Для вимірювання амплітудно-частотних характеристик використовуються генератор і вимірювач рівня сигналу або осцилограф Генератор налаштовується на різні частоти необхідного діапазону, і на кожній з них вимірюються величини вихідного сигналу Отримані результати зображуються у вигляді кривої, званої частотним відгуком або амплітудно-частотної характеристикою На рис 61 наведена схема вимірювання посилення в режимі з розімкнутої зворотним звязком (AOL) Для стандартного ОУ (CA3450 фірми Harris) На рис 62 зображена амплітудно-частотна характеристика (іноді звана діаграмою Боде), виміряна в режимі з розімкнутої зворотним звязком Тут також показана залежність кута фазового зсуву від частоти

На рис 63 наведена схема вимірювання посилення тієї ж ІС в режимі з замкнутої зворотним звязком (безпосереднє зєднання висновків 3 і 6 для отримання одиничного коефіцієнта посилення або з використанням резисторів в ланцюзі зворотного звязку, підключених до висновків 3 і 6, для отримання посилення по напрузі Ay, рівного 10) На рис 64 та 65 показані частотні характеристики в режимі з замкнутої зворотним звязком для коефіцієнтів підсилення 1 і 10

Частота, при якій починається зменшення амплітуди вихідного сигналу, називається точкою перегину частотної характеристики У технічних умовах (паспортах, специфікаціях) ІС підсилювачів зазначено, що точка перегину частотної характеристики відповідає частоті, при якій відбувається зниження вихідного сигналу на 3 дБ у порівнянні з його значенням на плоскій ділянці характеристики На рис 65 спад частотної характеристики починається на частоті приблизно 10 МГц, а спад на 3 дБ спостерігається на частоті близько 20 МГц

У ряді ІС підсилювачів передбачено підключення зовнішніх коригувальних елементів (як правило, конденсаторів, але іноді зустрічаються і комбінації резисторів і конденсаторів) Ланцюги корекції впливають як на положення точки перегину частотної характеристики, так і на саму залежність підсилення від частоти

Рис 61Схемо вимірювання посилення в режимі з розімкнутої зворотним звязком (Harris Semiconductor Linear & Telecom ISs, 1994, p 2-217)

Пргшечаніе крис Всі конденсатори розвязки no харчуванню ємністю 0,1 і 0,001 мкФ – багатошарові, керамічні, безкорпусні Развязивающійрезістор – 10 Ом, 0,25 Вт, – позначений зірочкою і показаний на схемах включення підсилювача, виконує два завдання: забезпечує розвязку ІС безпосередньо на висновках харчування, пригнічуючи можливі резонансні явища в джерелі через паралельно включених конденсаторів, і захист у разі тривалого режиму короткого замикання на виході

Рісб2

Амплітудно-частотна характеристика (діаграма Боде) для ІС CA3450 (Harris Semiconductor Linear & Telecom ISs, 1994, p2-2l6)

У схемі на рис 61 зовнішні коригувальні елементи не використані У схемі на рис 63 зовнішній коригувальний конденсатор підключений до висновків 9 і 11 На графіку (див рис 64) видно ефект впливу величини ємності конденсатора Сз на посилення та фазовий зсув Багато підсилювальні ІС мають внутрішні

Рис 63 Схема вимірювання частотної характеристики в режимі з замкнутої зворотним звязком (Harris Semiconductor Linear & Telecom ISs, 1994, р 2-218)

Ріс64

Частотні характеристики при одиничному посиленні в режимі з замкнутої зворотним звязком (Harris Semiconductor Linear & Telecom ISs, 1994, p 2-216)

Ріь & 5

Чостотние характеристики при коефіцієнті посилення по напрузі \ ш 10 в режимі з зомкнутой зворотним звязком {Harris Semiconductor Linear & Telecom ISs, 1994, p 2-216)

коригувальні елементи, тому в таких ІС характеристики посилення і фазового зсуву в режимі з розімкнутої зворотним звязком не можуть бути змінені шляхом зовнішньої настройки

Для вимірювання АЧХ необхідно забезпечити подачу вхідного сигналу зі строго постійною амплітудою і проводити вимірювання вихідного сигналу Частота вхідного сигналу (при незмінній його амплітуді) повинна змінюватися в межах власного робочого діапазону частот підсилювача Потім слід нанести на графік величину вихідної напруги для кожного значення частоти Виконання вимірювань проводиться в наступному порядку:

1 Зібрати схему, зображену на рис 61 або 63 Слід мати на увазі, що наведені на малюнках схеми розраховані на конкретний тип ІС Однак вони мають абсолютно всі необхідні елементи стандартної схеми перевірки залежності підсилення від частоти Тестовий сигнал подається на неінвертуючий вхід, а інвертується вхід підключений до виходу (або заземлений при проведенні випробувань в режимі з розімкнутої зворотним звязком для деяких ІС) На виході повинен бути отриманий посилений неінвертірованний сигнал, що повторює форму вхідного Вхід і вихід повинні бути навантажені на певну випробувальне навантаження (Як правило, опором 50 Ом) Навантаження, підключена до входу, повинна мати такий же імпеданс, що і джерело сигналу, а до виходу повинна бути підключена навантаження з імпедансом, рівним импедансу вимірювального приладу (наприклад, осцилографа) Слід зазначити, що характеристики підсилювача будуть змінюватися (іноді значно) при зміні вихідного навантаження, а також параметрів зовнішнього ланцюга корекції Тому в тих випадках, коли реальне навантаження сильно відрізняється від рекомендованої в специфікації, потрібно провести іспьгганія підсилювача з реальними величинами вихідний навантаження на додаток до випробувань з рекомендованими значеннями При цьому може виявитися, що параметри ІС не задовольнятимуть потрібним за величиною посилення або точці перегину частотної характеристики

Ці попередні зауваження відносяться як до нагоди проведення випробувань з коригуючими елементами, так і без них Наприклад, у схемі вимірювань на рис 61 зовнішні коригувальні елементи не використовуються (Немає підключень до висновків 9 і 11), а в схемі на рис 63 є зовнішній конденсатор, підключений до висновків 9 і 11 При порівнянні графіків на рис 62,64 та 65 видно, що характеристики залежності підсилення від частоти різняться в разі використання коригувальних елементів і їх відсутності Наприклад, посилення в режимі з розімкнутої зворотним звязком (рис 62) становить приблизно 57 дБ на частоті 1 МГц, але падає майже до 10 дБ на частоті 100 МГц При використанні зовнішніх коригувальних елементів і резистора зворотного звязку, що забезпечує посилення по напрузі, рівне 20 дБ, графік посилення по напрузі не має спаду майже до 10 МГц, а потім спадає до 10 дБ на частоті 100 МГц

2 Починати перевірку слід з установки частоти генератора на мінімальну величину діапазону (наприклад, 1 МГц для ІС підсилювачів) Потім потрібно

встановити амплітуду вихідного сигналу генератора на необхідному рівні При відсутності відомостей про необхідний рівень напруги тестового сигналу для підсилювача величина вихідного сигналу генератора встановлюється виходячи з практичних міркувань Наприклад: контролюючи вихідний сигнал підсилювача і збільшуючи амплітуду вихідного сигналу генератора на частоті приблизно рівною середині робочого діапазону (20-30 МГц для інтегральних підсилювачів), потрібно зафіксувати момент початку режиму насичення Підсилювач знаходиться в режимі насичення, якщо подальше збільшення сигналу генератора не викликає збільшення вихідного сигналу (показань вимірювального приладу) або вершини синусоїдального вихідного сигналу на екрані осцилографа починають уплощаться Слід встановити вихідний сигнал генератора трохи нижче того значення, при якому починається насичення Потім підключити осцилограф або вимірювальний прилад на вихід генератора (вхід схеми) і виміряти величину напруги Вхідний сигнал необхідно підтримувати на цьому рівні протягом усього часу проведення вимірювань

При виконанні будь-яких дій, повязаних із зміною вихідної напруги, переконайтеся в тому, що його величина не перевершує обмежень, встановлених для даної ІС Як показано на рис 66, розмах вихідної напруги (від піку до піку) інтегрального підсилювача складає приблизно 5 В на частоті близько 20 МГц

Рис66

Залежність вихідного нопряженія від частоти (Harris Semiconductor Linear & Telecom ISs,

1994, p 2-217)        ______________

Якщо в режимі з замкнутої зворотним звязком посилення одно 10, а вхідний сигнал на частоті 20 МГц – 0,6 В, то вихідна напруга досягне 6 В Оскільки ці значення сигналів перевищують допустимі для зазначеної мікросхеми, то в результаті можливе спотворення форми вихідного сигналу

3 Якщо проверяемая схема дозволяє настроювати або керувати такими параметрами, як гучність, посилення, тембр (по високим або низьким частотам), баланс тощо, то при початковому вимірі амплітудно-частотних характеристик слід вибрати середні величини цих параметрів, а потім, при необхідності, провести повторні вимірювання при різних положеннях органів регулювання Хоча в розглянутому прикладі їх немає, дана інтегральна мікросхема має можливість підстроювання зміщення нуля (висновки 1

і 16 на рис 61) Якщо на диференціальному вході ІС спостерігається разбаланс або є зміщення рівня в наступних каскадах схеми, вихідний сигнал може бути ненульовим при нульовому сигналі на вході Напруга, подається на висновки 1 і 16, може виправити цю ситуацію

На рис 67 наведена схема вимірювання частотної характеристики в режимі з розімкнутої зворотним звязком для іншого типу ІС підсилювача (CA3094A фірми Harris), де використовується підстроювання зміщення нуля У цій схемою один з входів (висновок 3) має потенціал «землі», а напруга, що подається на висновок 2, може регулюватися для установки нульового початкового рівня на виході Слід зазначити, що ІС на рис 67 є операційним підсилювачем з керованим коефіцієнтом підсилення

Рис67

Схема вимірювання частотної характеристики в режимі з розімкнутої зворотним звязком диференціального підсилювача з керованим коефіцієнтом посилення (Harris Semiconductor Linear & Telecom ISs, 1994, p 2-94)

Табліцаб1 Залежність керуючого струму зміщення 1АВСвід величини резистора RS

4 При проведенні вимірювань потрібно внести отримане значення вихідної напруги в таблицю Потім, підтримуючи постійної амплітуду вихідного сигналу генератора, необхідно збільшити його частоту на деяку фіксовану величину і занести в таблицю нове значення вихідної напруги Крок збільшення частоти генератора може бути довільним і визначається насамперед діапазоном робочих частот ІВ Цілком прийнятним є крок зміни частоти в 1 МГц між вимірюваними точками (при максимальному значенні близько 10 МГц) У частотному діапазоні понад 10 МГц може бути припустимо крок зміни частоти 10 МГц Природно, що зменшення кроку зміни частоти дозволить виявити ряд особливостей, зокрема поява викидів на частотній характеристиці Зверніть увагу, що на графіку залежності посилення від частоти (рис 64) спостерігається підйом характеристики в області частот від 100 до 200 МГц

5 Після початкового виміру АЧХ можна при необхідності визначити вплив органів налаштування і управління (якщо такі є) на характеристику Наприклад, в НЧ підсилювачі органи управління гучністю і посиленням надають однаковий вплив у межах власного частотногодіапазона підсилювача Зміна рівня регулювання низьких і високих звукових частот (тембру) може зробити певний вплив на частотну характеристику у всьому частотному діапазоні Природно, що вплив регулювання високих частот більше проявиться в високочастотної частини діапазону, тоді як регулювання низьких частот надасть більший вплив у низькочастотної області

6 Необхідно враховувати, що амплітуда вихідного сигналу генератора, як правило, змінюється зі зміною частоти (факт, який іноді не враховується при вимірюванні амплітудно-частотних характеристик) Тому після кожної зміни частоти слід перевіряти амплітуду вихідного сигналу генератора, так як дуже важливо, щоб ця величина залишалася постійною при вимірах у всьому частотному діапазоні

Джерело: Ленк Д, 500 практичних схем на популярних ІС: Пер з англ – М: ДМК Пресс, – 44 с: Ил (Серія «Підручник»)