Раздел 3. Операционные усилители (стр. 8 )

 

(3.22)

Здесь - заданный нами запас устойчивости по фазе.

 

Величина обычно должна составлять не менее . Если величина  составляет менее , то переходная импульсная характеристика усилителя ухудшается, в ней наблюдаются колебательные процессы. При незначительных дополнительных неучтенных фазовых сдвигах в цепях обратной связи усилитель может перейти в режим самовозбуждения в случае недостаточного запаса устойчивости по фазе.

Проведем расчет запаса устойчивости по фазе для усилителя с коэффициентом усиления 40дБ, используя АЧХ, изображенную на рис. 3.2.

Рассчитаем фазовый сдвиг  на частоте =31,6 кГц.

Запас устойчивости по фазе составит:

 

=180- 160,6=19,4 градуса

Эта величина не вполне удовлетворяет критерию достаточного запаса устойчивости по фазе. Возможно, что усилитель будет работать, однако, существенным недостатком такого усилителя будет длительный колебательный переходной процесс при импульсном входном сигнале.

Рассмотрим другой случай. Допустим, что мы запланировали построить усилитель с коэффициентом усиления, равным 1 на основе ОУ, характеристика которого приведена на рис. 3.2. Тогда точка пересечения, для которой следует рассчитывать фазовый сдвиг и запас устойчивости по фазе, находится на частоте 316кГц. На этой частоте фазовый сдвиг составит: . Запас устойчивости при этом составляет всего лишь, что недостаточно для реальной гарантии устойчивой работы схемы. На практике могут иметь место неучтенные фазовые сдвиги в цепи обратной связи, в цепи подключения нагрузки, в результате чего произойдет самовозбуждение усилителя.

 

При коэффициенте усиления  частота =10 кГц. Расчетная величина фазового сдвига на данной частоте составит:

 

При этом запас устойчивости по фазе составит , что вполне достаточно для устойчивого усиления.

Таким образом, можно отметить, что при большем значении коэффициента усиления усилитель менее склонен к самовозбуждению.

Существует правило: если горизонтальная линия, проведенная на уровне заданного усиления, пересекает асимптотическую ЛАЧХ на участке, имеющем наклон 20 дБ/декаду, то этот усилитель будет устойчивым.

Промышленность выпускает так называемые полностью скорректированные усилители, у которых ЛАЧХ имеет наклон 20 дБ/декаду во всей области от граничной частоты до частоты среза. Такие усилители имеют корректирующие цепи, встроенные внутрь микросхемы, и не требуют подключения внешних цепей коррекции. Эти микросхемы допускают возможность применения обратной связи с большими значениями коэффициента , вплоть до . При  неинвертирующий усилитель превращается в повторитель сигнала с коэффициентом усиления, равным . Усилители с полной внутренней коррекцией, это, например, 140УД6, 140УД7, 140 УД17, ОP-07. Наряду с полностью скорректированными усилителями выпускают операционные усилители без внутренней коррекции. Подобные микросхемы имеют специальный вывод «коррекция». К этому выводу подключают корректирующую цепочку, состоящую из конденсатора или конденсатора и резистора. Параметры цепочки разработчики обычно приводят в инструкции по применению микросхемы. При этом параметры корректирующей цепочки зависят от величины усиления, которое мы планируем получить в схеме с подключенной ООС.