Об устойчивости схемы на операционном усилителе с емкостным характером нагрузки

Необходимость работы ОУ на емкостную нагрузку (в типовом случае на затвор мощного МОП-транзистора, а реже на последующую схему дифференциатора) приводит к тому, что выходное сопротивление ОУ и емкость нагрузки образуют третий полюс ЛАЧХ в контуре (вблизи частоты единичного усиления) ведущий к неустойчивости. Малое сопротивление емкостной нагрузки на высоких частотах может стать причиной перегрузки выходного каскада ОУ. Коррекцию обеспечивают конденсатор Ck (шунтирующий цепь ОС на высоких частотах, блокируя в ней задержку сигнала по фазе) и небольшое сопротивление Rр (включаемое последовательное с емкостной нагрузкой, развязывающее каналы ОС по частоте и ограничивающее ток выходного каскада ОУ).

Эксперимент № 1. С той целью чтобы можно было ознакомиться с сутью проблемы, корректирующий конденсатор Ck отключен, а номинал развязывающего сопротивления Rр выбран пренебрежимо малой величины (в сравнении с выходным сопротивлением ОУ). Запустите процесс симуляции и убедитесь в том, что схема неустойчива. Надо отметить, что сопротивление Rр лишь ухудшает ситуацию и для уменьшения задержки сигнала в контуре надо бы исключить его из схемы. К сожалению, желаемого результата мы не получим. Причина возбуждения – в выходном сопротивлении ОУ. Остановите симуляцию. Вызовите диалоговое окно параметров ОУ и уменьшите Rвых до 1 Ома. Убедитесь в том, что при малых величинах Rр схема будет устойчивой. Но это не решение – изменить параметры микросхемы невозможно. Верните схему к исходному состоянию.

Эксперимент № 2. Подключите корректирующий конденсатор Ck между выходом и инвертирующим входом ОУ. Запустите процесс симуляции и меняйте ползунковым регулятором номинал сопротивления Rр. Убедитесь в том, что схема сохраняет устойчивость, но её колебательность неприемлема для большинства приложений. Подберите номинал конденсатора Ck так, чтоб запасы устойчивости схемы были больше.

1.01.2008