Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Апроксимована частотна характеристика ОП

Для еквівалентної схеми заміщення одного каскаду підсилення (рис.1.54), яка є колом першого порядку коефіцієнт підсилення і фазовий зсув якого описуються такими виразами

(1)

Рис.1.54. Схема заміщення одного резистивного каскаду підсилення ОП

Логарифмуємо вираз для коефіцієнта підсилення за напругою від частоти

(2)

Розглянемо залежність коефіцієнта підсилення від частоти для різних частот

1. При низьких частотах коли можна приблизно вважати

(3)

2.При частоті спряження .

(4)

3.На високих частотах .

. (5)

Зменшення коефіцієнта підсилення з частотою називається спадом частотної характеристики. Спад частотної характеристики виражається в децибелах на октаву або в децибелах на декаду. Це відповідає зміні коефіцієнта підсилення підсилювача в десять разів при зміні частоти в десять разів – 20 децибел на декаду (20 дб/дек), або зміна коефіцієнта підсилення в два рази при зміні частоти в два рази – 6 децибел на октаву (6 дб/окт).

Рис.1.55. Апроксимована частотна і фазова характеристики одного резистивного транзисторного каскаду підсилення ОП

Більшість ОП складається з двох або трьох каскаді, кожний з яких має спад частотної характеристики 20 дб/дек. Спад частотної характеристики багатокаскадного операційного підсилювача має більш складну форму. Щоб проаналізувати цю частотну характеристику використовують апроксимацію амплітудно-частотної характеристики прямолінійними відрізками. Такі характеристики, в яких представлена залежність десяткового логарифма коефіцієнта підсилення від десяткового логарифма частоти, ця апроксимована характеристика називається також діаграмою Боде.

Розглянемо методику побудови апроксимованої частотної характеристики трикаскадного ОП. Частотні апроксимовані характеристики окремих каскадів
(1, 2, 3) наведені на рис.1.56, а). Для побудови амплітудно-частотної апроксимованої характеристики всього підсилювача необхідно, на одному і тому ж малюнку накреслити частотні апроксимовані характеристики окремих каскадів і графічно їх додати. Отже на частотах менше ніж 1 кГц загальна частотна характеристика – це просто сума коефіцієнтів підсилення окремих каскадів в децибелах для постійного струму. В смузі частот від 1кГц до 10 кГц коефіцієнт підсилення каскаду 2 буде зменшуватися з швидкістю 20 дб/дек, в той самий час коефіцієнти підсилення 1 і 3 каскадів будуть залишатися сталими. Тому загальний коефіцієнт підсилення в цій смузі частот також буде спадати на 20 дб/дек. В смузі частот від
10 кГц до 100 кГц коефіцієнти підсилення каскадів 2 і 3 будуть спадати з швидкістю 20 дб/дек, а коефіцієнт підсилення 1 каскаду буде залишатися сталим на рівні 20 дб. Отже, в смузі частот від 10 кГц до 100 кГц загальний коефіцієнт підсилення буде спадати з швидкістю 40 дб/дек. В смузі частот від 100 кГц до частоти зрізу всього підсилювача всі три каскади мають швидкість спадання частотної характеристики 20 дб/дек, отже в цій смузі частот швидкість спадання всього трикаскадного підсилювача буде складати 60 дб/дек. Цей метод аналізу може бути використаний для будь якого багатокаскадного підсилювача, якщо відомі амплітудно-частотні характеристики його окремих каскадів.

В багатокаскадному підсилювачі кожен каскад збільшує фазовий зсув, що приводить до збільшення сумарного фазового зсуву за фазою. Оскільки максимальний фазовий зсув для одного каскаду складає 90^о на частоті зрізу, то максимальний фазовий зсув для трикаскадного підсилювача буде складати 270^о.

На рис.1.56 наведена апроксимована частотна характеристика рис.1.56, а), а також фазова характеристики трикаскадного операційного підсилювача рис.1.56, б).

Однією з універсальних і простих характеристик швидкодії операційного підсилювача є його швидкість наростання вихідної напруги. Значення цього параметра можна визначити двома способами:

· коли на вхід підсилювача подається великий скачок вхідної напруги і вимірюється швидкістю наростання вихідної напруги;

· коли на вхід підсилювача подається надлишковий за амплітудою синусоїдальний сигнал підвищеної частоти і на виході замірюється швидкість наростання трикутних імпульсів.

Рис.1.56. Апроксимована частотна характеристика ОП (а) і фазова характеристика (б) ОП

Рис.1.57. Перехідна характеристика ОП

– час вмикання ОП;

– час наростання напруги на виході ОП;

– час відновлення – це час протягом якого закінчується викид вихідної напруги ОП;

– час протягом, якого вихідний сигнал ОП входить в потрібну зону похибки і вважається встановленим.

Швидкість наростання вихідної напруги визначається, як максимальна швидкість зміни вихідної напруги

. (6)

Звичайно швидкість наростання визначають у вольтах на мікросекунду
(В/мкс). Підсилювач не може миттєво відповісти на зміну вхідної напруги, оскільки має внутрішні ємності. Ці ємності необхідно встигнути зарядити, але швидкість їх заряду обмежена, тому обмежена і швидкість зміни вихідної напруги. Швидкість наростання відрізняється від частотних спотворень тим, що вони відносяться до підсилення сигналів низького рівня, в той час як швидкість наростання – це здатність підсилювача відпрацьовувати без спотворень сигнали великого рівня. Ця здатність залежить від частоти і від амплітудного значення вихідної напруги.

Для синусоїдального сигналу миттєве значення напруги можна записати , де - амплітудне значення напруги сигналу на виході ОП. Диференціюємо це миттєве значення напруги і отримуємо . Нас цікавить значення цієї функції при проходженні сигналу через нуль при синусоїдальній його формі. В точці перетину нульового рівня сигналу з віссю абсцис виконується умова , отже для визначення максимальної швидкості наростання вихідної напруги можна отримати вираз

(7)

Форма вихідної напруги на виході операційного підсилювача при подачі на хід ОП надлишкової за частотою напруги

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒