их сопротивления и емкости за-

Без коррекции

С коорекцией

Частота

Рис 1 29 Коррекция частотной харак-юристик! с помощью внст-1н\ \j I дс}1сатора и резистора (коррекция иа осиоис эффекта Мил-icpa) Частота начала спада скоррскти1)онаиипи характеристики Ь = 1/6,28[(1+т(?2/?2)Сл-/?1]. Частота /1 - 1/6.28С \х соо7Пстств\от точке излома нескорректированной характерисгики (переход с G дБ, oKTJBa иа 12 дБ/октава)

висят от частоты, на которой скорость спада нескорректированной характеристики меняется с 6 дБ/октава на 12 дБ/октава. Частота, на которой начипаегся спад скорректированной характеристики, зависит от значений элементов корректирующей /?С-цепочк]1, а также собственных параметров ОУ. (Это справедливо также для частоты, на которой скорректированная частотная характеристика достигает единичного усиления.)

В данном случае также всегда следует пользоваться данным.и, предоставляемыми изготовителем ОУ. Если значения элементов корректирующей цепочки на основе эффекта Миллера .приходится определять, не имея данных изготовителя, следует задаться удобны.м значе-

№и.ем R и найти С по уравнениям, справедливым для рис. 1.29:

f . f 1

/1 6,281(1-hg QR,)CR,J t3,28C y?

Если спад скорректированной л'арактеристакл начинается при слишком низкой частоте, необходимо уменьшить значение С и наоборот.

На рис. 1.30 приведены типичные характеристики коррекции ОУ на основе эффекта Миллера. Отметим,

о: 1Q

Si С;

г

3D -

НиЮнРм ,С,=2200п<Р

..J I I \u

10 w-

Частота ,цГц a)

Рис 130 Типичные характеристики коррекции с фазовым запаздыванием на основе эффекта Миллера (а); схема измерения (б) Обычно достаточна емкость разпя-зываюп1,сго конденсатора С** = 0,1 мкФ fc рязпг-шения фирмы Мо1о-го1а )

- V

что значения фазокорректируюицьх элементов (резисторов ,и конденсаторов) изготовитель определил путем экспери.монтов; оч][ с\ hicctbchho отличаются от тооре-

тических значений, определяемых по уравнениям для рис 1.29. Схема измерений приведена на рис. 1.306, рекомендуемые условия измерения - в та(бл. 1.

1 л Б л и Ц А 1

1.3. Параметры О У

Для оптимального использования ОУ в любой электронной системе потребитель должен исчерпывающим образом знать собственные параметры ОУ. С точки зрения потребителя э^ти параметры создают основу для расчета системы, в состав которой входит ОУ. Однако имеющиеся в продаже функциональные узлы ОУ (интегральные или на дискретных ком'понентах) в большинстве случаев предназначаются изготовителями для конкретных црилолений. Хотя некоторые из них и обо'зна^.аются как ОУ общего применения , на самом деле совершенно невозможно разработать ОУ, обладающий жтинно универсальными хара-ктеристиками.

Например, некоторые ОУ рассчитываются на боль-пюе усиление при высоких частотах, но это достигается ценой ухудшения прочих технических показателей. Дру-тис ОУ обеспечивают весьма высокое усиление или высокое входное сопротивление на низких частотах. Интегральные ОУ, которые изготавливаются по диффузионной технологии, легко можно пр]1способить для работы в качестве компараторов (где обе половины дифференциальные усилителей должны быть идентичны). Интегральные ОУ можно также изготовить с высоким усилением при малой выделяемой мощности По этим причинам параметры ОУ всегда следует рассматривать в общем виде, не обращаясь к конкретным применено

ииям ОУ, для которых эти параметры могут иметь значение.

Большинство сведений, необходимых для расчета схемы на осно1ве какого-либо конкретного интегрального ОУ, можно найти в его техническом паспорте Однако э^то правило имеет некоторые исключения. В определенных случаях .могут потребоваться дополнительные измерения параметров ОУ при заданных рабочих условиях. Процедуры 1гзмерений, необходимых для определения рассматриваемых здесь параметров ОУ, описываются в вгл. 5.

При использован ни данных, приводимых в техническом паспорте ОУ, или данных измерений всегда бывает необходимо правильно интерпретировать встречающиеся в них обозначения. Каждая фирма-иаготови-тель -лмест собственную систему парам'стров, приводимых в технических паспортах. Не имеет смысла описывать здесь все эти системы. Ограничимся лишь рассмотрением параметров, наиболее часто приводимых в технических паспортах

1.3.1. КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ ОУ ПРИ РАЗОМКНУТОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

Коэффициент усиления ОУ при разомкнутой обратной связи Л рос определяет1ся как отношейие из-ме-нения вьгходного напряжения к изменению напряжения, подаваемого на входные клеммы, Усиленоие при разомкнутой обратной связ7 всегда измеряют без цепи внешней 01братной связи и обычно также без коррекции усилителя.

Усиление при разоМ|Кнутой обратной связд зависит от частоты (падает с увеличением частоты, рис. 1.31). Как видно из рисунка, характеристика усиления остается плоской (с неравномерностью, не превышающей приблизительно ±3 дБ) до частоты около 0,1 МГц. Затем усиление начинает уменьшаться вплоть до единицы (на частоте около 10 МГц). Как видно из рис. 1.31, хсиление при разомкнутой обратной связи зависит также от температуры и напряжения питания. В большинстве случаев при увеличении напряжения питания усиление возрастает. Влияние температуры на усиление различно для разных частот.

В идеальном случае усиление при разомкнутой обратной связи должно быть бесконечно велико. Вообще

говоря, чем выше усиление, тем с большей точностью реализуется передаточная функция ОУ (отношение выходного сигнала к входному). Однако на практегкс всегда существуют ограничения для величины усиления, а также некоторый предельный уровень, выше которого

60 50 ifO 30

0,0001 0,01 0,1 7

Частота , МГц

Рис 1 31 Частотные характеристики усиления при разомкнутой обратной связи для ОУ СЛ3008 (с разрспюпия фирмы RCA ) Сопротивление источника сигнала Rs~l кОм Вывод 8 или 5 ра-

30МКП}Т

увеличивать усиление пет смысла, так как это требует чрезмерно большого улучшения других технических показателей ОУ. Р1ст,инную значимость усиления при разомкнутой обратной связи нередко переоценивают-фактически о-но оироделяет л,ии1Ь точность, с -которой реализуется усиление при замкнутой обратной связи, а НС предельную точность передачи сигналов через ОУ.

Фактическая величина усиления при разомкнутой ОС (как и граничная частота ОУ) сама по себе имеет сравнительно небольшое значение. Важно лишь выполнение требования, чтобы усиление при разомкнутой ОС было выше усиления при замкнутой ОС во всем рабочем дианазоие частот (если необходимо выдерживать точность реализации передаточной функции). Например, есл.и для реализации усиления при замкнутой ОС, равного 20 дБ, берутся ОУ с усилением при разомкнутой ОС, в одном случае равным 40 дБ, а в другом случае - 60 дБ, причем в обо^их стучаях (допустим, в результате старения комиоиситов) усиление при разомкнутой ОС падает на 50%, то усиление первого ОУ упа-62

дет на 9%, а второго (имеющего усиление при разомкнутой обратной связи 60 дБ) - лин1ь на 1%.

Поведение характсрнсгики ©близи частоты среза в нврв\ю очередь определяют частотные свойства ОУ. Чем выше скорость снача перед точкой пересечения характеристик при замкнутой обратной связи и при разомкнутой обратной связи, тем труднее становится фазовая коррекция ОУ

Обычно максимальной скоростью снача характеристики, после которой правильная фазовая коррекция становится чрезвычайно трудной или вообню невозможной, считают 18 дБ/с1Кта'за. Кроме того, поскольку ОУ может получить полезное применение и при мало.м усилении, вплоть до единицы, активны\1 участком, иа ко-TopoiM может работать ОУ, считается вся ширина частотной характеристики выше ур01вня О дБ Таким образом, хорошо рассчитанный ОУ должен обладать частотной характеристикой усиления, спадающей со скоростью не вынге 18 дБ/октава вплоть -о уровня зиач!!-тельно ниже единичного усилении

Как уже упоминалось, характеристику усиления при разомкнутой ОС мол\ИО модифицировать путем применения нескольких методов коррекции. Типичный техни-чоский паспорт ОУ содержит данные о результатах этой коррекции обь!Ч!1о в виде графиков типа проведанных на рис. 1 25

Посте осу шеегвлсиия KOppLKHini к ОУ можно подключить контур вненшей обратной связи Усиление но напрялхеиию при замкнутой ОС зависит от нараметров контура обратной связи (отнон1сиия сопроти'птения обратной связи к входному сопротивлению). Поэтому в техническом паспорте ОУ далные но уснле1!ию при замк!1\той ОС обычно не приводятся. Однако паспорт может содержать некоторые типовые характеристики усиления ири различных коэффиииенгах обратной связи (с\1, например, рис. 1.30). Если эти данные имеются, их можно непосредственно использовать для выбора значений компонентов цени ОС (а также компонон-тов фазокорректиру ющей цепочки).

1.3.2. ФАЗОВЫЙ СДВИГ

Па рИС 1.32 приведена фазо-частотная характеристика для типичного ОУ с разомкнутой ОС {Иногда эту характеристику наносят прямо на графике

частотной характеристики Усиления при разо.мкнутой обратной связи ) Поскольку наивысшая частота характеристики усиления но петле обратной связи ОУ соответствует единичному лсилению при замкнутой обратной связи, она считается на1ихудн1ей с точки зрения фазового сдвига

Критерием качества, гиироко используемым при опенке }:стойчивостн 0<3, является запас по фазе Как

1,0 10 10 10 10

частота, Гц

W 10

Рис 1 32 Фазо частотная характеристика при разомкнутой обратной спязи д 1Я ОУ МС1556 (с разрешения фирмы Motorola )

указывалось в § 1 2, автоколебания б\дут поддерживаться, если обший фазовый сдвиг по петле ОС (со входа на выход и обратно с выхода на вход ОУ) становится равным 360° раньше, чем общее усютение по петле упадет (с ростом частоты) ниже единииы Посколькл ОУ обычно использ\ется в инвертир\ ющем режиме, начальный фазовый сдвиг равен 180° Дополнительный фазовый сдвиг получается ©следствие существования особых условий во внутренней схеме ОУ

Запас по фазе определяется как разность между 180° и фазовым сдвигом, вносимым ОУ на частоте, при которой усиление при разомкнутой обратной связи равно единине Считается, что запас по фазе, равный 45°, обеспечивает достаточную защиту от вариаций технологического процесса, влияния температуры и других побочных факторов Это означает, что практически ОУ не должен работать на частоте, при которой фазовый сдвиг превышает 135° (180°-45°) Однако, в принципе, возможна работа ОУ на частотах, при которых фазо-