7.4.3. Подстраиваемая частотная коррекция

Описанная в предыдущем разделе полная частотная коррекция операционного усилителя гарантирует достаточный запас по фазе для омической отрицательной обрагной связи с любыми параметрами. Однако такой способ коррекции имеет тот существенный недостаток, что ширина полосы частот охваченного обратной связью усилителя в соответствии с выражением (6.14) обратно пропорциональна коэффициенту усиления А Смысл этого соотношения наглядно пояснен на рис. 7.15.

Рис 7.15 Зависимость полосы пропускания от гоэффициет а усиления при полной частотной коррекции

При менее глубокой обратной связи для стабилизации усилителя достаточно было бы меньшего снижения усиления, так как в этом случае точка | g | = 1 достигается при A_D=1/k> 1. Как можно видеть из рис 7.16, при 1/k. = 10 ширина полосы пропускания могла бы быть увеличена с 10 Гц до 1W Гц, что позволило бы получить для охваченного обрагной связью усилителя результирующую полосу частот 1 МГц вместо 100 кГц при полной коррекции. Величина емкости С_k составила бы для этого случая 3 пФ вместо 32 пФ.

Рис 7.16 Зависимость полосы пропускания от коэффициента усиления при подстраиваемой частотной коррекции

Для того чтобы можно было осуществлять такие изменения частотной коррекции, выпускаются операционные усилители, у которых отсутствует встроенный корректирующий конденсатор, а вместо него выведены соответствующие точки схемы (так, например, выполнены интегральные операционные усилители А 748 и LM 301). В других вариантах, например в операционных усилителях типа LM 349 или LF 357, осуществляется неполная частотная коррекция с уменьшенным значением корректирующей емкости В паспорте каждого из этих усилителей указывается, какой коэффициент усиления А_мин для охваченного обратной связью усилителя является наименьшей предельной величиной.

Если коэффициент усиления выбирается большим 10, то произведение ширины полосы частот на коэффициент усиления не может быть увеличено путем снижения емкости С_k, так как при этом исчезает эффект расщепления частоты f₂, что приводит к уменьшению запаса по фазе

7.4.4. Скорость нарастания

Наряду со снижением полосы пропускания усилителя частотная коррекция дает еще один нежелательный эффект, скорость нарастания выходного напряжения ограничивается при этом довольно малой величиной. Максимальное значение скорости нарастания может быть определено из схемы замещения усилителя, изображенной на рис. 7.13. Как следует из рис. 74, выходной ток дифференциального каскада операционного усилителя А 741 имеет максимальное значение

Эта величина и определяет максимальное значение скорости нарастания

Вследствие ограниченного значения этой величины при быстрых изменениях входного напряжения возникают характерные искажения сигнала, которые не могут быть устранены путем введения отрицательной обратной связи. Их называют динамическими искажениями.

Определим далее, какой должна быть максимальная частота входного синусоидального сигнала, чтобы при максимальном размахе выходного сигнала U_a = 10 В не возникали динамические искажения. Для синусоидального сигнала максимальная скорость нарастания соответствует точке перехода через нуль и составляет

Если максимальное значение скорости нарастания выходного напряжения составляет 0,6 В/мкс, то получим f_макс = 9,5 кГц, которая лежит в пределах полосы пропускания усилителя, охваченного глубокой обратной связью. Из формулы (7 5) можно также определить, чему будет равна амплитуда выходного напряжения при частоте сигнала f_макс Ход зависимости максимальной амплитуды выходного напряжения от частоты синусоидального сигнала для C_k = 32 пФ и С_k = 3 пФ показан на рис. 7.17.

Рис 7.17 Зависимость максимальной амплитуды выходного сигнала от частоты

Как можно видеть, для повышения максимального значения скорости нарастания целесообразно при малых коэффициентах усиления охваченного обратной связью усилителя осуществлять подстройку частотной коррекции.