Аналогові та підсилювальні електронні пристрої. Частина 2: Навчальний посібник, страница 10

ОП вміщує два–три каскади, кожний з яких може бути змодельований у вигляді RC–ланки, що утворюється великим вхідним опором каскаду і вхідною ємністю наступного каскаду. Тому передавальну функцію такого ОП можливо подати у такому вигляді

,

де  – коефіцієнт передачі ОП на постійному струмі.

Швидкість падіння результувальної АЧХ ОП, рис.2.8(а), послідовно збільшується на – 20дБ/дек. ФЧХ одного каскаду ОП може бути подана у вигляді тангенсоїди = , яку у логарифмічному масштабі зручно апроксимувати зламаною лінією, що має стрибок – 90⁰ на частоті зрізу. Тому результувальна ФЧХ ОП послідовно збільшується на – 90⁰, рис.2.8(б).

Рисунок 2.8 – АЧХ та ФЧХ некоректованого операційного підсилювача

Помилки апроксимації діаграми Боде (АЧХ і ФЧХ, що побудовані з використанням логарифмічного масштабу) прямими лініями на частоті зрізу не перевищують для АЧХ 3дБ, а ФЧХ на частотах  i  відповідно +5.7⁰ і –5.7⁰.

2.5 Забезпечення стійкості операційних підсилювачів, що охоплені зворотним зв’язком

Для того, щоб виключити амплітудно–фазові спотворення у заданій смузі частот, необхідно в цій смузі забезпечити рівномірну АЧХ і лінійну

ФЧХ. Це досягається за допомогою ВЗЗ. Але, необхідно мати на увазі, що якщо лінія  перетинає ділянку спаду АЧХ, що має швидкість падіння –40 або –60дБ/дек, зсув фази вихідного сигналу ОП відносно вхідного досягає – 180⁰ чи перевищує цю величину. Разом з початковим (схемотехнічним) зсувом фаз між інверсним входом і виходом ОП, що дорівнює – 180⁰, сумарний зсув фаз у колі ВЗЗ на частоті  буде складати – 360⁰, що викличе самозбудження схеми, якщо на цій частоті коефіцієнт підсилення пристрою  ще перевищує 1. Таким чином, для ОП, що має АЧХ вказаного типу, недоцільно забезпечувати глибину ВЗЗ  більшу, ніж , оскільки безпосередньо за другою частотою зламу сумарний фазовий зсув у колі ВЗЗ буде додатний (тобто, до зсуву фаз між інвертувальним входом і виходом ОП додається внутрішній зсув, більший за 180⁰) і схема самозбуджується.

Тому основна вимога забезпечення стійкості пристрою на некоректованому ОП така: пряма, що відповідає підсиленню , яке вимагається від пристрою на ОП із замкненим колом ВЗЗ, повинна обов'язково перетинати ділянку АЧХ з нахилом –20 дБ/дек. Ця вимога відповідає максимально можливому запасу фази у колі ВЗЗ до самозбудження (для частоти  запас фази 90⁰, а для – 0⁰). У більшості випадків може бути достатним і менший запас фази на самозбудження, тому у підсилювачах з замкненим колом ВЗЗ вдається використовувати також частину ділянки з нахилом –40дБ/дек. В цьому випадку АЧХ підсилювача буде мати викид поблизу частоти , а на перехідній характеристиці з'явиться значний викид, що характерний для систем з відносною стійкістю.

Цю вимогу дуже важко забезпечити, коли ОП включений як повторювач напруги оскільки при цьому коефіцієнт передачі у колі ЗЗ дорівнює коефіцієнту передачі при розімкненому колі ЗЗ.

Максимальний запас фази на самозбудження особливо бажаний у тих випадках, коли навантаження схеми у процесі роботи змінюється чи має ємнісний характер. У останньому випадку вихідний опір ОП утворює з  фазозсувне коло, внаслідок чого можливе самозбудження навіть у тому випадку, якщо ОП має деякий запас стійкості за фазою.

Усунути самозбудження схеми на ОП можливо за рахунок зрізання зайвої смуги підсилення, щоб сумарна (результувальна) АЧХ ОП проходила з нахилом –20 дБ/дек через точку одиничного підсилення . Зсув фаз у такому підсилювачі на всьому ВЧ спаді сталий і дорівнює 90⁰. Такий ОП має повністю оптимально скоректовану частотну характеристику і зветься скоректованим ОП. Зміна АЧХ трикаскадного ОП за допомогою RC–ланок з різними номіналами елементів показана на рис.2.9.

Для кожного конкретного типу ОП рекомендується відповідний набір RC–ланок, що підключаються до спеціальних високоомних точок схеми ОП. Ці точки вибираються з таким розрахунком, щоб зменшити номінали елементів кола корекції. У ряді випадків ОП випускаються постійно скоректованими. У коректованому ОП критерій стійкості задовольняється навіть тоді, коли вони включаються за схемою повторювача. В таких ОП  за допомогою простої резистивної ланки у колі ВЗЗ можна отримати будь-яке значення коефіцієнта підсилення і при цьому не буде виникати самозбудження. Коректувальні ланки можуть підключатися до входів ОП. ОП з більше ніж двома ланками корекції зустрічаються рідко, оскільки таким чином ускладнюється проектування, регулювання і експлуатація апаратури. Номінали коректувальних ланок і відповідні діаграми Боде наводяться у інструкціях з застосування конкретних ОП.