1. Частотные свойства оу

В предыдущей лекции было отмечено, что коэффициент усиления ОУ

зависит от частоты. Рассмотрим этот вопрос более подробно. Частотная зависимость коэффициента усиления ОУ обусловлена зависимостью от частоты коэффициента передачи тока базы транзисторов, входящих в его схему. Известно, что

,

причем,

,

,

где ω_β-предельная частота, на которой коэффициент передачи тока базы .

Структурная схема ОУ содержит несколько каскадов (обычно два – три). Каждый каскад вносит свой вклад в формирование общей частотной характеристики ОУ. Допустим, что на некоторой частоте f коэффициент усиления i-го каскада К_Ui падает в M_i раз и появляется запаздывающий фазовый сдвиг-_i. Общий коэффициент усиления трёхкаскадного ОУ становится равным

,

где K_oi-модуль коэффициента усиления i-го каскада в области низких и

средних частот.

Фазовый сдвиг также накапливается от каскада к каскаду:

 = ₁ + ₂ + ₃.

Типичные АЧХ и ФЧХ ОУ приведены на риc. 22.1. На частотных характеристиках можно выделить две области. Первая область расположена на оси частот в пределах от 0 до f_в. В этой области частот K_u ≥ 0,707·K_o, а фазовый сдвиг отсутствует (эта область определяет полосу пропускания усилителя). Во второй области K_u падает с ростом частоты, а фазовый сдвиг нарастает.

Чтобы выяснить, как влияют частотные свойства ОУ на процесс усиления сигналов, обратимся к схеме на рис.21.10, б. В области высоких частот коэффициент усиления этой схемы приобретает комплексный характер:

. (22.1)

На частоте f_π (рис. 22.1, б) фазовый сдвиг в каскадах ОУ _ОУ = 180⁰. Этот фазовый сдвиг складывается с фазовым сдвигом цепи отрицательной ОС φ_ОС = 180⁰, поэтому сигналы на выходе ОУ и на его инвертирующем входе синфазные. Отрицательная ОС на частоте f_π становится положительной.

Для получения количественной оценки учтем, что коэффициент

усиления на частоте f_π является действительной, но отрицательной величиной, т.е. . Тогда выражение (22.1) приходит к виду

.

Когда произведение стремится к единице, коэффициент усиления усилителя стремится к бесконечности К_oc→∞. Это означает, что в схеме появляются автоколебания с частотой f_π. Такое явление получило название "самовозбуждение усилителя" и недопустимо при его работе.

Сформулируем условия самовозбуждения:

1. _ОУ+_ОС=2π. Суммарный фазовый сдвиг, вносимый ОУ и отрицательной ОС должен быть равен 2π. Такая ОС становиться ПОС. Условие называют "баланс фаз".

2. Это условие называют "баланс амплитуд".

Для достижения устойчивости ОУ применяют частотную коррекцию их схем. Суть частотной коррекции заключается в уменьшении усиления на частотах, близких к f_π до значений, нарушающих условие баланса амплитуд. Выполняется частотная коррекция посредством RC – цепочек, которые подключаются параллельно какому – либо участку внутренней схемы ОУ. С ростом частоты сопротивление емкости Х_С = 1/ω·C уменьшается и все большая часть тока ответвляется через RC – цепочку. Коэффициент усиления схемы уменьшается. Вид АЧХ ОУ после его коррекции показан на рис. 22.1, а пунктирной линией. Для подключения внешних цепей коррекции схема ОУ имеет специальные выводы FC. Ряд ОУ выпускаются с внутренней частотной коррекцией.