|
ลักษณะสมบัติเชิงความถี่
 คุณสมบัติข้อนี้เรียกว่าเป็นตัวกำหนดความสามารถของออปแอมป์ทีเดียว
ออปแอมป์จะดีไม่ดีก็มักดูกันที่ลักษณะเชิงความถี่นี้
แต่มีคุณสมบัติอีกข้อหนึ่งที่มักจะดูควบคู่กันไปคือ
สบูว์เรท (Slew rate) สลูว์เรท หมายถึง ความสามารถในการให้เอาท์พุท เพื่อไล่ให้ทันการเปลี่ยนแปลงทางอินพุท
ที่ป้อนเข้ามา ถ้าป้อนแรงดันรูปคลื่นสี่เหลี่ยมซึ่งมีแอมปลิจูดใหญ่ให้กับออปแอมป์
แล้ววัดดูความเร็วในการขึ้นลงของรูปคลื่นทางเอาท์พุทจะได้เป็นค่าสลูว์เรทออกมา
ตัวอย่างเช่นเอาท์พุทให้แรงดันที่เปลี่ยนแปลงไป
10 V ในเวลา 0.1 mS แสดงว่ามีสลูว์เรท เท่ากับ 10 / 0.1 microS = 100V /
microS คลื่นสามาเหลี่ยมความถี่ 1Hz ขนาด 1 Vpp จะมีสลูว์เรทเท่ากับ 0.5
V / 0.25 microS หรือ 2 V / Sec แต่ถ้าขนาดเพิ่มเป็น 10 Vpp ค่าสลูว์เรทจะเป็น
5 V / 0.25 Sec หรือ 20 V / Sec นั่นเอง ซึ่งจะเพิ่มขึ้นถึง 10 เท่าตัว อัตราการเปลี่ยนแรงดันนี้เราเรียกว่า
สลูว์เรท
รูปที่ 16 จะเห็นว่ารูปคลื่นที่เหมือนกัน
ความถี่เท่ากันแต่ขนาดต่างกัน สลูว์เรทจะไม่เท่ากัน
จากรูปที่
16 การเพิ่มความถี่หรือเพิ่มขนาดสัญญาณ ให้ออปแอมป์ จะเป็นปัญหาทางด้านสลูว์เรททั้งสิ้น
การป้อนกลับจะทำให้ผลตอบสนองความถี่ของวงจรขยายดีขึ้นจริง แต่จะไม่ทำให้สลูว์เรทสูงขึ้นเลย
แนวความคิดของการใช้วงจรป้อนกลับในสมัยก่อนนั้น มีจุดมุ่งหมายเพื่อปรับปรุงผลตอบสนองทางความถี่ให้ดีขึ้น
ตามรูปที่ 17 แต่การใช้งานออปแอมป์ในปัจจุบัน มักจะไม่คำนึงถึงผลตอบสนองความถี่มากนักบางครั้งเพื่อให้ได้อัตราขยายของระบบสูงขึ้น
อาจจะต้องทำให้ผลตอบสนองความถี่เลวลง โดยพยายามไม่ให้เกิดการออสซิลเลทเกิดขึ้นได้ง่าย
รูปที่ 17 แสดงผลของการป้อนกลับ
ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับสลูว์เรท
คือการที่จะให้รูปคลื่นที่สมบูรณ์มีขนาดใหญ่ได้เท่าใด ในขณะที่ความถี่สูงขึ้น
ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับผลตอบสนองทางความถี่เลย
รูปที่ 18 อัตราสลูว์เรทที่ดีทำให้ได้รูปซายน์ที่ไม่ผิดเพี้ยนจากการขยาย
ลองดูในรูปที่
18 การที่ออปแอมป์จะสามารถผลิตสัญญาณรูปซายน์ความถี่ 1 MHz ขนาด 20 Vp-p
ได้นั้น ออปแอมป์จะต้องมีสลูว์เรทดีถึง 62.8 V / microS
ออปแอมป์เบอร์
LM741 ที่นิยมใช้กันนั้น มีสลูว์เรทเพียง 0.5 V / microS ถ้าจะนำมาผลิตรูปคลื่นซายน์ที่มีขนาด
20 Vp-p ก็คงจะได้ความถี่เพียงประมาณ 10 KHz เท่านั้นเอง แต่ถ้าใช้ LM741
เป็นบัฟเฟอร์ที่มีอัตราขยายเพียง 1 เท่า และพยายามผลิตสัญญาณให้ได้ 1 MHz
ก็จะได้ขนาดสัญญาณเพียง 0.1 V เท่านั้น
รูปที่ 19 แสดงขีดความสามารถของโทนคอนโทรล
เปรียบเหมือนการพยายามใช้โทรคอนโทรล
ในการปรับให้เครื่องขยายเสียงที่มีกำลังน้อยขับเสียงต่ำให้ดังขึ้น ตามในรูปที่
19 นั่นเอง
แต่ถ้าสลูว์เรทดีก็ไม่ได้หมายความว่าผลตอบสนองทางความถี่จะดีตามไปด้วย
ออปแอมป์ในสมัยแรก ๆ นิยมใช้เบอร์ LM709 ซึ่งเป็นออปแอมป์เบอร์ที่มีสลูว์เรท
2 V / microS แต่ในการใช้งานทุกครั้งจะต้องต่ออุปกรณ์ เพื่อชดเชยเฟสเสมอ
ซึ่งจะมีผลทำให้ค่าสลูว์เรทต่ำลงจนอาจจะเลวกว่า LM741 ซึ่งมีสลูว์เรทเพียง
0.5 V / microS ดูรูปที่ 20 ประกอบ
การชดเชยเฟส
มักจะทำให้ค่าสลูว์เรทต่ำลง แต่ก็มีวิธีชดเชยที่จะไม่ทำให้สลูว์เรทต่ำลง
บางครั้งอาจทำได้ดีขึ้นด้วย แต่ถ้าใช้ออปแอมป์หลายตัวทำงานร่วมกัน จะท่ำให้เกิดปัญหาเรื่องเสถียรภาพของการทำงานได้
รูปที่ 20 แสดงการชดเชยเฟสของออปแอมป์เบอร์
LM709
จากรูปที่
20 จะเห็นว่า การชดเชยเฟสให้ LM709 จะทำให้ผลตอบสนองความถี่ดีขึ้น แต่จะทำให้สลูว์เรทเลวลง
เนื่องจากผลของตัวเก็บประจุที่ใช้ในการชดเชย ดูผลจากรูปที่ 21
รูปที่ 21 แสดงความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการขยายกับสลูว์เรท
การชดเชยเฟสจะต้องต่ออุปกรณ์ภายนอก
แต่ค่า C และ R ที่เหมาะสมจะต้องปรับไปตามอัตราการขยายที่ต้องการ
ออปแอมป์ในปัจจุบันนั้น
จะมีวงจรชดเชยเฟสใส่ไว้ภายในตัวไอซี ไม่จำเป็นจ้องต่ออุปกรณ์ภายนอก และไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนขนาดของอุปกรณ์ตามอัตราขยายที่ได้
แต่ถ้าใช้ในกรณีที่อัตราการขยายสูงมาก จะทำให้ผลตอบสนองความถี่เลวลงไปได้
ออปแอมป์ความเร็วสูง
ก็มีการชดเชยเฟสภายในเช่นเดียวกัน แต่การชดเชยจะน้อยที่สุด ดังนั้นในบางครั้งอาจจะต้องต่ออุปกรณ์ภายนอกช่วย
เช่น เมื่อใช้กรณีที่อัตราการขยายสูงไม่ต้องต่ออุปกรณ์ชดเชย แต่ถ้าอัตราการขยายต่ำจะต้องต่อตัวเก็บประจุชดเชยเป็นต้นดูรูปที่
22 ประกอบ
รูปที่ 22 อัตราการขยายของออปแอมป์มีผลทำให้ผลตอบสนองความถี่ของออปแอมป์เปลี่ยนไป
ถ้าใช้ออปแอมป์ความเร็วสูง
ที่อัตราการขยายเพียง 1 จะต้องต่ออุปกรณ์ชดเชยให้หลายตัว มิฉะนั้นการทำงานจะขาเสถียรภาพ
(ออสซิสเลทได้ง่ายมาก) การใส่ตัวเก็บประจุเข้าไปเพื่อชดเชยจะทำให้สลูว์เรทเลวลง
และคุณสมบัติการตอบสนองความถี่ในย่านความถี่สูงจะเกิดยอดทำให้ไม่เป็นผลดีต่อการใช้งาน
รูปที่ 23 แสดงการต่อตัวเก็บประจุชดเชยเฟสขนานเข้ากับตัวต้านทานป้อนกลับ
การชดเชยเฟสในรูปที่
23 จะใช้การต่อตัวเก็บประจุ คร่อมตัวต้านทานที่ใช้ในการป้อนกลับซึ่งเป็นวิธีที่นิยมใช้กันมาก
จากในรูปจะเห็นว่า ในย่านความถี่สูงจะทำให้เสมือนเกิดลัดวงจรที่ตัวเก็บประจุ
เป็นผลให้วงจรขยายแบบไม่กลับขั้ว จะมีอัตราการขยายเหลือเพียง 1 และวงจรขยายแบบกลับขั้วจะมีอัตราการขยายเป็นศูนย์
ถ้าป้อนกลับมากเกินไป จะทำให้ออสซิลเลทง่าย แต่ถ้าป้อนกลับน้อยไปจะทำให้อัตราขยายสูงเกินไป
รูปที่ 24 แสดงการชดเชยเฟสที่ทำให้สลูว์เรทไม่เลวลง
วิธีการชดเชยเฟส
โดยไม่ทำให้สลูว์เรทเลวลง แสดงในรูปที่ 24 รูป ก. การต่อตัวเก็บประจุจะทำให้สลูว์เรทเลวลง
แต่รูป ข. สลูว์เรทไม่เลวลง
ในย่านความถี่ต่ำตัวเก็บประจุขนาด
0.01 microF จะมีอิมพีแดนซ์สูง จนละเลยได้ แต่ในย่านความที่สูงจะเปรียบเหมือนลัดวงจร
ทำให้อัตราการขยายของวงจรยังเท่าเดิม คือประมาณ 30 เท่า ขนาดของการป้อนกลับจะลดลง
จึงไม่จำเป็นต้องมีการชดเชยเฟส
|
