Запорожец  Издания 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 [ 36 ] 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106

(относительный наклон характеристик) составляет 20 дБ/декада. Если ОУ включается с Кос - 1000," или 60 дБ, то его полоса пропускания должна быть около 3,5 МГц. Однако поскольку частотная характеристика ОУ без ОС имеет в точке пересечения относительно прямой на уровне 60 дБ наклон в 40 дБ/декада, схема может оказаться неустойчивой, и ее нельзя использовать без модификации. Основными причинами неустойчивости схемы, которая заключается в том, что схема может войти в самовозбуждение, являются следующие:

1) В области спада -40 дБ/декада или более фазовый сдвиг сигнала на выходе настолько велик, что выходной сигнал и сигнал на инвертирующем входе совпадают или почти совпадают по фазе.

2) При малых значениях коэффициента усиления ОУ с ОС сопротивление обратной связи Roc по сравнению с сопротивлением Ri относительно мало (фиг. 3.5 и 3.10). Это увеличивает часть выходного сигнала, подаваемую обратно на инвертирующий вход.

Синфазность выходного сигнала и сигнала, поступающего на инвертирующий вход при условии, что часть этого выходного сигнала, подаваемая обратно на вход, велика, и при включении ОУ со сравнительно малым значением коэффициента усиления Кос побуждает его к генерации на высоких частотах. Другими словами, на высоких частотах и при малых значениях Кос обратная связь оказывается положительной и чрезмерно глубокой, я тем самым выполняются условия самовозбуждения.

Вообще говоря, для устойчивой работы усилителя наклон между прямой на уровне коэффициента усиления ОУ с ОС и амплитудно-частотной характеристикой ОУ без ОС не должен существенно превышать 20 дБ/декада, или 6 дБ/октава. Поэтому если включить ОУ, имеющий характеристики, представленные на фиг. 6.4, с коэффициентом усиления менее 70 дБ, он может потерять устойчивость. Действительно, как указывалось выше, если ОУ включается с усилением в 60 дБ, то относительный наклон характеристик при наличии и отсутствии ОС в ОУ составляет 40 дБ/декада и схема может быть нестабильна. При усилении 20 дБ, как видно из фиг. 6.4, получим наклон характеристик в 60 дБ/декада, что также означает неустойчивость схемы. При этом на выходе схемы появляются непредсказуемые сигналы даже при отсутствии входного сигнала.

6.3. Внешняя частотная коррекция

Некоторые типы ОУ изготовляют так, чтобы при их включении с относительно малыми значениями коэффициента усиления при наличии ОС можно было подключать внешние элементы



юо -

60 -

АО -

го -

фивая

/ОООлФ

ЮОп<Р

500пф

)000л9

10п<Р

-Плоский /А-тнтактш/й KO/inyc feuff сверху)

Меакверти- р Н/ -\ у-рующай ех 5

НПб 9 Z\Mn

Корр /4 t2Ahp/>.28

.Хорр /В 2 /3 jy +

НП /2 -2/орр.2А

/fmepmupyw- „

I 1111111

п 1 I I I I I I I

10-штырькавый металлический корпус (видсвер-ffopp /А


Фиг. 6.5. Амплитудно-частотная характеристика ОУ без ОС при различных; значениях внешних элементов коррекции.



коррекции (конденсаторы, а иногда и резисторы). Такие ОУ называются нескорректированными, или ОУ с внешней коррекцией, поскольку их коррекцию, если она требуется, должен обеспечивать разработчик схем. Элементы коррекции изменяют амплитудно-частотную характеристику ОУ без ОС таким образом, что ее спад во всем частотном диапазоне составляет приблизительно 20 дБ/декада. На фиг. 6.5 показано семейство амплитудно-частотных характеристик первоначально нескорректированного ОУ при различных значениях величин элементов коррекции. Если Cl = 500 пФ, Cs = 2000 пФ и С3 = 1000 пФ, то в соответствии с приведенной таблицей данному случаю отвечает амплитудно-частотная характеристика /, спад которой начинается примерно с частоты 1 кГц и имеет постоянную скорость -20 дБ/декада. Таким образом, если к усилителю подключить элементы обратной связи, чтобы получить усиление в 80 дБ, то частотная характеристика схемы будет плоской в диапазоне частот от О до 3 кГц. Это можно видеть, если спроецировать величину 80 дБ на кривую L Они пересекутся в точке с абсциссой 3 кГц. Лучшую полосу пропускания ОУ можно получить, используя кривую i при малом значении коэффициента усиления ОУ с ОС, так как при Кос - 100, или 40 дБ, полоса пропускания увеличивается приблизительно до 300 кГц. В любом случае относительный наклон характеристик при наличии и отсутствии ОС в ОУ составляет 20 дБ/декада и схема устойчива. Вообще говоря, при необходимости иметь малые коэффициенты усиления следует применять элементы коррекции, дающие кривую /. Если же требуется получить большой коэффициент усиления и относительно широкую полосу пропускания, следует применять элементы коррекции, которым соответствует кривая 3. В этом случае в соответствии с таблицей необходим всего один корректирующий элемент Ci = 10 пФ. Если данный ОУ должен давать усиление свыше 70 дБ, элементы коррекции применять не требуется, поскольку при таких больших коэффициентах усиления относительный наклон характеристик никогда не превышает 20 дБ/декада. Однако отметим, что для кривой 3 усиление менее 30 дБ приводит к тому, что соответствующая Этому усилению прямая пересекает частотную характеристику ОУ без ОС в точке, где относительный наклон этих характеристик превышает 20 дБ/декада; поэтому схема может быть неустойчива.

Пример 6.1

Если данные, приведенные на фиг. 6.5, применить к ОУ на фиг. 6.6, то чему равны коэффициент усиления -Увых/Уг этой схемы и ее полоса пропускания при каждом из следующих



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 [ 36 ] 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106