7.4.4. СКОРОСТЬ НАРАСТАНИЯ

Наряду со снижением полосы пропускания усилителя частотная коррекция дает еще один нежелательный эффект: скорость нарастания выходного напряжения ограничивается при этом довольно малой величиной. Максимальное значение скорости нарастания может быть определено из схемы замещения усилителя, изображенной на рис. 7.13. Как следует из рис. 7.4, выходной ток дифференциального каскада операционного усилителя имеет максимальное значение

Эта величина и определяет максимальное значение скорости нарастания

При получим

Вследствие ограниченного значения этой величины при быстрых изменениях входного напряжения возникают характерные искажения сигнала, которые не могут быть устранены путем введения отрицательной обратной связи. Их называют динамическими искажениями.

Определим далее, какой должна быть максимальная частота входного синусоидального сигнала, чтобы при максимальном размахе выходного сигнала не возникали динамические искажения. Для синусоидального сигнала максимальная скорость нарастания соответствует точке перехода через нуль и составляет

Если максимальное значение скорости нарастания выходного напряжения составляет то получим которая лежит в пределах полосы пропускания усилителя, охваченного глубокой обратной связью. Из формулы (7.5) можно также определить, чему будет равна амплитуда выходного напряжения при частоте сигнала Ход зависимости максимальной амплитуды выходного напряжения от частоты синусоидального сигнала для показан на рис. 7.17. Как можно видеть, для повышения максимального значения скорости нарастания целесообразно при малых коэффициентах усиления охваченного обратной связью усилителя осуществлять подстройку частотной коррекции.

Повышение максимального значения скорости нарастания

Чтобы установить, как можно повысить максимальную скорость нарастания выходного напряжения, необходимо прежде всего установить, какими параметрами усилителя она определяется. Для этого подставим в уравнение (7.4) выражение для значения корректирующей емкости (7.3)

При заданной частоте среза максимальная скорость нарастания выходного напряжения будет тем больше, чем большая величина тока обеспечивается при заданной крутизне дифференциального каскада Для биполярных транзисторов отношение остается постоянным и составляет благодаря применению схемы «токового зеркала» (см. рис. 7.4) величину

Дальнейшее повышение этой величины достигается путем введения отрицательной обратной связи по току. Этот способ осуществлен в широкополосном операционном усилителе Его недостатком является, однако, значительное повышение дрейфа напряжения смещения, причиной которого является невозможность точного подбора идентичной пары резисторов отрицательной обратной связи.

Существенно большие значения скорости нарастания достигаются у

Рис. 7.17. Зависимость максимальной амплитуды выходного сигнала от частоты.

операционных усилителей с полевыми транзисторами на входах. Как было показано в разд. 7.3, у операционного усилителя типа крутизна входного каскада достигает значения при существенно большем токе Кроме того, при полной частотной коррекции частота среза скорректированной характеристики усилителя имеет значительно большую величину (около 5 МГц), так как вместо относительно низкочастотных биполярных p-n-р-транзисторов во всех критических местах установлены более высокочастотные р-канальные. При этом для максимальной скорости нарастания получим

В соответствии с формулой (7.5) найдем, что ширина полосы для выходного сигнала максимальной амплитуды составит около вместо как у стандартного биполярного операционного усилителя Динамические характеристики некоторых операционных усилителей приведены в табл. 7.1.

Таблица 7.1 (см. скан) Динамические характеристики операционных усилителей

Рис. 7.18. Компенсация емкостной нагрузки.