Вопрос 26

Частотная коррекция усилителей. Итак, Для обеспечения устойчивости схемы необходимо вводить ОС с корректирующей емкостью: снижая коэффициент усиления схемы, мы расширяем полосу пропускания схемы.

Если _  __

_  _С_С A_u0

__С = А_С/А_

на частоте _ОС обеспечивается запас по фазе

M_ = -45⁰.

A_uOC

Запас по усилению _ _OC

M_Au = A_u - A_uOC 0.

Для исключения автоколебаний 2 –3 полюса заменяют одним доминирующим при помощи включения запаздывающего звена в узкополосный каскад.

Допустим, ОУ состоит из двух каскадов.

В выходном каскаде для транзисторов, включенных по схеме с ОЭ, в коллекторной цепи стоит емкость, величина которой по эффекту Миллера С_кор = С_БК*А_u . От предыдущего каскада имеется выходное сопротивление (для первого каскада – это выходное сопротивление источника сигнала),

С_БК С_кор

g_вхU_вх выход

Получим RC- цепочку, почти идеальную функцию интегратора:

А(j) =U_вых/U_вх = g_вх/(j_осC_кор), g_вх = I₀/2_T

Новая частота единичного усиления _ос = I₀/(_TC_кор)

Величина _ос определяется из требований запасов устойчивости, тогда

С_кор = g_вх/_1.

Расчет величины корректирующей емкости в цепи ОС показан ниже, в разделе о расчете характеристик конкретной схемы ОУ.

Пример включения корректирующих цепей в ОУ для трехкаскадной схемы:

+

-

Коррекция обеспечивает:

1) на всех частотах, где А_U > 1, фазовый сдвиг < 180⁰ при разомкнутой ОС. Достигается это включением емкости, задающей сопрягающую частоту и наклон передаточной характеристики - 6 дБ/октаву.

2) Коэффициент усиления в такой модифицированной схеме снижается до 1 на частоте, соответствующей примерно - 3 дБ на характеристике следующего RC-фильтра

А_u

1 2 -6дБ Схема 2 –  уже 180⁰, А_U>1.

Схема 1 - скорректированный ОУ, 90⁰до_2, А_U= 1

Проигрыш в усилении -

Выигрыш в устойчивости

180⁰

90⁰

1 2

45⁰

_1  _2 _3

Запас по фазе: 180 - ( 90 + 45 ) = 45⁰, ( 45⁰ - сдвиг RC- фильтра на частоте – 3 дБ), eсли передаточная характеристика смещена так, что на частоте -3 дБ второго участка (полюса) коэффициент усиления стал бы равен 1.

В качестве корректирующей емкости часто используют емкость Миллера, причем, в схеме Дарлингтона ее емкость еще больше. Коррекция емкостью Mиллера температуроустойчива и не зависит от технологического разброса.

В случае наличия реактивных элементов в цепях ос (интеграторы, дифференциаторы) происходит модификация частотной характеристики для повышения устойчивости схемы.

Для таких случаев используются диаграммы Боде для коэффициента передачи

всей петли ОС, а не АЧХ при разомкнутой ОС.

Особенно важно анализировать ОС для дифференциаторов (интеграторы сами обеспечивают спад – 6 дБ/октаву).

Внутренняя коррекция: С_кор = 30 –50 пФ, запас по фазе   45⁰. Полоса пропускания узкая.

Внешняя коррекция: С_кор = 5 – 50 пФ.

Ищут оптимум А_U    .

Если схема устойчива, возникает высокочастотный подъем А_U .

A_Uос A_Uос(₁₈₀)/A_Uос(0)=2

1.5

1.25

_180 (логарифмический масштаб)

Для предотвращения высокочастотного подъема коэффициента усиления необходимо выполнение условия

_Т < _2A_Uос(0),

в противном случае будет возникать «звон», «дребезг» на крутых фронтах входных сигналов вследствие перерегулирования ЧХ.