4.6.3. Диаграммы Боде корректированного оу

При практическом применении, как правило, требуется более глубокая ОС, чем γ_ОС2. При этом для предотвращения самовозбуждения необходимо производить коррекцию частотной характеристики. Для проведения коррекции делаются специальные выводы из ОУ, к которым подключаются корректирующие цепочки резисторов и емкостей. Коррекция сводится к изменению частотной характеристики ОУ (4.48) путем компенсации некоторых полюсов (сомножителей в знаменателе) вносимыми нулями (сомножителями в числителе) и внесением дополнительных полюсов. Коррекция всегда производится с учетом свойств конкретного ОУ. Для этого используют интегрирующие RС-цепи или дифференцирующие цепи. Наиболее общим является включение интегрирующих фильтров в качестве корректирующих цепей. Такая коррекция ухудшает частотные свойства ОУ, при этом срезается высокочастотная часть ЛАЧХ. Схема включения такого фильтра для К140ОУД1В приведена на рис.4.27. Фильтр образуют вносимые элементы R_к, С_к и элемент каскада R_i (обычно это выходное сопротивление предыдущего каскада, для К140УД1В R_i = 10 кОм). Частотную характеристику этого звена можно представить в виде

(4.52)

где _вк = R_кС_к, _вi = С_к(R_к + R_i).

Рис.4.27

Частотная характеристика ОУ с корректирующим звеном будет иметь вид

(4.53)

Для того чтобы скомпенсировать один из низкочастотных полюсов, обычно f_в1, достаточно выбрать элементы R_к, С_к так, чтобы f_в1 = f_вк, для чего необходимо

. (4.54)

Тогда скорректированная частотная характеристика будет иметь вид

. (4.55)

В формуле (4.55) исчез один сомножитель в знаменателе (полюс) с частотой среза f_в1, но появился другой с частотой среза

, (4.56)

которая может выбираться достаточно низкой (намного ниже f_в2 и f_в3), чтобы крутизна спада была 20 дБ/дек во всей полосе пропускания, а фазовый сдвиг φ на частоте среза f_в был равен 135⁰ (с запасом устойчивости в 45⁰).

Для выполнения этих условий можно провести либо частную, либо полную коррекцию. Они существенно различаются по практическим действиям. Наиболее просто, особенно для начинающих, использовать полную коррекцию. Частная коррекция сложнее, требует больше данных и расчетов, но обеспечивает большую полосу пропускания. Полная коррекция является предельным вариантом частной коррекции. Поэтому вначале будет рассматриваться частная коррекция.

Частная коррекция. На диаграмме для заданного K_ОС (30 дБ на рис. 4.28) отмечается точка D с частотой, равной заданной частоте среза . Из этой точкиD проводится прямая линия CD с крутизной 20 дБ/дек до пересечения с горизонтальной диаграммой, соответствующей K₀, в точке С. Такова должна быть ЛАЧХ корректированного усилителя. В точке С определяется частота . При известных частотах,f_в1 и сопротивлении R_i величины корректирующих элементов С_к, R_к могут быть найдены для двух уравнений (4.54), (4.56) с двумя неизвестными:

Величины R_i, f_в1 определяются типом ОУ (для К140ОУД1В R_i = 10 кОм, f_в1 = 0,2 МГц), находится по диаграммам Боде (см. рис. 4.28). Частота срезапроектируемого усилителя не может быть большеf_в2 (< < f_в2). В паспортных данных ОУ приводятся варианты цепей коррекции и величины корректирующих элементов.

Рис. 4.28

Полная коррекция. Скорректированная ЛАЧХ с наклоном в 20 дБ/дек (однополосная ЛАЧХ) проводится из точки В (частота в точке В равна частоте f₂, на которой в некорректированном ОУ разность фаз φ равна 135⁰) пересечения новой ЛАЧХ АВ с осью частот, в которой K_ОС = 1 (K_ОС = 0 дБ).

Эта частота и будет частотой единичного усиления f₁. Дальнейшие действия по расчету корректирующих звеньев совпадают с таковыми при частной коррекции. При полной коррекции усилитель становится абсолютно устойчивым, вплоть до K_ОС = 1 (K_ОС = 0 дБ). Необходимо отметить две особенности полной коррекции ОУ, влияющие на процесс практического применения ОУ:

1. Полоса пропускания при полной коррекции (f_в) наименьшая: частота среза f_в меньше частоты f₁ в K_ОС раз:

(4.57)

2. Промышленность выпускает ряд полностью скорректированных ОУ. Элементы коррекции находятся внутри микросхемы. На принципиальных схемах таких ОУ имеется корректирующий конденсатор С_к. Кроме того, в паспортных данных таких ОУ нет никаких сведений о навесных цепях коррекции.

При отсутствии навыков в расчете частной коррекции лучше использовать полностью скорректированные ОУ. Однако могут возникнуть трудности в обеспечении заданной полосы пропускания f_в при больших значениях K_ОС. В работе [9] приводятся варианты схемных решений для преодоления этих трудностей.

В технической документации на ОУ указываются способы включения корректирующей цепи и величины элементов. Однако параметры ОУ имеют существенный разброс, рекомендации по коррекции приводятся для наихудшего ОУ. При этом лучшие ОУ могут не доиспользоваться по частоте пропускания. Максимальное использование любого ОУ по частоте можно обеспечить, если элементы корректирующей цепи будут определены экспериментально для конкретного ОУ.