Частотные характеристики ИМС ОУ

Эквивалентная схема усилительного каскада ИМС ОУ может быть представлена в виде RCцепи с генератором входного сигнала (рис. 3.36, а). В такой схеме следует учитывать величины сопротивления RH и емкости Сн нагрузки. Если принять, что А’о — коэффициент усиления в диапазоне низких частот, где влияние емкости Сн не ощущается, то приведенная схема позволит оценить действие этой емкости на более высоких частотах.

Комплексный коэффициент усиления каскада.

где ?/*_ых и U'_BX — комплексные величины выходного и входного сигналов соответственно; со_с и f_c — циклическая и временная частоты среза.

Отсюда можно записать выражение амплитудно-частотной характеристики каскада как модуль комплексного коэффициента, а именно:

Умножая числитель и знаменатель формулы (3.35) на выражение, комплексно сопряженное знаменателю, получим выражение фазочастотной характеристики (ФЧХ) как отношение мнимой к действительной части комплексной величины, т. е. отрицательное приращение (набег) фазы к сдвигу на 180° между напряжениями U_Bых и U_BX, свойственное каскаду с коллекторной нагрузкой,.

На частоте, равной частоте среза АЧХ (/ = .?)> коэффициент усиления составляет 0,7 от его максимальной величины К_утях по сравнению с низкими частотами, на которых влияние емкости С_н

Рис. 3.36. Эквивалентная схема ОУ с емкостной нагрузкой (я), его АЧХ и ФЧХ (б) и АЧХ и ФЧХ в логарифмическом масштабе (в).

не ощущается. Иным словами K_y(f) = 0,707 т. е. сигнал на выходе уменьшается в 1,41 раза по амплитуде и в два раза по мощности (примерно на 3 дБ). На этой частоте происходит сдвиг входного сигнала по фазе на Д<�р = -45 При дальнейшем увеличении частоты K_y(f) уменьшается, а Д<�р быстро растет по абсолютной величине, стремясь к -90° (рис. 3.36, б).

Выражение (3.21) приобретает большую наглядность, если в его знаменателе пренебречь единицей, что практически не вызывает ошибки в диапазоне частот/ «/_с. Тогда абсолютная величина.

т.е. с увеличением частоты усиление каскада во столько же раз уменьшается.

Если взять с основу не Ус, а частоту единичного усилия/, то формула (3.38) будет иметь следующий вид:

т.е. коэффициент усиления ИМС ОУ на частоте/можно ориентировочно оценить отношением частот/ и/ Заметим, что это выражение справедливо, когда амплитудно-частотная характеристика имеет одну частоту среза.

Чтобы разместить на осях большие диапазоны изменений K_y(f) и f амплитудно-частотную характеристику строят в логарифмическом масштабе, при этом K_y(f) выражают в децибелах — K_y(f). В соответствии с выражением (3.36) имеем.

Из правой части данного выражения следует, что десятикратное (на декаду) увеличение частоты вызывает спад логарифмической амплитудно-частотной характеристики (ЛАЧХ) на 20 дБ. При этом известно, что до/=Ус характеристика ОУ не имеет завала, т. е. параллельна оси частот. Таким образом, на частоте f=f_c ЛАЧХ имеет точку перегиба (полюс) (рис. 3.36, в).

Фазочастотную характеристику в логарифмическом частотном масштабе представляют ступенчатой кривой, скачок которой на -90° соответствует частоте среза. При f=f_c фазовый сдвиг за счет нагружающей емкости (или набег фазы Дф) составляет -45°, однако при f>f_cOH быстро нарастает до -90°.

Каскады ИМС имеют разные выходные сопротивления, нагружаются разными емкостями и характеризуются разными частотами среза УсПоэтому иногда результирующая ЛАЧХ ИМС ОУ имеет несколько точек перегиба. Частотные искажения каждого из каскадов приводят к спаду ЛАЧХ на 20 дБ/дек. В ступенчатой кривой фазочастотной характеристики частоте /_с каждого каскада соответствует скачок на -90°.

По частотным свойствам ИМС ОУ, несмотря на сложную структуру, эквивалентны двухкаскадным усилителям. Их ЛАЧХ имеет два спадающих участка с наклонами -20 и -40 дБ/дск. За счет коррекции эту характеристику делают однополюсной: ее спадающий участок имеет наклон -20 дБ/дек.