Precīzs labošanās eksperiments: 11 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:55

Nesen esmu veicis eksperimentu ar precīzas iztaisnošanas shēmu un saņēmis aptuvenus secinājumus. Ņemot vērā, ka precīzās taisngrieža ķēde ir kopīga shēma, šī eksperimenta rezultāti var sniegt zināmu atsauces informāciju.

Eksperimentālā shēma ir šāda. Operatīvais pastiprinātājs ir AD8048, galvenie parametri ir: liels signāla joslas platums 160MHz, pagrieziena ātrums 1000V / us. Diode ir SD101, Schottky diode ar reverso atkopšanas laiku 1ns. Visas rezistoru vērtības nosaka, atsaucoties uz AD8048 datu lapu.

1. darbība:

Eksperimenta pirmais solis: atvienojiet D2 iepriekšējā ķēdē, īssavienojums D1 un atklājiet paša darbības pastiprinātāja lielo signāla frekvences reakciju. Ieejas signāla maksimums tiek turēts ap 1V, frekvence tiek mainīta no 1MHz uz 100MHz, ar osciloskopu tiek mērītas ieejas un izejas amplitūdas un aprēķināts sprieguma pieaugums. Rezultāti ir šādi:

Frekvenču diapazonā no 1M līdz 100M viļņu formai nav novērojamu būtisku kropļojumu.

Pastiprinājuma izmaiņas ir šādas: 1M-1,02, 10M-1,02, 35M-1,06, 50M-1,06, 70M-1,04, 100M-0,79.

Var redzēt, ka šī op pastiprinātāja lielā signāla slēgtās cilpas 3 dB izslēgšanas frekvence ir aptuveni nedaudz lielāka par 100 MHz. Šis rezultāts būtībā atbilst lielajai signāla frekvences reakcijas līknei, kas dota AD8048 rokasgrāmatā.

2. darbība:

Eksperimenta otrajā solī tika pievienotas divas diodes SD101A. Ieejas signāla amplitūda paliek aptuveni 1 V maksimumā, mērot ieeju un izeju. Pēc izejas viļņu formas novērošanas osciloskopa mērīšanas funkcija tiek izmantota arī, lai izmērītu ieejas signāla faktisko vērtību un izejas signāla vidējo periodu un aprēķinātu to attiecību. Rezultāti ir šādi (dati ir frekvence, vidējais izejas mV, ievades vidējais mV un to attiecība: vidējais izejas / ievades vidējais lielums):

100 kHz, 306, 673, 0,45

1 MHz, 305, 686, 0,44

5 MHz, 301, 679, 0,44

10 MHz, 285, 682, 0,42

20 MHz, 253, 694, 0,36

30 MHz, 221, 692, 0,32

50 MHz, 159, 690, 0,23

80 MHz, 123, 702, 0,18

100 MHz, 80, 710, 0,11

Var redzēt, ka ķēde var sasniegt labu rektifikāciju zemās frekvencēs, bet, palielinoties frekvencei, labošanas precizitāte pakāpeniski samazinās. Ja izejas pamatā ir 100 kHz, izeja ir samazinājusies par 3 dB pie aptuveni 30 MHz.

Liela signāla vienotības pastiprinājuma joslas platums AD8048 op pastiprinātājam ir 160 MHz. Šīs ķēdes trokšņa pieaugums ir 2, tāpēc slēgtās cilpas joslas platums ir aptuveni 80 MHz (aprakstīts iepriekš, faktiskais eksperimenta rezultāts ir nedaudz lielāks par 100 MHz). Rektificētās izejas vidējā izeja samazinās par 3 dB, kas ir aptuveni 30 MHz, kas ir mazāk nekā viena trešdaļa no pārbaudāmās ķēdes slēgtās cilpas joslas platuma. Citiem vārdiem sakot, ja mēs vēlamies izveidot precīzas taisngrieža ķēdi, kuras līdzenums ir mazāks par 3dB, ķēdes slēgtās cilpas joslas platumam jābūt vismaz trīs reizes lielākam par signāla augstāko frekvenci.

Zemāk ir testa viļņu forma. Dzeltenā viļņu forma ir ieejas termināļa viļņa forma, bet zilā - izejas spailes viļņu forma vo.

3. darbība:

Palielinoties frekvencei, signāla periods kļūst arvien mazāks, un plaisa veido arvien lielāku daļu.

4. solis:

Novērojot op pastiprinātāja izeju šajā laikā (ņemiet vērā, ka tas nav vo), var konstatēt, ka op pastiprinātāja izejas viļņu formai ir nopietni kropļojumi pirms un pēc izejas nulles šķērsošanas. Zemāk ir viļņu formas pie op pastiprinātāja izejas 1MHz un 10MHz.

5. darbība:

Iepriekšējo viļņu formu var salīdzināt ar krustošanās izkropļojumiem stumšanas un vilkšanas izejas ķēdē. Intuitīvs skaidrojums ir sniegts zemāk:

Kad izejas spriegums ir augsts, diode ir pilnībā ieslēgta, un tajā brīdī tai ir būtiski fiksēts caurules sprieguma kritums, un op pastiprinātāja izeja vienmēr ir par vienu diode augstāka nekā izejas spriegums. Šajā brīdī op pastiprinātājs darbojas lineārā pastiprinājuma stāvoklī, tāpēc izejas viļņu forma ir labs galvenes vilnis.

Tajā brīdī, kad izejas signāls šķērso nulli, viena no divām diodēm sāk pāriet no vadītspējas līdz robežvērtībai, bet pārējās pārejas no izslēgtās uz ieslēgto. Šīs pārejas laikā diodes pretestība ir ārkārtīgi liela, un to var tuvināt kā atvērtu ķēdi, tāpēc op pastiprinātājs šajā laikā nedarbojas lineārā stāvoklī, bet tuvu atvērtai cilpai. Saskaņā ar ieejas spriegumu op pastiprinātājs mainīs izejas spriegumu ar maksimālo iespējamo ātrumu, lai diods tiktu vadīts. Tomēr op pastiprinātāja pagrieziena ātrums ir ierobežots, un nav iespējams paaugstināt izejas spriegumu, lai diode vienā mirklī ieslēgtos. Turklāt diodei ir pārejas laiks no ieslēgšanas uz izslēgšanu vai no izslēgšanas uz ieslēgšanu. Tātad izejas spriegumā ir plaisa. No iepriekš minētā op pastiprinātāja izejas viļņu formas var redzēt, kā izejas nulles šķērsošanas darbība "cīnās", mēģinot mainīt izejas spriegumu. Dažos materiālos, tostarp mācību grāmatās, teikts, ka op pastiprinātāja dziļo negatīvo atsauksmju dēļ diodes nelinearitāte tiek samazināta līdz sākotnējam 1/AF. Tomēr patiesībā, izejas signāla nulles šķērsošanas tuvumā, tā kā op pastiprinātājs ir tuvu atvērtajai cilpai, visas formulas op pastiprinātāja negatīvajai atgriezeniskajai saitei nav derīgas, un diodes nelinearitāti nevar analizēt negatīvas atgriezeniskās saites princips.

Ja signāla frekvence tiek vēl vairāk palielināta, ne tikai ir pagrieziena ātruma problēma, bet tiek pasliktināta arī paša op pastiprinātāja frekvences reakcija, tāpēc izejas viļņu forma kļūst diezgan slikta. Zemāk redzamajā attēlā parādīta izejas viļņu forma ar signāla frekvenci 50 MHz.

6. darbība

Iepriekšējais eksperiments tika balstīts uz op amp AD8048 un diode SD101. Salīdzinājumam es veicu eksperimentu, lai nomainītu ierīci.

Rezultāti ir šādi:

1. Nomainiet op pastiprinātāju ar AD8047. Op pastiprinātāja lielais signāla joslas platums (130 MHz) ir nedaudz zemāks nekā AD8048 (160 MHz), pagrieziena ātrums ir arī zemāks (750 V/mums, 8048 ir 1000 V/mums), un atvērtās cilpas pieaugums ir aptuveni 1300, kas arī ir zemāks par 8048 2400..

Eksperimentālie rezultāti (biežums, izejas vidējais lielums, ievades vidējā vērtība un abu attiecība) ir šādi:

1M, 320, 711, 0,45

10M, 280, 722, 0,39

20M, 210, 712, 0,29

30M, 152, 715, 0,21

Var redzēt, ka tā 3dB vājinājums ir mazāks par 20MHz. Šīs ķēdes slēgtās cilpas joslas platums ir aptuveni 65 MHz, tāpēc vidējais izvades 3dB kritums ir arī mazāks par vienu trešdaļu no ķēdes slēgtās cilpas joslas platuma.

2. Aizstāt SD101 ar 2AP9, 1N4148 utt., Bet gala rezultāti ir līdzīgi, nav būtiskas atšķirības, tāpēc es tos šeit neatkārtošu.

Ir arī ķēde, kas atver D2 ķēdē, kā parādīts zemāk.

7. darbība:

Svarīga atšķirība starp to un ķēdi, kurā tiek izmantotas divas diodes (turpmāk-dubultcaurules ķēde), ir tā, ka divcauruļu ķēdē operatīvais pastiprinātājs atrodas tikai aptuveni atvērtas cilpas stāvoklī, netālu no signāla krustojuma., un šī ķēde (turpmāk-vienas caurules ķēde) Darbība vidū ir pilnīgi atvērtas cilpas stāvoklī pusi no signāla perioda. Tātad tās nelinearitāte noteikti ir daudz nopietnāka nekā dubultcaurules ķēde.

Zemāk ir šīs shēmas izejas viļņu forma:

100 kHz, līdzīgi kā divu cauruļu ķēdei, ir arī sprauga, kad diode tiek ieslēgta. Sākotnējā vietā vajadzētu būt dažiem izciļņiem. Ieejas signāls tiek tieši pārraidīts caur diviem 200 omu rezistoriem. To var izvairīties, nedaudz uzlabojot ķēdi. Tam nav nekāda sakara ar problēmām, kuras mēs apspriedīsim tālāk. Tas ir 1MHz.

8. darbība

Šī viļņu forma skaidri atšķiras no divu cauruļu ķēdes. Divu cauruļu ķēdē šajā frekvencē ir aptuveni 40 ns aizkave, un šīs vienas caurules ķēdes kavēšanās ir 80 ns, un ir zvana signāls. Iemesls tam ir tas, ka op pastiprinātājs pirms diodes ieslēgšanas ir pilnībā atvērts, un tā izeja ir tuvu negatīvajam barošanas spriegumam, tāpēc dažiem tā iekšējiem tranzistoriem jābūt dziļā piesātinājumā vai dziļā izslēgšanas stāvoklī. Kad ieeja šķērso nulli, tranzistori, kas atrodas "dziļā miega" stāvoklī, vispirms "pamostas", un pēc tam izejas spriegums tiek paaugstināts līdz diodei ar pagrieziena ātrumu.

Pie zemākām frekvencēm ieejas signāla pieauguma ātrums nav augsts, tāpēc šo procesu ietekme netiek parādīta (kā tas ir 100k augstāk), un pēc tam, kad frekvence ir augsta, signāla ātrums ieejā ir liels, tādējādi "pamodinot" tranzistoru. Palielināsies ierosmes spriegums vai strāva, kas izraisa zvana signālu.

9. darbība

5MHz. Šajā frekvencē būtībā nav labojumu.

10. solis: Secinājums

Pamatojoties uz iepriekš minētajiem eksperimentiem, var izdarīt šādus secinājumus:

1. Kad frekvence ir ļoti zema, diodes nelinearitāte tiek novērsta ar op amp dziļuma negatīvo atgriezenisko saiti, un jebkura ķēde var iegūt labu rektifikācijas efektu.

2. ja vēlaties sasniegt augstākas frekvences precizitātes labošanu, vienas caurules ķēde nav pieņemama.

3. pat ar divu cauruļu ķēdēm, pagrieziena ātrums un op pastiprinātāja joslas platums nopietni ietekmēs labošanas precizitāti augstākās frekvencēs. Šis eksperiments noteiktos apstākļos rada empīrisku sakarību: ja izvades līdzenumam ir jābūt 3 dB, ķēdes slēgtās cilpas joslas platums (nevis op pastiprinātāja GBW) ir vismaz trīs reizes lielāks nekā augstākais signāls biežums. Tā kā ķēdes slēgtās cilpas joslas platums vienmēr ir mazāks vai vienāds ar op pastiprinātāja GBW, augstas frekvences signāla precizēšanai ir nepieciešams ļoti liels GBW op pastiprinātājs.

Tā ir arī prasība, lai izvades līdzenums būtu 3 dB. Ja ieejas signāla joslā ir nepieciešams lielāks izvades līdzenums, op pastiprinātāja frekvences reakcija būs augstāka.

Iepriekš minētie rezultāti tika iegūti tikai īpašos šī eksperimenta apstākļos, un netika ņemts vērā op amp pagrieziena ātrums, un apgriešanās ātrums šeit acīmredzami ir ļoti svarīgs faktors. Tāpēc, vai šīs attiecības ir piemērojamas citos apstākļos, autors neuzdrošinās spriest. Nākamais apspriežamais jautājums ir arī tas, kā ņemt vērā pagrieziena ātrumu.

Tomēr precizitātes izlīdzināšanas ķēdē op pastiprinātāja joslas platumam jābūt daudz lielākam par signāla augstāko frekvenci.