Проигрыш в усилении -

Выигрыш в устойчивости

1 80⁰

9 0⁰

1 2

4 5⁰

_1  _2 _3

Запас по фазе: 180 - ( 90 + 45 ) = 45⁰, ( 45⁰ - сдвиг RC- фильтра на частоте – 3 дБ), eсли передаточная характеристика смещена так, что на частоте -3 дБ второго участка (полюса) коэффициент усиления стал бы равен 1.

В качестве корректирующей емкости часто используют емкость Миллера, причем, в схеме Дарлингтона ее емкость еще больше. Коррекция емкостью Mиллера температуроустойчива и не зависит от технологического разброса.

ДУ

Частотная характеристика ос в случае наличия реактивных элементов в цепях ос (интеграторы, дифференциаторы) происходит модификация частотной характеристики для повышения устойчивости схемы.

Для таких случаев используются диаграммы Боде для коэффициента передачи

всей петли ОС, а не АЧХ при разомкнутой ОС.

Особенно важно анализировать ОС для дифференциаторов (интеграторы сами обеспечивают спад – 6 дБ/октаву).

Внутренняя коррекция: С_кор = 30 –50 пФ, запас по фазе   45⁰. Полоса пропускания узкая.

Внешняя коррекция: С_кор = 5 – 50 пФ.

Ищут оптимум А_U    .

Е сли схема устойчива, возникает высокочастотный подъем А_U .

A_Uос A_Uос(₁₈₀)/A_Uос(0)=2

1.5

1.25

_180 (логарифмический масштаб)

Для предотвращения высокочастотного подъема коэффициента усиления необходимо выполнение условия

_Т < _2A_Uос(0),

в противном случае будет возникать «звон», «дребезг» на крутых фронтах входных сигналов вследствие перерегулирования ЧХ.

Лекция 12 Практические схемы оу.

1. Схема 1. Учебная схема. (Раздаточный материал).

Схема состоит из

а) дифференциального каскада на паре Т1, Т2, для смещения используются источники тока на транзисторах Т12-Т13, формируется ток I₀; активная нагрузка на транзисторах Т3-Т4 (по схеме токового зеркала) и транзисторе Т5;

б) транзистор Т6, включенный по схеме ЭП (ОК), первый транзистор пары Дарлингтона, второй – Т7, включенный по схеме с ОЭ, нагрузкой к этому каскаду является Т14 (ОБ) – это источник тока, смещаемый цепью Т12-R1;

в) выходной каскад класса В – двухтактный комплементарный ЭП с Дарлингтоновскими транзисторами Т8-Т9 (для вытекающего тока) – и Т10-Т11 (на втекающий ток).

Схема упрощенная. Недостатки: нелинейные искажения, нет ограничения тока в выходной цепи, нет частотной коррекции.

2. Схема 2. Реальный ОУ серии 741.

Основные блоки:

а) дифференциальный каскад, входные транзисторы Т1,Т2, составные с Т3,Т4, смещение задается источником тока Т5,Т6 иТ7, активная нагрузка в виде токового зеркала на транзисторах Т8,Т9, коэффициент усиления А_u1 > 60 дБ;

б) усилительный каскад на Т16,Т17 с активной нагрузкой на многоколлекторном транзисторе Т13 (источник тока с расщепленным коллектором, ГПТ), коэффициент усиления каскада А_u2  45 дБ;

в) выходной каскад, транзисторы Т18,Т19 выполняют функцию диодов для устранения нелинейных искажений, цепь с Т22 задает смещение на выходной каскад. Выходной каскад работает в классе АВ, транзисторы Т14-Т20 это ЭП с защитой от искажений (D1,D2=T18,T19) и ограничением тока от случая короткого замыкания (Т15,Т21 – R6,R7). Резисторы, кроме того, обеспечивают в схеме выходного каскада термостабилизацию. А_u3 =1.

Внутренняя частотная коррекция осуществляется емкостью С_кор = 30 пФ, подсоединенной ко второму каскаду (увеличение емкости С_БК про эффекту Миллера). Конденсатор С_кор занимает 1/6 площади кристалла! (30 пФ!) при площади кристалле примерно 0,5 мм². Все p-n-p – транзисторы – латеральные. В результате коррекции частота второго полюса _2ос  1МГц.

Схема 1 оу.

T3 T4 T7

T5 T6 T8

С_н1

вх1 -U U₀₁ C_н2 T9 i_вых

T1 T2

вх2 -U

+U

R1 I₀ U₀₂ T11 R_н Uвых

T10

T12 T13 T14

R2 R2

-U

Схема 2. Принципиальная схема ОУ типа 741 (Fairchild).

R1=1 K, R2=1 K, R3=50 K, R4=5 K, R5=40 K, R6=27 K, R7=22 K, R8=100 Ом, R9=50 K, R10=50 K, R11=50 K

+U

T14

T8 T9 T12 T13 T15

н еинв.вход R6

T18 * * выход

T1 T2 инв.вход R5 T19 R7

T 3 ^* T4 _* T21

C=30пФ R10 * T20

^*

T7 300 Ом T16 T22

T 5 T6 T17

T10 T11 T23 _{* * *}

R1 R3 R2 R4 R9 R8 T24 R11

установка нуля -U

Схема 3. ОУ на КМДП - транзисторах.

а) Основной каскад: ДУ на р- МДПТ Т1,Т2, активная нагрузка в виде токового зеркала на Т3,Т4, Транзисторы Т5,Т6 задают смещение, величину тока I₀  I_set  (U⁺-U^- - 1B)/R_set. Резистор выполняется внешним.

б) Усиливающий выходной каскад состоит из транзистора Т7, включенного по схеме с ОИ с активной нагрузкой в виде источника тока на Т8. Коэффициент усиления в ОУ 90 дБ. Корректирующая емкость С_кор = 16 пФ. Частота единичного усиления _T  0,8МГц.

+U

_х

T5 T6 I₀ T8

В ход +

В ход - T1 T2 C_кор U₀

I_set

R_set T3 T4 T7

-U

Пример расчета параметров схемы ОУ (по схеме 1.)