Использование эффекта Миллера для внутрисхемного синтеза переменных R, L и C

Журнал РАДИОЛОЦМАН, февраль 2019

Эффект Миллера, впервые описанный сто лет назад, проявляется в том, что импедансы, подключенные между входом и выходом усилителя напряжения, отражаются во входной импеданс усилителя, масштабируясь пропорционально его коэффициенту усиления. Хотя вначале он рассматривался только как нежелательный умножитель паразитной емкости, ограничивающий полосу пропускания и устойчивость, этот эффект был включен и в список полезных топологий, таких как аналоговые интеграторы Миллера в схемах развертки осциллографов.

Рисунок 1.	Эффект Миллера масштабирует импеданс элементов обратной связи в соответствии с установленным усилением.

В этой статье предлагается еще один оригинальный способ его использования, основанный на том факте, что если коэффициент усиления усилителя (A) сделать переменным, то отраженный импеданс Миллера (Z_M) или реактивная проводимость (Y_M) также будут переменными (Рисунок 1).

В частности, обратите внимание на интересный эффект, который заключается в том, что диапазон коэффициента усиления A включает в себя A = +1, и, следовательно, (1 – A) = (1 – 1) = 0, что заставляет Z_M (то есть, L_M или R_M) стремиться (теоретически) к бесконечности, а Y_M (C_M) – к нулю.

Практическая реализация схемы синтеза компонента с эффектом Миллера представлена на Рисунке 2.

Рисунок 2.	Пример схемы Миллера с переменным усилением.

Элемент для регулировки усиления – простой аналоговый потенциометр, прецизионный многооборотный потенциометр или показанный на схеме цифровой потенциометр – выбирается в соответствии с требованиями к конкретному приложению. При выборе усилителей A1 и A2 следует учитывать необходимую полосу пропускания, диапазон рабочих напряжений и величину тока нагрузки. Отношение R2/R1 определяет диапазон регулировки усиления (от +1 до –R2/R1). Например, при показанных на схеме компонентах (10-разрядный цифровой потенциометр AD5292-20, R1 = R2), при емкости опорного конденсатора Y_REF ~ 0.5 мкФ и при J1, подключенном к земле, можно синтезировать емкость Y_M практически от нуля (от единиц пФ) до 1.0 мкФ с шагом примерно 1 нФ (фактически 977 пФ):

Получившаяся схема полезна при создании прототипов, тестировании, постпроизводственной подстройке, регулировке и калибровке.

Однако читатель заметит очевидное ограничение. Синтезированное реактивное сопротивление имеет только один активный вывод, а другой неявно заземлен. Это создает проблемы во многих потенциальных приложениях, однако решение для случая, когда требуется доступ к обоим выводам, существует (Рисунок 3).

Рисунок 3.	Топологии с одним и двумя выводами.

В нем используется то обстоятельство, что при перекрестном соединении J1/J2 между двумя идентичными схемами Миллера (обе с одинаковыми опорными реактивными сопротивлениями и одинаковыми положениями движков потенциометров) на синтезированном реактивном сопротивлении возникает дифференциальный сигнал, одинаковый для каждого вывода. Таким образом, усилители Миллера в обеих схемах вычитают сигнал, появляющийся на противоположном выводе, эффективно синтезируя плавающий двухвыводной компонент.

Материалы по теме