Простейшая запаздывающая коррекция

При отрицательной ОС, с которой применяются ОУ, фазовый сдвиг петлевого усиления разомкнутой петли ОС на средних частотах составляет ровно 180⁰. На верхних частотах к нему добавляется еще частотно-зависимая составляющая φ_к < 0 фазового сдвига, вносимая усилителем. Так как ОУ многокаскадный, то его частотно-зависимый фазовый сдвиг на верхних частотах достигает -180⁰ уже на той частоте, на которой усиление еще не очень мало, т.е. коэффициент петлевого усиления Т ≥ 1. Следовательно, на этой частоте одновременно выполняются и баланс фаз и баланс амплитуд и наступает самовозбуждение.

Для предотвращения самовозбуждения последовательно с ОУ (блоком К на рис.9,а) можно включить корректирующую RC-цепь (рис.9,6), ослабляющую верхние частоты.

Верхняя граничная частота цепи ω_RC = 1/RC берется во много раз меньше, чем верхняя граничная частота усилителя ω_К (рис.10). Благодаря этому коэффициент передачи цепи K_RC (рис10,б) на верхних частотах ОУ очень мал и коэффициент петлевого усиления Т < 1, т.е. перестает выполняться баланс амплитуд и самовозбуждение прекращается. На нижних частотах самовозбуждение также невозможно, так как φ_RC<90°, φ_к = 0, т.е. не выполняется баланс фаз: φ_T<180° (φ_T = φ_к + φ_RC).

Такая коррекция называется запаздывающей, так как RC-цепь вносит запаздывание по фазе (и по времени). На практике, вместо RC-цепи, включают только конденсатор C, шунтируя им на землю какую-либо точку внутри ОУ, через которую проходит сигнал. Тогда в роли R оказывается эквивалентное сопротивление между этой сигнальной точкой и землей. Чтобы требуемая емкость конденсатора С была меньше, его подключают к самой высокоомной сигнальной точке внутри ОУ.

Рис.10

Недостатком этой коррекции является необходимость делать ω_RC << ω_K, что сильно понижает верхнюю граничную частоту тракта прямой передачи (блоки К, RC). Если емкость коррекции недостаточна, т.е. условие ω_RC << ω_K не выполняется, то частота единичного петлевого усиления Т оказывается столь высокой, что на ней фазовый сдвиг φ_К уже значителен, и ОС здесь становится положительной. Это создает относительный подъем в некоторой части характеристики. Дальнейшее уменьшение емкости С приводит сначала к увеличению подъема, а затем и к самовозбуждению усилителя.

В области нижних частот ОУ не вносит фазовых сдвигов, так как не содержит разделительных конденсаторов. Поэтому из-за охвата ОС самовозбуждение на этих частотах не возникает.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое генератор стабильного напряжения? Нарисуйте схемы ГСТ и дайте их сравнительный анализ.

2. Для чего необходимы генераторы малого стабильного напряжения? Нарисуйте простейшую схему ГМСН и поясните ее работу.

3. Каков принцип работы схем сдвига уровня?

4. Каковы основные свойства дифференциального каскада на транзисторах? Что такое синфазная помеха и коэффициент ослабления синфазной помехи?

5. Какие функции выполняет операционный усилитель и чем объяснить его широкое применение в схемотехнике?

6. Назовите основные параметры операционных усилителей и дайте их определения.

7. По схеме, приведенной на рис. 4, расскажите о назначении всех элементов.

8. Почему ОУ применяются в схемах с наличием отрицательных обратных связей?

9. Нарисуйте схему инвертирующего усилителя и выполните ее упрощенный анализ.

10. Нарисуйте схему неинвертирующего усилителя и выполните ее упрощенный анализ.

11. Нарисуйте схему дифференциального усилителя, выполненного на базе ОУ, и покажите вывод условия, при котором схема работает как дифференциальная.

12. Что такое ЭДС смещения нуля ОУ?

13. Назовите основные причины сдвига нуля выходного напряжения ОУ. Как эти сдвиги рассчитываются?.

14. Как определить полный сдвиг нуля выходного напряжения?

15. Почему ОУ, охваченный отрицательной ОС, самовозбуждается в области верхних частот?

16. В чем заключается простейшая запаздывающая коррекция операционных усилителей?

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ