Скорость нарастания

Наряду со снижением полосы пропускания усилителя частотная коррекция с включением конденсатора Ск (Рис. 1.11) дает еще один нежелательный эффект: существенно снижается скорость нарастания выходного напряжения. Максимальное значение скорости нарастания р определяется в основном скоростью заряда корректирующего конденсатора:

Максимальный выходной ток дифференциального каскада (см. Рис. 1.11) равен току источника в цепи эмиттеров транзисторов VT и VT2. Принимая его равным 20 мкА, найдем для емкости корректирующего конденсатора Ск = 30 пФ:

Вследствие относительной малости этой величины при быстрых изменениях выходного напряжения возникают характерные искажения сигнала, которые не могут быть устранены путем введения отрицательной обратной связи. Их называют динамическими искажениями. Если входной сигнал усилителя синусоида, то чем больше ее амплитуда, тем при меньшей частоте появляются динамические искажения.

Компенсация емкостной нагрузки

Если операционный усилитель работает на емкостную нагрузку (например, на несогласованный ВЧ-кабель), то последняя вместе с выходным сопротивлением усилителя образует фильтр нижних частот, который вносит дополнительное фазовое запаздывание выходного напряжения (образует дополнительный полюс передаточной функции усилителя). Все это уменьшает запас устойчивости по фазе, и схема усилителя может самовозбуждаться уже при незначительной величине нагрузочной емкости, т. е. система теряет устойчивость и переходит в режим генерации колебаний. Порой достаточно коснуться выхода усилителя щупом осциллографа, чтобы усилитель начал самовозбуждаться. Для устранения этого явления в цепь обратной связи включается дополнительный форсирующий конденсатор Сф (Рис. 1.22а).

Компенсация емкостной нагрузки включением

Рис. 1.22. Компенсация емкостной нагрузки включением: а — форсирующего конденсатора Сф, б — последовательной цепи Л«Ск параллельно выходу

В этом случае цепь обратной связи представляет собой интегро-дифферен- цирующее фазоопережающее звено, создающее в окрестности частоты среза положительный фазовый сдвиг, компенсирующий запаздывание, вносимое емкостью нагрузки. Недостаток этого решения — при значительных выходных токах снижается динамический диапазон выходного напряжения за счет падения напряжения на резисторе Яф.

Вместо этого можно включить параллельно выходу последовательную цепочку ЛКСК (Рис. 1.22б). В области высоких частот эта цепь ведет себя как резистор, шунтируя емкость нагрузки CL и тем самым уменьшая порождаемое ею фазовое запаздывание (а зачастую и петлевое усиление). Рекомендуется выбирать Ск — (5... 10)0. и /?к — (0.3...0.7)/'оит •

Многие современные модели ОУ разрабатываются с учетом возможности работы на емкостную нагрузку. Например, ОУ AD820 обеспечивает устойчивую работу со 100% обратной связью на нагрузку емкостью до 350 пФ. С ростом усиления К схемы и соответственно с уменьшением петлевого усиления [З/и/ допустимая величина емкости нагрузки возрастает. На Рис. 1.23 приведена зависимость минимально-необходимой величины 1/р от емкости нагрузки при 20°-м запасе устойчивости по фазе для ОУ AD820.

Зависимость минимально необходимой величины 1/р от емкости нагрузки для ОУ AD820

Рис. 1.23. Зависимость минимально необходимой величины 1/р от емкости нагрузки для ОУ AD820

Недавно фирма National Semiconductor начала выпуск ОУ LM8272, который может устойчиво работать на нагрузку неограниченной емкости. Увеличение емкости нагрузки сказывается только на уменьшении скорости нарастания выходного напряжения. Если, например, при емкости 10 пФ скорость нарастания достигает 20 В/мкс, то подключение к выходу усилителя конденсатора емкостью 0.02 мкФ снижает этот показатель до 4 В/мкс.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >