Дифференцирование - нежелательная операция, так как при ее осуществлении выделяются высокочастотные шумовые составляющие, которых могло даже не быть в спектре входного сигнала (шум операционного усилителя). В аналоговых вычислительных машинах дифференцирования избегают, заменяя неявным подсчетом и интегрированием.

За счет снижения верхней границы полосы частот шум дифференциатора может быть снижен путем выбора большего значения сопротивления резистора Ri, чем следует из формулы (13.29), и установки конденсатора Сг параллельно сопротивлению обратной связи. Действенность этих компенсационных мер видна на осциллограмме рис. 13.23.

13 2.2 Отделение емкостной нагрузки

В разд. 13.1.6 мы выяснили отрицательное влияние емкости нагрузки. Здесь мы покажем, как избавиться от этого влияния. Чтобы облегчить применение, мы рассмотрим сущность этой компенсации детально.

Рис 13 24 Развязка схемы инвертора напряжения от емкостной нагрузки.

а - исходная, г - окончательная схема (См текст)

Инвертор напряжения, нагруженный конденсатором (рис. 13.24,а), имеет на выходе «звон» или колебания Одна из

Это общее свойство диффренцирования при его реализации в любых, в том числе и цифровых устройствах, а не только в аналоговых схемах - Прим. ред.

причин этого явления - полюс апериодического звена, образованного выходным сопротивлением операционного усилителя вых (в худшем случае выходным импедансом Zbux) и конденсатором нагрузки С„ Исходя из предыдущего примера, мы можем отделить нагрузочный конденсатор от выхода малым сопротивлением R (б). Колебания прекратятся, и звон исчезнет. Однако вместе с тем утратится основное свойство операционной схемы-независимость выходного напряжения от нагрузки.

Выходное полное сопротивление инвертора вернется к исходному значению, если сопротивление R включить в петлю обрат-ной связи (б), т. е точку снятия выходного напряжения перенести к нагрузке. Хотя у инвертора теперь опять появятся автоколебания, причем выраженные сильнее, чем раньше, так как эффективное значение сопротивления Rbux увеличилось до Rbux+R, схема приобрела вид, подходящий для последнего этапа компенсации, состоящего во включении малого конденсатора между выходом и инвертирующим входом (г).

Теперь сигнал обратной связи поступает по двум каналам - каналу постоянного тока и каналу переменного тока. Основная цепь постоянного тока управляет выходным напряжением на нагрузке, но на высокой частоте дает сигнал, что само по себе ведет к автоколебаниям. Этому препятствует цепь переменного тока, замкнутая через компенсирующий конденсатор С, который снимает с выхода операционного усилителя напряжение, не имеющее дополнительного фазового сдвига, и подает его обратно на вход. Благодаря низкому сопротивлению конденсатора на высоких частотах этот полезный сигнал оказывается больше «вредного», поступающего через сопротивление R2.

Сущность описанной компенсации, применимой также и в других случаях, состоит в отделении нагрузочного конденсатора последовательным сопротивлением R и замыкании быстродействующей петли обратной связи через конденсатор С. В разд. 13.2 3 мы увидим, что конденсатор С имеет еще одно назначение - компенсацию суммарной емкости межсоединений (монтажа).

То, что было сформулировано качественно, может быть доказано аналитически (рис. 13 25). Выражение для коэффициента обратной связи весьма упрощается в предположении, что сопротивления Rbux И R малы ПО отношснию К сопротивлению Rl и к реактивному сопротивлению конденсатора С. Тогда по постоянному току коэффициент обратной связи есть r=[RiI{Ri- +2)]{l/[l-fsCH(/?BHx+i?)]l l+sC(/?,7?2)]} с главным полюсом на частоте 1/2яСн(вых+?) =80 кГц (для числовых значений, указанных на схеме) и с несущественным высокочастотным полюсом на частоте 1/2kC{Ri\\R2) =-3 2 МГц. Компенсац.и он наьчрньпмсст коэффициент обратной связи дифференцирую-

щего типа c = sC {RM2) {\+sCR)l[+sCm\R2)][\ + + sCh(/?bux + ?)] с несущественным частотным дублетом с относительным разделением частот /?/(/?выхН-/?) =0,5. Полный коэффициент обратной связи будет суммой: р=Рд-ьрс- Симметричным разворотом графика относительно оси О дБ можно найти обращенный коэффициент обратной связи, требуемый для оценки устойчивости. Изначальное пересечение графиков \А\ и (штриховая линия) меняется на устойчивое.

l/j9l без коррекции 1вых =*00 Ом = й МГц

IVjsl скорректированная

Рис. 13 25 Графическое решение задачи определения параметров цепи коррекции инвертора напряжения с емкостной нагрузкой

Мы не предлагаем какой-либо общей формулы выбора корректирующих элементов Си/?. Значения, данные на рис. 13.25, типичны. Правильные значения дчя конкретных ситуаций лучше всего находить экспериментально (рис. 13.26).

Рис. 13.27 демонстрирует применение только что описанной методики компенсации в схеме повторителя напряжения. Дополнительный резистор /?и изолирует конденсатор нагрузки Сн от инвертирующего входа, резистор равного сопротивления, показанный штриховыми линиями, симметрирует схему по неинвертирующему входу (разд И 2.2).