Preizkus natančnega popravljanja: 11 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Pred kratkim sem naredil poskus na tokokrogu za natančno popravljanje in dobil nekaj grobih zaključkov. Glede na to, da je natančno usmerniško vezje običajno vezje, lahko rezultati tega poskusa zagotovijo nekaj referenčnih informacij.

Poskusno vezje je naslednje. Operacijski ojačevalnik je AD8048, glavni parametri so: velika pasovna širina signala 160MHz, hitrost obračanja 1000V / us. Dioda je SD101, Schottkyjeva dioda s povratnim časom obnovitve 1ns. Vse vrednosti upora so določene glede na podatkovni list AD8048.

Korak 1:

Prvi korak poskusa: odklopite D2 v zgornjem vezju, kratek stik D1 in odkrijte velik frekvenčni odziv signala samega operacijskega ojačevalnika. Vrh vhodnega signala se ohrani pri približno 1 V, frekvenca se spremeni z 1 MHz na 100 MHz, amplitude vhoda in izhoda se izmerijo z osciloskopom in izračuna se ojačanje napetosti. Rezultati so naslednji:

V frekvenčnem območju od 1M do 100M valovna oblika nima opaznih pomembnih popačenj.

Spremembe dobička so naslednje: 1M-1,02, 10M-1,02, 35M-1,06, 50M-1,06, 70M-1,04, 100M-0,79.

Vidimo lahko, da je rezalna frekvenca tega operacijskega ojačevalnika velikega signala v zaprti zanki 3 dB približno nekaj več kot 100 MHz. Ta rezultat je v bistvu v skladu z veliko krivuljo frekvenčnega odziva signala, navedeno v priročniku AD8048.

2. korak:

V drugem koraku poskusa smo dodali dve diodi SD101A. Amplituda vhodnega signala med merjenjem vhoda in izhoda ostane na vrhu 1V. Po opazovanju izhodne valovne oblike se z merilno funkcijo osciloskopa meri tudi efektivna vrednost vhodnega signala in povprečje obdobja izhodnega signala ter izračuna njihovo razmerje. Rezultati so naslednji (podatki so frekvenca, izhodna srednja mV, vhodna efektivna vrednost mV in njihovo razmerje: izhodno povprečje / vhodna efektivna vrednost):

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

Vidimo lahko, da lahko vezje pri nizkih frekvencah dobro popravi, vendar se z naraščanjem frekvence natančnost odpravljanja postopoma zmanjšuje. Če izhod temelji na 100 kHz, se je izhod zmanjšal za 3 dB pri približno 30 MHz.

Pasovna širina ojačevalnika enotnega signala op-amp ojačevalnika AD8048 je 160 MHz. Dobiček hrupa tega vezja je 2, zato je pasovna širina zaprte zanke približno 80 MHz (opisano prej, dejanski poskusni rezultat je nekoliko večji od 100 MHz). Povprečna moč rektificiranega izhoda se zmanjša za 3 dB, kar je približno 30 MHz, kar je manj kot ena tretjina pasovne širine zaprte zanke preskusnega vezja. Z drugimi besedami, če želimo narediti natančno usmerniško vezje z ravnino, manjšo od 3dB, mora biti pasovna širina vezja v zaprti zanki vsaj trikrat višja od najvišje frekvence signala.

Spodaj je preskusna valovna oblika. Rumena valovna oblika je valovna oblika vhodnega priključka vi, modra pa valovna oblika izhodnega priključka vo.

3. korak:

Ko se frekvenca povečuje, je obdobje signala vse manjše, vrzel pa predstavlja vedno večji delež.

4. korak:

Če opazujemo izhod op ojačevalnika v tem trenutku (upoštevajte, da to ni vo) valovne oblike, lahko ugotovimo, da ima izhodna valovna oblika operacijskega ojačevalca močno popačenje pred in po prehodu izhodne ničle. Spodaj so valovne oblike na izhodu operacijskega ojačevalnika pri 1 MHz in 10 MHz.

5. korak:

Prejšnjo valovno obliko lahko primerjamo s križanjem v izhodnem vezju push-pull. Spodaj je podana intuitivna razlaga:

Ko je izhodna napetost visoka, se dioda v celoti vklopi in takrat ima bistveno stabilen padec napetosti v cevi, izhod op -ojačevalnika pa je vedno za eno diodo višji od izhodne napetosti. Na tej točki operacijski ojačevalnik deluje v linearnem ojačevalnem stanju, zato je izhodna valovna oblika dobra glava.

V trenutku, ko izhodni signal prestopi ničlo, začne ena od dveh diod prehajati od prevodnosti do meje, druga pa prehaja iz izklopa v vklop. Med tem prehodom je impedanca diode izredno velika in jo je mogoče približati kot odprto vezje, zato op -amp v tem času ne deluje v linearnem stanju, ampak blizu odprte zanke. Pod vhodno napetostjo bo op -amp spremenil izhodno napetost z največjo možno hitrostjo, da bo diodo prevedel. Vendar je hitrost obratov op -ojačevalnika omejena in nemogoče je dvigniti izhodno napetost, da bi se dioda vklopila v trenutku. Poleg tega ima dioda čas prehoda od vklopa do izklopa ali od izklopa do vklopa. Torej obstaja vrzel v izhodni napetosti. Iz zgornje valovne oblike izhoda op-ojačevalnika je razvidno, kako se delovanje ničelnega prehoda izhoda "bori" pri poskusu spreminjanja izhodne napetosti. Nekateri materiali, vključno z učbeniki, pravijo, da se zaradi globokih negativnih povratnih informacij o ojačevalniku nelinearnost diode zmanjša na prvotni 1/AF. Vendar pa je v resnici blizu prehoda ničle izhodnega signala, ker je op -amp blizu odprte zanke, vse formule za negativno povratno zvezo op -ojačevalca neveljavne in nelinearnosti diode ni mogoče analizirati z načelo negativne povratne informacije.

Če se frekvenca signala še poveča, ne pride le do težave s hitrostjo obračanja, temveč se poslabša tudi frekvenčni odziv samega ojačevalnika, zato postane izhodna valovna oblika precej slaba. Spodnja slika prikazuje izhodno valovno obliko pri frekvenci signala 50 MHz.

6. korak:

Prejšnji poskus je temeljil na operacijskem ojačevalniku AD8048 in diodi SD101. Za primerjavo sem naredil poskus zamenjave naprave.

Rezultati so naslednji:

1. Zamenjajte op ojačevalnik z AD8047. Velika pasovna širina signala operacijskega ojačevalnika (130MHz) je nekoliko nižja od AD8048 (160MHz), nižja je tudi stopnja obračanja (750V/us, 8048 je 1000V/us), dobiček odprte zanke pa je približno 1300, kar je prav tako nižje od 8048 -ih 2400..

Eksperimentalni rezultati (frekvenca, izhodno povprečje, vhodne efektivne vrednosti in razmerje obeh) so naslednji:

1M, 320, 711, 0,45

10M, 280, 722, 0,39

20M, 210, 712, 0,29

30M, 152, 715, 0,21

Vidimo lahko, da je njegovo slabljenje 3dB manjše kot pri 20MHz. Pasovna širina zaprte zanke tega vezja je približno 65 MHz, zato je tudi izhodni povprečni padec 3dB manjši od ene tretjine pasovne širine zaprte zanke vezja.

2. SD101 zamenjajte z 2AP9, 1N4148 itd., Vendar so končni rezultati podobni, bistvene razlike ni, zato jih tukaj ne bom ponavljal.

Obstaja tudi vezje, ki odpre D2 v vezju, kot je prikazano spodaj.

7. korak:

Pomembna razlika med njim in vezjem z dvema diodama (v nadaljevanju dvocevno vezje) je v tem, da je v dvocevnem vezju operacijski ojačevalnik le v približno odprtem krogu blizu ničelnega prehoda signala, in to vezje (v nadaljnjem besedilu enocevno vezje) Delovanje na sredini je za polovico signalnega obdobja v stanju popolnoma odprte zanke. Torej je njegova nelinearnost vsekakor veliko resnejša od dvocevnega vezja.

Spodaj je izhodna valovna oblika tega vezja:

100kHz, podobno kot dvocevno vezje, ima tudi vrzel pri vklopu diode. Na prvotnem mestu bi moralo biti nekaj udarcev. Vhodni signal se neposredno prenaša prek dveh 200 ohmskih uporov. Temu se lahko izognemo z rahlim izboljšanjem vezja. To nima nobene zveze s težavami, o katerih bomo razpravljali v nadaljevanju. Je 1MHz.

8. korak:

Ta valovna oblika se očitno razlikuje od vezja z dvojno cevjo. Dvojnocevno vezje ima pri tej frekvenci zakasnitev približno 40 ns, zakasnitev tega enoscevnega vezja pa je 80 ns in pride do zvonjenja. Razlog je v tem, da je operacijski ojačevalnik pred vklopom diode popolnoma odprt, njegov izhod pa je blizu negativne napajalne napetosti, zato morajo biti nekateri njegovi notranji tranzistorji v stanju globokega nasičenja ali globokega izklopa. Ko vhod preseže ničlo, se tranzistorji v stanju "globokega spanja" najprej "zbudijo", nato pa se izhodna napetost dvigne na diodo s hitrostjo obračanja.

Pri nižjih frekvencah hitrost naraščanja vhodnega signala ni visoka, zato učinki teh procesov niso prikazani (tako kot pri 100k zgoraj), po visoki frekvenci pa je hitrost signala na vhodu velika, in tako "prebudil" tranzistor. Vzbudna napetost ali tok se bo povečala, kar povzroči zvonjenje.

9. korak:

5MHz. Na tej frekvenci v bistvu ni popravkov.

10. korak: Zaključek

Na podlagi zgornjih poskusov je mogoče narediti naslednje zaključke:

1. Ko je frekvenca zelo nizka, se nelinearnost diode odpravi z negativno povratno povezavo globine op ojačevalnika in vsako vezje lahko dobi dober učinek odpravljanja.

2. če želite doseči višjo frekvenčno natančnost, enocevno vezje ni sprejemljivo.

3. tudi pri dvocevnih vezjih bosta hitrost obračanja in pasovna širina op ojačevalnika resno vplivala na natančnost popravljanja pri višjih frekvencah. Ta poskus pod določenimi pogoji prinaša empirično razmerje: če mora biti ravnost izhoda 3 dB, je pasovna širina zaprte zanke vezja (ne GBW op ojačevalnika) vsaj trikrat večja od najvišjega signala frekvenco. Ker je pasovna širina vezja v zaprti zanki vedno manjša ali enaka GBW op-ojačevalnika, je za natančno odpravo visokofrekvenčnega signala potreben zelo velik ojačevalnik GBW.

To je tudi zahteva za izhodno ravnost 3 dB. Če je v pasu vhodnega signala potrebna višja izhodna ravnost, bo frekvenčni odziv op ojačevalnika višji.

Zgornji rezultati so bili pridobljeni le pod posebnimi pogoji tega poskusa, hitrost obratov op -ojačevalnika pa ni bila upoštevana, hitrost obračanja pa je tu očitno zelo pomemben dejavnik. Zato si avtor ne upa presoditi, ali je to razmerje uporabno pod drugimi pogoji. Naslednje vprašanje, ki ga bomo obravnavali, je, kako upoštevati stopnjo ubitja.

Vendar bi morala biti v natančnem usmerjevalnem vezju pasovna širina op ojačevalnika veliko večja od najvišje frekvence signala.