Идея Стивена Вудворда «Игнорирование опорного напряжения регулятора» [1] – это превосходный, работающий пример того, как включить схему в цепь обратной связи операционного усилителя, чтобы обеспечить стабилизацию рабочей точки схемы (см. Рисунок 1). Об этом ранее также шла речь в статье «Повышение точности программируемых источников питания на основе регуляторов LM317 и LM337» [2] и во многих других местах. В дальнейшем при ссылках на эту публикацию Вудворда я буду называть ее просто «статья».
Несколько незначительных доработок оптимизируют динамические характеристики этой схемы, при этом расчетные формулы и комментарии к статье остаются неизменными. Давайте рассмотрим случай, когда опорное напряжение регулятора U1 составляет 0.6 В, VDAC изменяется от 0 до 3 В, а VOUT изменяется от 5 до 0 В.
 | |
| Рисунок 1. | Схема Вудворда на Рисунке 1 была перерисована, чтобы подчеркнуть расположение регулятора U1 в цепи обратной связи операционного усилителя A1. Сигнал VDAC управляет регулятором U1, игнорируя его внутреннее опорное напряжение. |
Статья сообщает нам, что в данном случае резистор R1A не устанавливается, а сопротивление резистора R1B равно 150 кОм. В ней также упоминается управление ЦАП на Рисунке 1 сигналом DACOUT на Рисунке 2, которое также можно найти в статье «Хороший, простой и достаточно точный 16-разрядный ЦАП с ШИМ-управлением» [3].
 | |
| Рисунок 2. | Каждый вход ШИМ представляет собой 8-битный ЦАП. Для того, чтобы выходные сопротивления инверторов SN74AC04 можно было рассчитывать, пользуясь данными из технического описания, напряжение VREF должно быть не менее 3.0 В. Конденсаторы CA и C1–C3 должны иметь диэлектрик COG/NPO. |
ШИМ-сигналы на Рисунке 2 способны создавать большие быстрые скачки от 0 до 3 В выходного напряжения ЦАП DACOUT и, следовательно, напряжения VDAC.
На Рисунке 3 показано, как VOUT и выход усилителя A1 реагируют на это при управлении гипотетическим сигналом U1, способным выдавать не имеющий аномалий выходной сигнал 0 вольт [4].
 | |
| Рисунок 3. | Реакция VOUT и выхода усилителя A1 на ступенчатое изменение напряжения VDAC. |
Несмотря на то, что напряжение VOUT в конечном итоге соответствует тому, что от него требуется, несколько моментов в этих кривых могут не понравиться. На кривой VOUT имеются выбросы, и были бы еще и провалы, если бы они не ограничивались отрицательной шиной (землей). На выходе усилителя A1 также видны ограничения и выбросы. Почему это происходит?
Ответ заключается в том, что ток, протекающий через резистор R5, также протекает и через R3, вызывая немедленное изменение выходного напряжения A1. Это изменение создает пропорциональный ток, идущий через R4. Однако наличие конденсатора C2 препятствует немедленному изменению VOUT и задерживает поступление компенсационной обратной связи на неинвертирующий вход усилителя A1. Как можно избежать этой задержки?
Закорачивание резистора R3 только усугубит ситуацию. Решение заключается в удалении конденсатора C2, что ускорит полезную обратную связь. Результаты показаны на Рисунке 4.
 | |
| Рисунок 4. | С удалением конденсатора C2 исчезают ограничения, выбросы и провалы сигнала. Выходной сигнал усилителя A1 изменяется всего на несколько милливольт благодаря большому усилению регулятора по постоянному току, а также потому, что больше нет необходимости заряжать конденсатор C2 через резистор R4 в ответ на изменения входного сигнала. |
Теперь VOUT устанавливается на уровне ½ единицы младшего разряда 16-битного источника за 2.5 мс. Замена конденсатора C3 на 510 пФ (10% COG/NPO) сокращает это время до 1.4 мс. Меньшие значения емкости C3 не дают существенного дополнительного выигрыша.
Обратная связь от VOUT к VSENSE становится преимущественно резистивной на частотах выше
где
В данном случае это 1600 Гц, что значительно ниже частоты единичного усиления практически любого регулятора, поэтому проблем с устойчивостью схемы в целом возникнуть не должно. Обратите внимание, что выходное напряжение A1 остается практически точно равным опорному напряжению регулятора. Это, а также свобода выбора соотношений R5/R1A и R2/R1B, оставляет открытой возможность использования операционного усилителя, входы и выходы которого не обязательно должны иметь функцию rail-to-rail.
Оригинальная конструкция отличается надежностью и обеспечивает некоторые динамические преимущества за счет уменьшения емкости одного конденсатора и исключения другого.