1.2.2. МЕТОДЫ УЛУЧШЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОУ

Параметры, характеризующие быстродействие ОУ, можно разделить на параметры для малого и большого сигналов. К первой группе динамических параметров относятся частота среза /ср, частота единичного усиления /т и время установления /у. Эти параметры называются малосигнальными, так как они измеряются в линейном режиме работы каскадов ОУ ((/вх.д50 мВ, А(7вых 1 В). Ко второй группе относятся скорость нарастания выходного напряжения о и мощностная полоса пропускания fp. Эти параметры измеряются при большом дифференциальном входном сигнале ((/вх.д:>50 мВ для ОУ на биполярных транзисторах и Ubx>\ В для ОУ с полевыми транзисторами на входе).

Для устранения самовозбуждения при любой глубине ОС амплитудно-частотную характеристику ОУ делают однополюсной в диапазоне частот 0</</т, подключая внешние или внутренние резистивно-емкостные корректирующие цепи. Динамические показатели ОУ зависят от метода коррекции и параметров элементов корректирующих цепей. Поскольку разработчики ОУ всегда оговаривают рекомендуемые параметры корректирующих элементов, а следовательно, и способы улучшения динамических показателей ОУ с внешними цепями коррекции, ниже рассмотрены более общие методы улучшения быстродействия ОУ в аппаратуре.

Последовательное включение ОУ позволяет получить большую суммарную частоту среза fcp , если коэффициенты усиления AI и А2, равные соответственно Ku] = R2/Ri, Диг = /?4 ?звыбирают-ся из условия Кт = Кт = Ки={Ки+1)1[{Ки/УЫ-1], где Кцу =Ки. Тогда fcpx максимальна и равна:/ср2=/ср(1+.Кг7)/(1 +

При последовательно включенных ОУ /ср =/cp(l+Дc7)/(lЧ-+/Cl/ t7) и Kus = {1+Ки) {Ku!Ku2-l). Например, два ОУ типа 140УД7, включенные по схеме рис. 1.16 при /(172=16, имеют /ср2=0,2 МГц. Если применить один ОУ, то же усиление получится при /ср = 60 кГц.

Рис. 1.16. Расширение полосы пропускания последовательным включением операционных усилителей

Рис. 1.17. Высокочастотный усилитель на низкочастотном операционном усилителе

Широкополосный усилитель на основе ОУ 153УД6 (рис. 1.7) можно построить, используя только промежуточный и выходной каскады последнего при отключенном входном. Высокочастотный транзистор (/т 0,5 ГГц) смещает уровень напряжения входного сигнала до режимного напряжения на входе промежуточного каскада ОУ (около 13,5 В). Коррекция амплитудно-частотной характеристики схемы осуществляется подбором емкости Ск. Допустимое напряжение эмиттер - коллектор VT должно быть не менее 15 В-

Величина v большинства ОУ обратно пропорциональна емкости корректирующего конденсатора Ск. Поэтому очевидным способом увеличения v в ОУ с внешней корректирующей цепью является уменьшение емкости Ск. Таким образом, можно увеличить о на порядок (при Дг7=10). Для увеличения v в ОУ с внутренней коррекцией к выходу усилителя можно подключить дополнительный каскад. Если коэффициент усиления выходного каскада k, то максимальное выходное напряжение (Увых достигается за время, необходимое для изменения выходного напряжения ОУ на величину f/вых/й. Следовательно, v увеличивается в k раз. Полюс выходного каскада должен появиться на частоте, равной kfr для предотвращения возбуждения схемы. При k>lO такой усилитель может самовозбуждаться в режиме повторителя, хотя в режиме усилителя (Д!7>-10) обычно сохраняет устойчивость. Допустимые величины k зависят от типа транзисторов и максимальных для ОУ с минимальным сдвигом фазы входного сигнала (например, 140УД7).

В схеме усилителя рис. 1.18 дополнительный выходной каскад на транзисторах VT1 и VT2 управляется изменениями тока в цепях питания ОУ. Выходной каскад действует как усилитель тока с отрицательной ОС через транзисторы VT3 и VT4 внутреннего выходного каскада ОУ. Коэффициент усиления выходного усили-

и 300

Рис. 1.19. Простейший высокочастотный параллельный канал для низкочастотного операционного усилителя

Рис. 1.18. Улучшение динамических параметров операционного усилителя включением усилителя, управляемого по цепи питания

теля равен R2/R1 и не зависит от сопротивления нагрузки. Если R2/Ri = l0, то для получения изменения выходного напряжения схемы от -10 до +10 В напряжение на выходе ОУ должно изменяться от -1 до 1 В. Наилучшие практические результаты получаются при отношении R2/Ri = 6,7 и сопротивления .i = 270 Ом. Тогда по сравнению с ОУ 140УД7 значение /т усилителя увеличивается от 1 до 7,5 МГц, у -от 0,5 до 5 В/мкс, а /р - от 15 до 50 кГц. Возможная нестабильность работы усилителя при глубокой ОС может быть устранена регулировкой сопротивления потенциометра Rn. Сопротивление последнего определяется в режиме неинвертирующего повторителя при максимальном размахе выходного напряжения.

Скорость нарастания выходного напряжения ОУ 153УД1 можно увеличить включением параллельного высокочастотного каскада между неинвертирующим входом и входом выходного каскада (вывод 5) (рис. 1.19). Использование истокового повторителя на входе параллельного каскада позволяет избежать увеличения входного тока, обычного при других типах параллельных каналов. Амплитудно-частотная характеристика прямого канала на ОУ формируется цепью R1, С1, С2, а параллельного - цепью R2, СЗ и полевым транзистором. Соотношение между постоянными времени этих цепей должно удовлетворять условию Сг (/?2+1/5) > !>3/?iCi. Усилитель не возбуждается при охвате ОС, если 0,1 кОм<;/?о.с<;10 кОм, емкость конденсатора нагрузки Сн< <;100 пФ, а выходная емкость генератора сигнала Сг<10 пФ.

Если допустимо усложнение схемы и требуется получение значительно большей скорости нарастания при одновременном улучшении точностных показателей ОУ, можно воспользоваться усилителем на основе ОУ 140УД14 (рис. 1.20). Параллельный канал в этой схеме, так же как в предыдущей, начинается истоковым

Рис. 1.20. Прецизионный быстродействующий усилитель