Tikslus ištaisymo eksperimentas: 11 žingsnių

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Neseniai atlikau tikslaus ištaisymo grandinės eksperimentą ir padariau apytiksles išvadas. Atsižvelgiant į tai, kad tikslumo lygintuvo grandinė yra bendra grandinė, šio eksperimento rezultatai gali suteikti tam tikros informacijos.

Eksperimentinė grandinė yra tokia. Operacinis stiprintuvas yra AD8048, pagrindiniai parametrai yra šie: didelis 160MHz signalo pralaidumas, pasukimo greitis 1000V / us. Diodas yra SD101, Schottky diodas, kurio atvirkštinis atkūrimo laikas yra 1ns. Visos rezistorių vertės nustatomos pagal AD8048 duomenų lapą.

1 žingsnis:

Pirmasis eksperimento žingsnis: atjunkite D2 aukščiau esančioje grandinėje, trumpąjį jungimą D1 ir nustatykite paties operacinio stiprintuvo didelį signalo dažnio atsaką. Įėjimo signalo smailė palaikoma maždaug 1 V, dažnis keičiamas nuo 1 MHz iki 100 MHz, osciloskopu išmatuojamos įvesties ir išvesties amplitudės, apskaičiuojamas įtampos padidėjimas. Rezultatai yra tokie:

Dažnių diapazone nuo 1M iki 100M bangos forma neturi pastebimų reikšmingų iškraipymų.

Stiprinimo pokyčiai yra tokie: 1M-1,02, 10M-1,02, 35M-1,06, 50M-1,06, 70M-1,04, 100M-0,79.

Galima pastebėti, kad šio signalo stiprintuvo didelis signalo uždarojo ciklo 3 dB išjungimo dažnis yra šiek tiek daugiau nei 100 MHz. Šis rezultatas iš esmės atitinka didelę signalo dažnio atsako kreivę, pateiktą AD8048 vadove.

2 žingsnis:

Antrame eksperimento etape buvo pridėti du diodai SD101A. Matuojant įvestį ir išėjimą, įėjimo signalo amplitudė išlieka maždaug 1 V piko. Stebėjus išėjimo bangos formą, osciloskopo matavimo funkcija taip pat naudojama efektyviai įvesties signalo vertei ir išėjimo signalo laikotarpio vidurkiui matuoti ir jų santykiui apskaičiuoti. Rezultatai yra tokie (duomenys yra dažnis, išėjimo vidurkis mV, įvesties vidutinė vidutinė mV ir jų santykis: išvesties vidurkis / įvesties vidutinė vidutinė vertė):

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

Galima pastebėti, kad grandinė gali pasiekti gerą ištaisymą žemais dažniais, tačiau didėjant dažniui, ištaisymo tikslumas palaipsniui mažėja. Jei išvestis pagrįsta 100 kHz, išvestis sumažėjo 3 dB maždaug 30 MHz dažniu.

Didelio signalo vienybės stiprinimo juostos plotis AD8048 op stiprintuve yra 160 MHz. Šios grandinės triukšmo padidėjimas yra 2, todėl uždaro ciklo pralaidumas yra apie 80 MHz (aprašyta anksčiau, tikrasis eksperimentinis rezultatas yra šiek tiek didesnis nei 100 MHz). Vidutinė ištaisytos išvesties išvestis sumažėja 3 dB, tai yra maždaug 30 MHz, mažiau nei trečdalis bandomosios grandinės uždarojo ciklo pralaidumo. Kitaip tariant, jei norime sukurti tikslią lygintuvo grandinę, kurios lygumas yra mažesnis nei 3dB, grandinės uždarojo ciklo pralaidumas turėtų būti bent tris kartus didesnis už aukščiausią signalo dažnį.

Žemiau yra bandymo bangos forma. Geltona bangos forma yra įvesties gnybto vi bangos forma, o mėlyna - išėjimo terminalo vo bangos forma.

3 žingsnis:

Kai dažnis didėja, signalo laikotarpis tampa vis mažesnis, o atotrūkis sudaro vis didesnę dalį.

4 žingsnis:

Stebint op stiprintuvo išėjimą šiuo metu (atkreipkite dėmesį, kad tai nėra vo) bangos forma, galima pastebėti, kad op stiprintuvo išvesties bangos forma prieš ir po išėjimo nulinio kirtimo turi stiprių iškraipymų. Žemiau yra bangos formos, esančios op stiprintuvo išėjime 1 MHz ir 10 MHz dažniu.

5 veiksmas:

Ankstesnę bangos formą galima palyginti su kryžminiu iškraipymu išstūmimo išėjimo grandinėje. Žemiau pateikiamas intuityvus paaiškinimas:

Kai išėjimo įtampa yra aukšta, diodas yra visiškai įjungtas, tada jis turi iš esmės fiksuotą vamzdžio įtampos kritimą, o op stiprintuvo išėjimas visada yra vienu diodu didesnis nei išėjimo įtampa. Šiuo metu op stiprintuvas veikia linijinio stiprinimo būsenoje, todėl išėjimo bangos forma yra gera antraštės banga.

Tuo metu, kai išėjimo signalas kerta nulį, vienas iš dviejų diodų pradeda pereiti nuo laidumo iki ribos, o kitas pereina iš išjungimo į įjungtą. Šio perėjimo metu diodo varža yra labai didelė ir gali būti apytikslė kaip atvira grandinė, todėl op stiprintuvas šiuo metu neveikia tiesinės būsenos, bet arti atviros kilpos. Esant įvesties įtampai, op stiprintuvas pakeis išėjimo įtampą maksimaliu įmanomu greičiu, kad diodas pradėtų veikti. Tačiau operacinio stiprintuvo pasukimo greitis yra ribotas, ir neįmanoma padidinti išėjimo įtampos, kad diodas įsijungtų akimirksniu. Be to, diodas turi perėjimo laiką iš įjungimo į išjungimą arba išjungimo į įjungimą. Taigi yra išėjimo įtampos spraga. Iš aukščiau esančio op stiprintuvo išvesties bangos formos matyti, kaip išvesties nulinės sankryžos veikimas „vargsta“, bandant pakeisti išėjimo įtampą. Kai kuriose medžiagose, įskaitant vadovėlius, teigiama, kad dėl giliai neigiamų op stiprintuvo atsiliepimų diodo netiesiškumas sumažėja iki pradinio 1/AF. Tačiau iš tikrųjų, netoli išėjimo signalo kirtimo, kadangi op stiprintuvas yra arti atviros kilpos, visos neigiamo veikimo stiprintuvo formulės yra neteisingos, o diodo netiesiškumas negali būti analizuojamas neigiamo grįžtamojo ryšio principas.

Jei signalo dažnis dar padidinamas, ne tik sukimosi greičio problema, bet ir pačio op stiprintuvo dažnio atsakas pablogėja, todėl išėjimo bangos forma tampa gana bloga. Žemiau esančiame paveikslėlyje parodyta išėjimo bangos forma esant 50MHz signalo dažniui.

6 žingsnis:

Ankstesnis eksperimentas buvo paremtas AD8048 stiprintuvu ir diodu SD101. Palyginimui, aš padariau eksperimentą, norėdamas pakeisti įrenginį.

Rezultatai yra tokie:

1. Pakeiskite operacinį stiprintuvą AD8047. Didelis operacinio stiprintuvo signalo pralaidumas (130 MHz) yra šiek tiek mažesnis nei AD8048 (160 MHz), pasukimo dažnis taip pat yra mažesnis (750 V/us, 8048 yra 1000 V/us), o atvirojo ciklo padidėjimas yra apie 1300 mažesnis nei 8048 -ųjų 2400..

Eksperimentiniai rezultatai (dažnis, išvesties vidurkis, įvesties vidutinė vidutinė vertė ir jų santykis) yra šie:

1M, 320, 711, 0,45

10M, 280, 722, 0,39

20M, 210, 712, 0,29

30M, 152, 715, 0,21

Galima pastebėti, kad jo 3dB slopinimas yra mažesnis nei 20 MHz. Šios grandinės uždarojo ciklo pralaidumas yra apie 65 MHz, todėl vidutinis išvesties 3dB sumažėjimas taip pat yra mažesnis nei trečdalis grandinės uždarojo ciklo pralaidumo.

2. Pakeiskite SD101 2AP9, 1N4148 ir pan., Tačiau galutiniai rezultatai yra panašūs, esminio skirtumo nėra, todėl jų čia nekartosiu.

Taip pat yra grandinė, atverianti D2 grandinėje, kaip parodyta žemiau.

7 žingsnis:

Svarbus skirtumas tarp jo ir grandinės, kurioje naudojami du diodai (toliau-dvigubo vamzdžio grandinė), yra ta, kad dvigubo vamzdžio grandinėje operacinis stiprintuvas yra tik apytiksliai atviros kilpos būsenoje, esančioje netoli nulinio signalo kirtimo., ir ši grandinė (toliau vadinama vieno vamzdžio grandine). Taigi jo netiesiškumas tikrai yra daug rimtesnis nei dvigubo vamzdžio grandinė.

Žemiau yra šios grandinės išėjimo bangos forma:

100 kHz, panašus į dviejų vamzdžių grandinę, taip pat turi tarpą, kai įjungiamas diodas. Pradinėje vietoje turėtų būti nelygumų. Įvesties signalas tiesiogiai perduodamas per du 200 omų rezistorius. To galima išvengti šiek tiek patobulinus grandinę. Tai neturi nieko bendra su problemomis, kurias aptarsime toliau. Jis yra 1MHz.

8 žingsnis:

Ši bangos forma aiškiai skiriasi nuo dvigubo vamzdžio grandinės. Dviejų vamzdžių grandinė šiuo dažniu turi apie 40 ns delsą, o šios vieno vamzdžio grandinės uždelsimas yra 80 ns ir skamba. Priežastis ta, kad prieš įjungiant diodą operacinis stiprintuvas yra visiškai atviro ciklo, o jo išėjimas yra artimas neigiamai maitinimo įtampai, todėl kai kurie jo vidiniai tranzistoriai turi būti giliai prisotinti arba išjungti. Kai įvestis kerta nulį, tranzistoriai, esantys „gilaus miego“būsenoje, pirmiausia „pabunda“, o tada išėjimo įtampa pakeliama iki diodo.

Esant žemesniems dažniams, įvesties signalo kilimo greitis nėra didelis, todėl šių procesų poveikis nerodomas (kaip yra aukščiau 100 tūkst.), O kai dažnis yra aukštas, signalo dažnis įvestyje yra didelis, taip „pažadindamas“tranzistorių. Žadinimo įtampa ar srovė padidės, o tai sukelia skambėjimą.

9 veiksmas:

5MHz. Iš esmės nėra jokio taisymo tokiu dažniu.

10 žingsnis: Išvada

Remiantis aukščiau pateiktais eksperimentais, galima padaryti šias išvadas:

1. Kai dažnis yra labai mažas, diodo netiesiškumas pašalinamas dėl neigiamo op amp gylio grįžtamojo ryšio, ir bet kuri grandinė gali gauti gerą ištaisymo efektą.

2. jei norite pasiekti didesnio dažnio tikslumo ištaisymą, vieno vamzdžio grandinė yra nepriimtina.

3. net naudojant dviejų vamzdžių grandines, op stiprintuvo pasukimo greitis ir pralaidumas rimtai paveiks ištaisymo tikslumą esant aukštesniems dažniams. Šis eksperimentas tam tikromis sąlygomis duoda empirinį ryšį: jei išvesties lygumas turi būti 3 dB, grandinės uždarojo ciklo pralaidumas (ne operacinio stiprintuvo GBW) yra bent tris kartus didesnis nei didžiausias signalas dažnis. Kadangi grandinės uždarojo ciklo pralaidumas visada yra mažesnis arba lygus operacinio stiprintuvo GBW, norint tiksliai ištaisyti aukšto dažnio signalą, reikia labai didelio GBW operacinio stiprintuvo.

Tai taip pat yra reikalavimas, kad išėjimo lygumas būtų 3 dB. Jei įvesties signalo juostoje reikia didesnio išėjimo lygumo, operacinio stiprintuvo dažnio atsakas bus didesnis.

Pirmiau minėti rezultatai buvo gauti tik esant konkrečioms šio eksperimento sąlygoms, o į operacinio stiprintuvo pasukimo greitį nebuvo atsižvelgta, o nuleidimo greitis čia akivaizdžiai yra labai svarbus veiksnys. Todėl ar šie santykiai taikytini kitomis sąlygomis, autorius nedrįsta spręsti. Kitas klausimas, kurį reikia aptarti, kaip apsvarstyti nužudymo greitį.

Tačiau tikslumo ištaisymo grandinėje op stiprintuvo pralaidumas turėtų būti daug didesnis nei aukščiausias signalo dažnis.