Типовая полоса единичного усиления. А где её максимум и минимум?

В подавляющем большинстве, в описаниях на операционные усилители указана только типовая полоса единичного усиления. Это в большей степени относится к скомпенсированным усилителям, тогда как параметры на декомпенсированные усилители могут содержать сведения о минимальной и максимальной полосе в зависимости от температуры.

Рассмотрим это на примере описания скомпенсированного операционного усилителя OPA320: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/opa320.pdf

Полоса рабочих частот при единичном коэффициенте усиления 20МГц (выделено желтым цветом). Как мы видим, указано только типовое значение для температуры +25°С.

Давайте разберемся, почему этот параметр указывается именно так.

Для начала вспомним, что скомпенсированный усилитель имеет внутри цепи частотной коррекции. Она повышает стабильность (расплата за это – сужение полосы рабочих частот), а также упрощает жизнь инженеру. Ведь тогда это избавляет от расчетов полюсов и нулей и построения диаграммы Боде. Скомпенсированные усилители как правило стабильны при единичном коэффициенте усиления и могут работать как буферы.

Современный усилитель содержит много цепей внутренней коррекции, но самый простой вариант – это использование конденсатора Миллера, как это показано на рисунке ниже. Этот конденсатор добавляется или в выходной или предварительный каскад.

Цель данного конденсатора – скомпенсировать усилитель , чтобы характеристика коэффициента усиления от частоты выглядела так, буд-то присутствует только один главный полюс. Это показано на на примере характеристики усилителя OPA320 (полюс выделен красным цветом).

Но главный минус конденсатора в микросхеме – это невозможность сделать один и тот же номинал для больших партий. Даже если один и тот же лот будет иметь одинаковую емкость, а следовательно одну и ту же полосу рабочих частот, то усилители, выпущенные в разные месяцы или годы уже нет.

Это связано с особенностями техпроцесса (слои могут иметь разные толщины, маска для литографии тоже имеет допуски и погрешности, опять же чистота материала, и, т.д.).

Это первая причина!

Вторая причина – коэффициент усиления транзистора зависит от температуры окружающей среды. Современные техники изготовления позволяют это компенсировать, но опять же, выпущенные в разное время усилители могут иметь отличия. Тут речь идет о значительном временном промежутке (годы). В описаниях как правило приводится характеристика коэффициента усиления от температуры:

Изменение коэффициента усиления поднимает или опускает всю характеристику, а она уже чуть расширяет (если поднимается) или сужает (если опускается) полосу рабочих частот.

Эти две причины в совокупности сильно влияют на минимальную и максимальную полосу. Так как невозможно делать тесты или подстройку при производстве (это будет повышать стоимость микросхемы), и соответственно, корректировать всякий раз описание на компонент, то указывают типовую полосу для нормальной температуры окружающей среды +25°С.