Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Запас по фазе часто выбирается равным 45'. Г!рп таком запасе фазовый сдвиг коэффициента усиления без обратной связи иа частоте, при которой (гАоь( = 1, будет 185, что на 45' меньше критичного фазового сдвига, равного 180 Если частоты зочек излома достаточно сильно разнесены, так что Л « /в « /з, то частота, на которой фазовый сдвиг коэффи цнента усиления Оу без обратной связи 135', примерно равна /в. На этой частоте фазовый сдвиг, обусловленный (1 + 1//Ы Равен 90', а (1+ ////,) = 45", так что общий сдвиг по фазе (предполагается, что фазовым сдвигом от других членов можи жно пренебречь).
Заметим, что, как и предполагалось, фазовый сдвиг коэффициента ' усиления без обратной связи действительно равен 180'. При / =- /пв коэффициент усиления без обратной связи меньше его значения на нулевой частоте в Г,/(Гв + /в) раз. Через частоту едн пичного усиления коэффициент усиления без обратной связи вы. ражается очень просто: Аоь (/ю ) ж Р.г(/в + 6в). Теперь условие устойчивости определяется, как Харахвереспики и применение ОУ Аш 10! Аос ((а) = оь Ао, (о) л„(о) +г ) ((яй)У3 ~!3У (о) 6 (5.72) ()гз 1~) — ~! 33' Поскольку 1„= Аоь (0) ~„выражение (5.72) можно переписать в виде (5.75) Чтобы иметь запас по фазе хотя бы 45'„должно выполняться условие )РАоь) ~(1 на частоте )мх.
Поскольку г" = !/Ась (О), данное условие можно переписать как Асс (0) >~ (Аоь Жзз) $* а используя полученное выше выражение для Аоь Д~м.), получим Ась(0))~ Аоь1ь!Ь~ 2~к) =)~!Ы 2Я для запаса по фазе . 45'. (5.74) Предыдущее выражение для Аоь Огзз ) и соответствующее условие запаса по фазе основаны на предположении, что частота второй точки излома далеко отстоит от своих ближайших соседей ~~ и (,, Условие для (, обычно очень хорошо выполняется, а что касается ~„ то в некоторых случаях она может быть расположена Рядом а (з, При этом ~м-; иногда меньше (ь Рассмотрим в качестве примеРа наименее благопРиЯгный слУчай, когда ~з = ~,.
Р1Ри г =' (мз имеем агс1ц (Ц,) + агс1а (9И + агс1ц 0(() = !35'. Поскольку ~, )> ~м агс12 Щ) ж 90', и учитывая, что в данном слу- (7~ = Я справедливо соотношение 2 агс1я (Ц,) = 45', так что агс1я И~) 22,5', получим ~ю = ~~ (ц(225) = 04!42(~. Следовательно, в наименее благоприятном случае (цз составляет меньше половины ~,. При 1 = 7; коэффициент усиления без обратной связи определяется выражением 340 Гяава Б Коэффициент усиления без обратной связи в этих условя (при 1 = 1,зз.) определяется выражением А, (0) 00 4142(зУУ!) (1 .1- 1!О 4142! з1)з)з ОЬ (О) )! ОЬ (О) (! (о 0,4853!тз< 135 (0,4853)з)~ 135 (О 4853«тз < — 135' ' (о' ) Итак, для запаса ! о фазе 45' коэффициент усиления с обратной связью должен удовлетворять условию: Ась (О) )~ 1,/0,43531,.
Отрицатепьная обратная связь, ЕАо > О Положите««чая обратная связь, ЕА с<О Неустоичивость ЕЯ с< — ! ес! На частоте бтз Устоичивость ! <ням <О Устаичивость Я, < Ао,!т е пРоитРыш в коэффициенте усиления) Асс> Яс! Повышенный «озффициент усипения Пониженная усто«чивосп козфф.!циента Хорошая устоичивость козффициента усипения расшире~ная попосв пРоНУсканиЯ (В!У<«< Вкш! Петпсвое усипение ЕА, — --з Рис, 5.33, Характеристики систем с обратнои связью (замкнутых систем). На рис. 5.33 сведены важнейгпие характеристики отрицательной и положительной обратной связи, На рис.
5.34 приведена зависимость коэффицие(па усиления ОУ без обратной связи от частоты, отмечены критичные частоты 1!Ро и 1!азм Если коэффициент Усилении с обРатной свЯзью Ась (О) опУскаетсЯ ниже линии Асье (1ию ), то ОУ попадает в область неустойчивости, Для устойчивой работы необходимо, чтобы Аоу, (О) «> Аоь (1!аз") Если 4сь (О) т= Ась(1та!), то устойчивость не просто гарантирована а сущестзует запас пп фазе более чем на 45'. При частоте единия ного усиления 1„< 1, обеспе 1ивается устойчивость Оу с запасом по фазе 45' при любых значениях коэффициента усиления о об ратной связью (если петля обратной связи состоит только из Ре 341 Хараказеристики и применение Оу зисторов), даже в наименее благоприятном случае полной обратной связи (г" = 1), который соответствует коэффициенту усиления с обРатной свЯзью, РавномУ единице.
ТакаЯ ситУациЯ Д„< 1а) обычно используется при внутренней коррекции ОУ. 'я 4 Рис. 5,34. Чйстотыая характеристика ОУ баа обратыой связи. б 1~.3. Коррекция ОУ. Коэффициент усиления ОУ без обр~~ной связи на низкой частоте Аоь (О) обычно чрезвычайно в~~и~ (~100000). В результате в большинстве схем ОУАсс (О) сс; ~~ Аоъ (О). Если использовать такое Аоь (О) при условии устой- 342 Глааа д ч ивости ОУ, то окажется, что частота первой точки излома /, должна быть много меньше частоты второй точки излома /,. 11о мере умень шенин коэффициента усиления с обратной связью /, также умень шается.
Например, при А,ц, (О) = 100 000 (100 дБ) /, = 1,0 МГ и / = 4,0 МГц. Для устойчивой работы ОУ с обратной связью при коэффициенте усиления Ась (0) = 100 /, не должно превы шать 5,0 кГц, Если требуется обеспечить устойчивость ОУ с об. ратной связью при коэффициенте усиления, близком к единице (повторитель напряжения), то верхняя граница /, должна быть максимум 50 Гц. А если необходимо работать с повторителем на пряжения при запасе по фазе 45, то /, не должно превышать 14 Гц.
Чтобы первая точка излома была на такой низкой частоте, не. обходимо либо использовать ОУ с внутренней коррекцией, либо модифицировать частотную характеристику путем подсоединения к корректирующим выводам ОУ дополнительной емкости. В любом случае схема коррекции приведет к появлению дополнительного множителя вида 1/(1 + ////1) в уравнении коэффициента усиления ОУ без обратной связи в зависимости от частоты. Схему коррекции можно рассматривать как простейшую низкочастотную ИС-цепь, передаточная характеристика которой имеет вид оо/о.
= р+(! .„,~) — — 1/(! +!ы/1С) =-!/(1+!(/!/1)), (5.76) где /, = !/2пЯС. ОУ с внутренней коррекцией. В ОУ с внутренней коррекцией частота первой точки излома обычно выбирается такой, чтобы обеспечить устойчивость ОУ с запасом по фазе по крайней мере 45' при любом значении коэффициента усиления с обратной связью, причем предполагают, что петля обратной связи состоит только пз резисторов. В частности, если в наименее благоприятном случае, т. е, прп использовании повторителя напряжения с Ась (0) = =- 1, обеспечивается запас по фазе минимум 45', то для любых других схем включения ОУ с обратной связью (с резисторами в петле обратной связи) запас по фазе будет больше 45".
В ОУ с внутренней коррекцией требуемое значение /, обычно лежит в диапазоне от 3 до 30 Гц, часто около 10 Гц. Такое зна. чение /, много меньше частот других точек излома, поэтому ширина полосы пропускания при разомкнутой петле обратной связи будет в основном определяться только /,, следовательно, можн~ записать В И7о„ж /,, Внутренняя коррекция ОУ достигается путем добавления кон денсатора небольшой (30 — 50 пФ) емкости на кристалл кремния в процессе производства. Этот конденсатор подключается к опреде лепным точкам в схеме и изменяет в сторону уменьшения частоту /„ обычно до примерно 10 Гц.
Харакаирисивики и применение ОУ 343 ОУ без внутренней коррекции. Преимуществом ОУ с внутренней коррекцией является простота их использования, поскольку они будут устойчивы (с запасом по фазе 45') при любых параметрах обратной связи при условии, что петля обратной связи состоит только из резисторов, Их существенный недостаток состоит в том, ,по ширина полосы пропускания будет достаточно узкой при любых значениях коэффициента усиления с обратной связью оъ единццы н выше. Это связано с тем, что выбор значения ~в основывается на обеспечении запаса по фазе 45' при единичном коэффициенте усиления.
Такое ~в не соответствует значению, необходимому при других коэффициентах усиления с обратной связью. В ОУ без внутренней коррекции коррекция достигается путем подключения к специальным корректирующим выводам конденсатора небольшой емкости (как правило, от 5 до 50 пФ). В этом случае корректирующий конденсатор является внешним элементом н его емкость можно выбрать из соображений оптимальной работы схемы при заданном коэффициенте усиления с обратной связью, что принципиально невозможно при внутренней коррекции ОУ.
Для повторителя напряжения различие между полосой пропускання, полученной в ОУ с внутренней коррекцией и без внутренней коррекции, несущественно, поэтому предпочтителен ОУ с внутренней коррекцией. При коэффициенте усиления с обратной связью больше единицы можно добиться значительно более широкой полосы пропускания, используя ОУ без внутренней коррекции, правильным подбором емкости внешнего корректирующего конденсатора. В ряде случаев прн использовании ОУ без внутренней коррекции удается расширить полосу пропускания ОУ с обратной связью в 5 и даже 10 раз по сравнению с шириной полосы пропускания, достижимой при использовании ОУ с внутренней коррекцией.
5.18А. Высокочастогпный подъем коэффив4иенгпа усиления. На кРитичной частоте ( = ),вп. обРатнаЯ свЯзь, отРнпательнаЯ иа низких частотах, становится положительной. Если пстлевое усиление РАоь по модулю больше или равно единице на этой частоте, то ОУ самовозбуждается и схема начинает работать в режиме автоколебаний. Условие, необходимое для устойчивой работы усилителя, было рассмотрено выше.
Однако даже если ~~ема действительно;стойчнва, положительная обратная связь, которая существует в области частот, близких к (1вп, может при~ести к тому, что коэффициент усиления с обратной связью в этом частотном диапазоне будет больше, чем низкочастотный коэффициент УсилениЯ с обРатной свизью Ась (0). В этом слУчае говорят что существует высокочастотный подъем коэффив(пента уси- В данном разделе будет проведен анализ высокочастотного подъе А одъема коэффициента усиления путем исследования отношения подъев сь (/1вп")/Ась (О).
Если оно болшпе единицы, то имеет место дьем коэффициента усиления на высокой частоте. Из выраже. 344 Глава о ния для Ась (/~во)/Ась (0) также будут найдены условия, необходимые для предотвращения высокочастотного подъема ко вффициента усиления. Запишем уравнение Ась = Ась/(1+ гАо ) При / — 0 о имеет вид Ась (0) = Ась (0)/!1 + ЕАоь (0)1 ж 1/г", так как гАоь (0) )> 1, поэтому Г ж 1/Ась (0).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
