Respuesta de frecuencia de amplificador de una sola etapa y curvas de respuesta de fase:
La ganancia de voltaje de un amplificador de transistores de una sola etapa comienza a caer a cierta frecuencia. Esta caída puede deberse a la construcción del transistor individual o a la capacitancia extraviada en el circuito.
La respuesta de frecuencia de ganancia del amplificador de una sola etapa se representa en la figura 35.1, la frecuencia se traza en una base logarítmica. La ganancia de voltaje se cae a una velocidad de 6 dB por octava, es decir,
Hay una caída de 6 dB para cada frecuencia de duplicación, y también se puede establecer como 20 dB por cada aumento de diez veces en frecuencia (-20 dB por década). El FP de frecuencia de polo es la frecuencia a la que la ganancia se redujo en 3 dB desde su valor de banda media.
La Figura 35.1 también representa un gráfico de cambio de fase versus frecuencia para un circuito de transistores de una sola etapa. El cambio de fase aumenta de cero hasta que es de -45 ° en la frecuencia de la frecuencia del polo y continúa aumentando con el aumento de la frecuencia a un máximo de -90 °, como se muestra en la figura 35.1.
Los amplificadores operacionales generalmente consisten en tres etapas, a saber, una etapa de entrada diferencial, una etapa de amplificación intermedia y una etapa de salida de baja impedancia. Cada una de estas etapas tiene su propia respuesta de frecuencia de ganancia y frecuencia de fase.
Por lo general, la frecuencia del polo de la segunda etapa es mayor que la de la etapa 1, y la frecuencia del polo de la tercera etapa es aún mayor.
En la figura 35.2 se da una aproximación en línea recta de la curva de respuesta de frecuencia de ganancia para un amplificador operacional típico. De la curva que se muestra en la Fig.
35.2 Se observa que la ganancia de voltaje general inicialmente cae a -6 dB por octava o -20 dB/década de FP1, cuando solo la ganancia de la primera etapa está disminuyendo.
En la frecuencia del polo FP2, la ganancia de la segunda etapa ahora se cae a -6 dB por octava, por lo que la tasa total de caída es de -12 dB/octava o -40 dB por década.
Finalmente, cuando la frecuencia operativa se vuelve igual a FP3, la ganancia de la tercera etapa comienza a caer, y la tasa general de disminución de la ganancia de voltaje es -18 dB/octava o -60 dB/década.
Los cambios de fase de la etapa individual también se suman, como se ilustra en la curva total del cambio de fase versus la frecuencia en la figura 35.2. En la frecuencia del polo FP1, solo la primera etapa es efectiva, y el cambio de fase de circuito abierto total es de -45 °.
En la segunda etapa FP2 de frecuencia del polo agrega otra -45 °, pero en este punto el cambio de fase de primera etapa está al máximo de -90 °. Por lo tanto, el cambio de fase total es (-45 ° -90 °) = -135 °.
Cuando la frecuencia se convierte en FP3, la primera etapa y la segunda etapa contribuyen a -90 ° de cambio de fase, y la tercera etapa agrega más de -45 °. En consecuencia, el cambio de fase total a la frecuencia del polo FP3 es -225 ° (-90 ° -90 ° -45 °).
Este cambio de fase de circuito abierto se suma al cambio de fase de -180 ° que normalmente ocurre desde el terminal de entrada de inversión de amplificador OP a la salida.
Como ya se discutió, las oscilaciones ocurren cuando la ganancia de bucle Aβ ≥ 1 y el cambio de fase de bucle φ es -360 °. De hecho, no es necesario que el cambio de fase sea -360 ° para que ocurra la oscilación. Un cambio de fase de -330 ° en Aβ ≥ 1 hace que el circuito sea inestable.
El cambio de fase de bucle total no debe exceder -315 ° cuando Aβ = 1, para evitar las oscilaciones. La diferencia entre el cambio de fase real φ en Aβ = 1 y 360 ° se conoce como margen de fase. Para la estabilidad, el margen de fase no debe ser inferior a 45 °.
Como la respuesta de frecuencia del amplificador de una sola etapa se muestra en la Fig. 35.2, la ganancia máxima es de 100 dB, que es equivalente a una ganancia de voltaje de 105.