Об устойчивости быстродействующей прецизионной схемы на двух операционных усилителях (классическое параллельно-последовательное включение двух ОУ)

Представленная на чертеже схема является классическим вариантом построения параллельно-последовательного каскада на двух ОУ. Схема используется, когда инженеру требуется усилитель, чьи скоростные характеристики соответствуют группе быстродействующих микросхем (OA2), а точностные – группе прецизионных (OA1).

Принцип действия. Настройка. Напомним, что входы усилителя OA2 являются сумматором, и схема имеет два канала обработки сигнала ошибки (напряжения на входах усилителя OA1). Первый – безынерционный. Второй – это усилитель OA1 с резистивным делителем на выходе (апериодическое звено). Частотная характеристика параллельных каналов обработки ошибки имеет вид 0-1-0 (ЛАЧХ) и 0°..-90°..0° (ЛФЧХ). Причем положение второго полюса можно регулировать делителем на сопротивлениях R3 и R4. Если добиться совпадения положения упомянутого полюса с полюсом частотной характеристики усилителя OA2, то результирующая ЧХ будет соответствовать апериодическому звену:

[0-1-0] + [0-0-1] = [0-1]   и   [0°..-90°..0°] + [0°..0°..-90°] = [0°..-90°].

Т.е. полученная частотная характеристика соответствует ОУ, чей коэффициент усиления равен произведению коэффициентов двух микросхем и делителя, а частота единичного усиления и запасы устойчивости определенны применённой быстродействующей микросхемой OA2.

Эксперимент № 1. Запустите процесс симуляции модели представленной на чертеже, и, после ознакомления с осциллограммами, остановите его. В рассматриваемую модель встроены датчики библиотеки анализа таким образом, чтобы можно было ознакомиться со всеми ключевыми частотными характеристиками. В каждом случае, в диалоговом окне параметров расчёта частотной характеристики необходимо указать два одноименных параметра – SIMO w1/w2 (из предлагаемого списка цифровых значений). Пояснения опустим, укажем требуемые значения:

Эксперимент № 2. Ознакомьтесь с неправильным каскадированием двух ОУ. Удалите сопротивления R3, R4 и узел между ними. Подключите неинвертирующий вход OA2 к выходу OA1 (точнее к соответствующему узлу). Инвертирующий вход OA2 заземлите. Вами собрана схема с типовой ошибкой. Запустите процесс симуляции. Убедитесь в неработоспособности схемы. Активируйте библиотеку анализа и уточните ЧХ составного усилителя (см. пояснения к эксперименту № 1). Убедитесь в том, что он не может быть устойчив при замыкании ОС.

1.01.2008