6.6. Корекція частотних характеристик

Під корекцією частотних характеристик розумітимемо зміну ЛАЧХ і ЛФЧХ для отримання від пристроїв на ОУ необхідних властивостей і, перш за все, забезпеченні стійкої роботи. ОУ зазвичай використовується з ланцюгами ООС, проте за деяких умов, із-за додаткових фазових зрушень частотних складових сигналу, ООС може перетвориться на ПОС і підсилювач втратить стійкість. Оскільки ООС дуже глибока( ), то особливо важливо забезпечити фазове зрушення між вхідним і вихідним сигналом, що гарантує відсутність збудження.

Раніше на малюнку 6.6 були приведені ЛАЧХ і ЛФЧХ для скоректованого ОУ, формою еквівалентні ЛАЧХ і ЛФЧХ одиночного підсилювального каскаду, з яких видно, що максимальне фазове зрушення <90 при а швидкість спаду коефіцієнта посилення в області ВЧ складає 20дБ/дек. Такий підсилювач стійкий при будь-якій глибині ООС.

Если ОУ состоит из нескольких каскадов (например, трех), каждый из которых имеет скорость спада 20дБ/дек и не содержит цепей коррекции, то его ЛАЧХ и ЛФЧХ имеют более сложную форму (рисунок 6.15) и содержит область неустойчивых колебаний.

Для забезпечення стійкої роботи пристроїв на ОУ використовуються внутрішні і зовнішні ланцюги корекції, за допомогою яких добиваються загального фазового зрушення при розімкненому ланцюзі ООС менше 135 на максимальній робочій частоті. При цьому автоматично виходить, що спад складає порядку 20дБ/дек.

Як критерій стійкості пристроїв на ОУ зручно використовувати критерій Боді, формульований таким чином: "Підсилювач з ланцюгом зворотного зв'язку стійкий, якщо пряма його коефіцієнта посилення в децибелах перетинає ЛАЧХ на ділянці із спадом 20дБ/дек". Таким чином, можна укласти, що ланцюги частотної корекції в ОУ повинні забезпечувати швидкість спаду ( ) на ВЧ порядку 20дБ/дек.

Ланцюги частотної корекції можуть бути як вбудовані в напівпровідниковий кристал, так і створеними зовнішніми елементами. Простий ланцюг частотної корекції здійснюється за допомогою підключення до виходу ОУ конденсатора достатньо великого номінала. Необхідно, щоб постійна часу була більше, ніж . При цьому сигнали високих частот на виході ОУ шунтуватимуться і смуга робочих частот звузиться, більшою частина вельми значно, що є істотним недоліком даного виду корекції. Отримана в цьому випадку ЛАЧХ показана на малюнку 6.16.

Спад тут не перевищуватиме 20дБ/дек, а сам ОУ буде стійкий при введенні ООС, оскільки  ніколи не перевищить 135.

Досконаліші ланцюги інтегруючого (корекція, що запізнюється) і диференціюючого (випереджаюча корекція) типів, що коректують. У загальному вигляді корекція інтегруючого типу виявляється аналогічно дії ємкості, що коректує (навантаженням). Ланцюг, що коректує, RC включається між каскадами ОУ (малюнок 6.17).

Резистор є вхідним опором каскаду ОУ, а сам ланцюг корекції містить і . Постійна часу цього ланцюга повинна бути більше постійною часу будь-якого з каскадів ОУ. Оскільки ланцюг корекції є простим однозвенной RC ланцюгом, то нахил її ЛАЧХ рівний 20дБ/дек, що і гарантує стійку роботу підсилювача. І в цьому випадку ланцюг корекції звужує смугу робочих частот підсилювача, проте широка смуга все одно нічого не дає, якщо підсилювач нестійкий.

Стійка робота ОУ при щодо широкій смузі забезпечується корекцією диференціюючого типу. Суть такого способу корекції ЛАЧХ і ЛФЧХ полягає в тому, що ВЧ сигнали проходять усередині ОУ в обхід частини каскадів (або елементів), що забезпечують максимальний ними не посилюються і не затримуються по фазі. В результаті ВЧ сигнали посилюватимуться менше, але їх мале фазове зрушення не приведе до втрати стійкості підсилювача. Для реалізації корекції диференціюючого типу до спеціальних виводів ОУ підключається конденсатор, що коректує (малюнок 6.18).

Крім розглянутих ланцюгів, що коректують, відомі та інші (див., наприклад [2]). При виборі схем корекції і номіналів їх елементів слід звертатися до довідкової літератури (наприклад[10]).