Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Частотні властивості Операційного підсилювача. Схема заміщення ОП з урахуванням частотних властивостей



Посилення гармонійних сигналів характеризується частотними параметрами ОП.

Багато типів ОП загального і спеціального призначення мають внутрішню корекцію, тобто в схему таких ОП включений конденсатор малої місткості (зазвичай 30пФ). Такий конденсатор внутрішньої частотної корекції запобігає генерацію ОУ на високих частотах. Це відбувається за рахунок зменшення посилення ОП із зростанням частоти. Інтервал частот, на якому частота змінюється в 10 разів, називається декадою. Зміна частоти в два рази називається октавою. Виробники представляють частотну залежність посилення ОП без ОС у вигляді кривої, так-званої амплітудно - частотної характеристикою (АЧХ) без ОС.

 

На (рис. 1.7) представлена ​​АЧХ, типова для ОП з внутрішньої корекцією.

На низьких частотах коефіцієнт посилення без ОС дуже великий. АЧХ має спадаючий характер в області високої частоти, починаючи від частоти зрізу fср. Причиною цього є частотна залежність параметрів транзисторів і паразитних ємностей схеми ОП. По граничній частоті fгр, якій відповідає зниження коефіцієнта посилення ОП в корінь квадратний з 2 разів, оцінюють смугу пропускання частот підсилювача, складову для сучасних ОП десятки мегагерц.

Рис. 1.7

 

Частота f1, при якій коефіцієнт посилення ОП дорівнює одиниці, називається частотою одиничного посилення. Якщо розділити смугу одиничного посилення на частоту вхідного сигналу, то отримаємо в результаті коефіцієнт посилення ОП на даній частоті сигналу. Посилення без ОС на частоті одно смузі пропускання, поділеній на частоту вхідного сигналу.

При складанні графіків частотних характеристик зазвичай використовується логарифмічний масштаб.
Коефіцієнт посилення по напрузі в децибелах дорівнює: KдБ = 20 lg K, де K - числове значення коефіцієнта посилення по напрузі.
Зменшення коефіцієнта підсилення з частотою називається спадом. Послідовна RC - ланцюг має швидкість спаду АЧХ 20 дБ / дек або 6дБ/окт.

Так як кожен підсилювальний каскад ОП в простому випадку представляється еквівалентною схемою, що складається з послідовно з'єднаних R і C, то він також має швидкість спаду АЧХ 20дБ/дек. Для трехкаскадного ОП коефіцієнт посилення підсилювача дорівнює добутку коефіцієнтів посилення його окремих каскадів. При цьому виходить досить громіздке вираження, тому часто користуються досить наочною і простий для розуміння діаграмою Боде - графіком залежності десяткового логарифма Коефіцієнту підсилення від десяткового логарифма частоти. Це зручно, так як значення коефіцієнтів посилення каскадів, виражені в децибелах, можна складати, замість того щоб їх перемножать. Таким чином, АЧХ його каскадів можна отримати, побудувавши на одному графіку АЧХ його каскадів і графічно їх склавши.

Так як інтегральні ОП без ОС практично не застосовуються, необхідно визначити вплив ОС на АЧХ ОП. Негативна ОС обмежує коефіцієнт посилення ОП і значно розширює смугу пропускання. Зазначимо, що негативний зворотний зв'язок не розширює АЧХ ОП, а гранична частота ОП збільшується за рахунок зменшення коефіцієнта посилення підсилювача.

Коефіцієнт посилення по контуру ОС, як видно з (рис. 1.8), тобто різниця між коефіцієнтами посилення ОП без ОС і з ОС, вираженої в децибелах.

Рис. 1.8


У тому випадку коли швидкість спаду АЧХ ОП становить 20дБ/дек, добуток коефіцієнта підсилення ОП на частоту одиничного посилення є величина постійна.

При посиленні сигналів ОП звичайно охоплюється негативним зворотним зв'язком по інвертуючому входу. Внаслідок створюваного підсилювачем в області високих частот Фазового зсуву вихідного сигналу щодо вхідного фазочастотна характеристика ОП по інвертуючому входу набуває додатковий (понад 180 °) фазовий зсув (рис. 1.9).

Рис. 1.9


Для деякої високої частоти повний фазовий зсув стає рівним 360 °, що відповідає позитивного зворотного зв'язку по інвертуючому входу на цій частоті, що призводить до самозбудження схеми. Для усунення самозбудження в ОП вводять зовнішні коригувальні RC - ланцюги, що дозволяють дещо змінити хід амплітудно - частотної і фазово - частотної характеристики.

Критерій стійкості ОП іноді виражається через запас стійкості по фазі, який представляється у вигляді суми фаз Ф = 180 ° +. Позитивний запас стійкості ОП по фазі є показником його стійкості. Негативний запас по фазі характерний для нестійкого ОП. Для отримання максимальної швидкодії ОП бажано мати запас стійкості по фазі близько 45 °.

Стійкість ОП можна оцінити і за частотою, що знаходиться в смузі його пропускання. Якщо половина періоду цієї частоти дорівнює часу затримки поширення сигналу по контуру ОС, то в ОП виникають коливання.

У реальних умовах роботи ОП завжди мають місце паразитивні ефекти і паразитивні елементи, які можуть призводити до додаткового збільшення зрушень фази по петлі ОС і порушувати стійкий стан ОП.

Для забезпечення стійкої роботи ОП необхідно зменшувати запізнення по фазі, тобто коригувати АЧХ ОП.

 

Схема заміщення ОП з урахуванням частотних властивостей

При побудові високоточних схем на ОП необхідно враховувати вплив неідеальності підсилювача на характеристики схеми. Для цього зручно представити підсилювач схемою заміщення, що містить істотні елементи неідеальності. Повна схема заміщення ОП для малих повільних змін сигналів представлена ​​на рис. 11.

У ОП з біполярними транзисторами на вході вхідний опір для диференціального сигналу rд становить кілька мегаом, а вхідний
опір для синфазного сигналу Rвх кілька ГігаОМ. Вхідні
струми, що визначаються цими опорами, мають величину порядка декількох наноампер. Істотно велиці значення мають постійні струми, що протікають через входи операційного підсилювача і які визначаються зміщенням транзисторів диференціального каскаду. Для універсальних ОП вхідні струми знаходяться в межах від 10 нА до 2 мкА, а для підсилювачів із вхідними каскадами, виконаними на польових транзисторах, вони становлять частки наноампер.

Рис. 11. Схема заміщення реального операційного підсилювача для малих сигналів