Время установления и максимальная скорость нарастания

December 10, 2011 by admin Комментировать »

Любой усилитель с внутренней коррекцией, подавляющей усиление на высоких частотах, требует особого внимания, если нужно пропускать большие по величине скачки напряжения (прямоугольные импульсы). Простая теория линейного фильтра нижних частот не позволяет правильно предсказать результат. В разд. 10.4 было показано, что время установления и время

спада у 7?С-фильтров нижних частот первого порядка связаны следующим простым соотношением с шириной полосы фильтра:

где/J — верхняя граничная частота (на уровне —3 дБ). Это соотношение с успехом применяется для всех линейных систем, но необходимо быть осторожным в отношении его применения к ОУ, поскольку, как правило, оно справедливо только при малых значениях выходного напряжения (обычно <1 В). Причина этого заключается в том, что схема на основе ОУ может зайти в режим значительной нелинейности при попытке заставить выходное напряжение изменяться (нарастать) быстрее, чем с определенной скоростью. Основная проблема в следующем: быстрое изменение выходного напряжения означает заряд или разряд корректирующего конденсатора с большой скоростью; для этого, в свою очередь, требуется отдача промежуточными каскадами усилителя значительного тока. Но ток, который в состоянии отдавать промежуточные каскады, бывает ограничен из соображений экономии расходуемой мощности, и это, со своей стороны, накладывает ограничение на максимальную скорость нарастания напряжения на выходе усилителя. Временные диаграммы на рис. 11.25 иллюстрируют различие между малосигнальным временем установления и максимальной скоростью нарастания в режиме большого сигнала применительно к ИС 741, включенной как повторитель напряжения. Тогда как время нарастания при малом сигнале составляет приблизительно 0,3 мкс и это согласуется с шириной полосы 1 МГц при единичном усилении, изменение выходного напряжения на 10 В занимает примерно 20 мкс, так как максимальная скорость нарастания ограничена величиной 0,5 В/мкс. Важно осознать, что, в отличие от времени установления в простой /?С-цепи, невозможность превышения максимальной скорости нарастания — это следствие нелинейности, результат вхождения одного из каскадов усилителя в режим ограничения. Это означает, что в случае, когда усилителю приходится откликаться на большие по величине сигналы с крутыми перепадами, все другие сигналы в нем блокируют-

Рис. 11.25. Сравнение времени нарастания при малом сигнале:

а — с нарастанием выходного напряжения с максимально возможной скоростью; б — для усилителя на И С 741.

Введена обратная связь, дающая единичный коэффициент усиления.

ся на то время, которое занимает нарастание как реакция на быстрый сигнал. Это явление называют искажениями из-за конечной скорости нарастания (Slew Induced Distortion, SID) или интермодуляционными искажениями при переходном процессе (Transient InterModulation distortion, TIM), и оно может вызывать определенные проблемы, если на входе имеются высокочастотные сигналы большой амплитуды.

Одно из достоинств ИС 748 состоит в том, что от нее можно получить большие скорости нарастания выходного напряжения, чем от ИС 741, при коэффициентах усиления с обратной связью, больших единицы, и это имеет место благодаря тому, что корректирующую емкость можно уменьшить до минимального значения, необходимого для устойчивости. Когда необходимо, чтобы через усилитель проходили большие сигналы с быстрыми перепадами, применяют такие усилители, как NE5534 или TL071, у которых максимальная скорость нарастания более 7 В/с. Такие большие скорости достигаются за счет увеличения тока, которым внутри усилителя перезаряжается емкость, и за счет минимизации фазового сдвига на высоких частотах, так что оказывается возможным использовать корректирующие конденсаторы сравнительно малой емкости.

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты