Tarkka korjauskoe: 11 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Olen äskettäin tehnyt kokeen tarkkuuden korjauspiirillä ja saanut karkeita johtopäätöksiä. Ottaen huomioon, että tarkkuussuuntaajapiiri on yhteinen piiri, tämän kokeen tulokset voivat antaa joitain viitetietoja.

Kokeellinen piiri on seuraava. Operaatiovahvistin on AD8048, tärkeimmät parametrit ovat: suuri signaalin kaistanleveys 160 MHz, tappamisnopeus 1000 V / us. Diodi on SD101, Schottky -diodi, jonka palautumisaika on 1ns. Kaikki vastuksen arvot määritetään AD8048 -tietolomakkeen perusteella.

Vaihe 1:

Kokeen ensimmäinen vaihe: irrota D2 edellä olevasta piiristä, oikosulku D1 ja havaitse itse operaatiovahvistimen suuri signaalitaajuusvaste. Tulosignaalin huippu pidetään noin 1 V: n taajuudella, taajuus muutetaan 1 MHz: stä 100 MHz: iin, tulo- ja lähtöamplitudit mitataan oskilloskoopilla ja jännitevahvistus lasketaan. Tulokset ovat seuraavat:

Taajuusalueella 1M - 100M aaltomuodossa ei ole havaittavaa merkittävää vääristymää.

Vahvistuksen muutokset ovat seuraavat: 1M-1,02, 10M-1,02, 35M-1,06, 50M-1,06, 70M-1,04, 100M-0,79.

Voidaan nähdä, että tämän op-vahvistimen suuri signaalin suljetun silmukan 3 dB: n rajataajuus on noin hieman yli 100 MHz. Tämä tulos on periaatteessa linjassa AD8048 -käsikirjassa annetun suuren signaalitaajuuden vastekäyrän kanssa.

Vaihe 2:

Kokeen toisessa vaiheessa lisättiin kaksi diodia SD101A. Tulosignaalin amplitudi pysyy noin 1 V: n huipulla tuloa ja lähtöä mitattaessa. Lähtöaaltomuodon havaitsemisen jälkeen oskilloskoopin mittaustoimintoa käytetään myös tulosignaalin tehollisen arvon ja lähtösignaalin jakson keskiarvon mittaamiseen ja niiden suhteen laskemiseen. Tulokset ovat seuraavat (data on taajuus, lähtökeskiarvo mV, sisääntulon tehollinen mV ja niiden suhde: lähtökeskiarvo / tulon tehollisarvo):

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

Voidaan nähdä, että piiri voi saavuttaa hyvän oikaisun matalilla taajuuksilla, mutta kun taajuus kasvaa, korjauksen tarkkuus pienenee vähitellen. Jos lähtö perustuu 100 kHz: iin, lähtö on pudonnut 3 dB noin 30 MHz: llä.

AD8048-op-vahvistimen suuren signaalin yhtenäisyyden vahvistuksen kaistanleveys on 160 MHz. Tämän piirin kohinanvahvistus on 2, joten suljetun silmukan kaistanleveys on noin 80 MHz (kuvattu aiemmin, todellinen kokeellinen tulos on hieman suurempi kuin 100 MHz). Oikaistun lähdön keskimääräinen lähtö laskee 3 dB, mikä on noin 30 MHz, alle kolmasosa testattavan piirin suljetun silmukan kaistanleveydestä. Toisin sanoen, jos haluamme tehdä tasasuuntaajapiirin, jonka tasaisuus on pienempi kuin 3dB, piirin suljetun silmukan kaistanleveyden tulisi olla vähintään kolme kertaa suurempi kuin signaalin korkein taajuus.

Alla on testiaaltomuoto. Keltainen aaltomuoto on tuloliitännän vi aaltomuoto ja sininen aaltomuoto on lähtöliittimen aaltomuoto vo.

Vaihe 3:

Kun taajuus kasvaa, signaalijakso pienenee ja pienenee, ja aukon osuus kasvaa.

Vaihe 4:

Tarkkailemalla op -vahvistimen lähtöä tällä hetkellä (huomaa, että se ei ole vo) aaltomuoto, voidaan havaita, että op -vahvistimen lähtöaaltomuodossa on vakavia vääristymiä ennen ja jälkeen ulostulon nollan. Alla ovat aaltomuodot op -vahvistimen lähdössä 1MHz ja 10MHz.

Vaihe 5:

Edellistä aaltomuotoa voidaan verrata push-pull-lähtöpiirin jakautumisvääristymään. Alla on intuitiivinen selitys:

Kun lähtöjännite on korkea, diodi on täysin päällä, jolloin sen putken jännitehäviö on olennaisesti kiinteä, ja op -vahvistimen lähtö on aina yksi diodi korkeampi kuin lähtöjännite. Tässä vaiheessa op -vahvistin toimii lineaarisessa vahvistustilassa, joten lähtöaaltomuoto on hyvä otsikkoaalto.

Tällä hetkellä lähtösignaali ylittää nollan, toinen kahdesta diodista alkaa kulkea johtimesta katkaisuun, kun taas toinen siirtyy pois päältä päälle. Tämän siirtymisen aikana diodin impedanssi on erittäin suuri ja sitä voidaan arvioida avoimeksi piiriksi, joten op -vahvistin ei tällä hetkellä toimi lineaarisessa tilassa, mutta lähellä avointa silmukkaa. Tulojännitteen alla op -vahvistin muuttaa lähtöjännitettä suurimmalla mahdollisella nopeudella saadakseen diodin johtumaan. Op -vahvistimen kääntymisnopeus on kuitenkin rajoitettu, ja on mahdotonta nostaa lähtöjännitettä, jotta diodi käynnistyy hetkessä. Lisäksi diodilla on siirtymäaika päälle / pois tai pois päältä päälle. Joten lähtöjännitteessä on aukko. Yllä olevan op-vahvistimen lähdön aaltomuodosta voidaan nähdä, kuinka ulostulon nollan ylityksen toiminta "kamppailee" yrittäessään muuttaa lähtöjännitettä. Jotkut materiaalit, mukaan lukien oppikirjat, sanovat, että op -vahvistimen syvän negatiivisen palautteen vuoksi diodin epälineaarisuus vähenee alkuperäiseen 1/AF. Kuitenkin itse asiassa lähellä lähtösignaalin nollapistettä, koska op -vahvistin on lähellä avointa silmukkaa, kaikki op -vahvistimen negatiivisen palautteen kaavat ovat virheellisiä, eikä diodin epälineaarisuutta voida analysoida negatiivisen palautteen periaate.

Jos signaalin taajuutta lisätään edelleen, ei vain kääntymisnopeusongelma, vaan myös itse vahvistimen taajuusvaste heikkenee, joten lähtöaaltomuoto muuttuu melko huonoksi. Alla oleva kuva esittää lähtöaaltomuodon 50 MHz: n signaalitaajuudella.

Vaihe 6:

Edellinen koe perustui op -vahvistimeen AD8048 ja diodiin SD101. Vertailun vuoksi tein kokeilun laitteen vaihtamiseksi.

Tulokset ovat seuraavat:

1. Vaihda op -vahvistin AD8047: een. Op-vahvistimen suuri signaalin kaistanleveys (130 MHz) on hieman pienempi kuin AD8048 (160 MHz), kääntymisnopeus on myös pienempi (750 V/us, 8048 on 1000 V/us) ja avoimen silmukan vahvistus on noin 1300, mikä on myös pienempi kuin 8048: n 2400..

Kokeelliset tulokset (taajuus, lähtökeskiarvo, syöttöteho ja näiden kahden suhde) ovat seuraavat:

1M, 320, 711, 0,45

10M, 280, 722, 0,39

20M, 210, 712, 0,29

30M, 152, 715, 0,21

On nähtävissä, että sen 3dB -vaimennus on alle 20 MHz. Tämän piirin suljetun silmukan kaistanleveys on noin 65 MHz, joten ulostulon keskimääräinen pudotus 3dB on myös alle kolmannes piirin suljetun silmukan kaistanleveydestä.

2. Korvaa SD101 2AP9: llä, 1N4148: lla jne., Mutta lopputulokset ovat samanlaisia, oleellista eroa ei ole, joten en toista niitä tässä.

On myös piiri, joka avaa D2: n piiriin, kuten alla on esitetty.

Vaihe 7:

Tärkeä ero sen ja kahden diodin (jäljempänä kaksiputkipiiri) välisen piirin välillä on se, että kaksiputkipiirissä operaatiovahvistin on vain likimäärin avoimen silmukan tilassa lähellä signaalin nollapistettä, ja tämä piiri (jäljempänä yksiputkipiiri) Toiminta keskellä on täysin avoimen silmukan tilassa puolet signaalijaksosta. Joten sen epälineaarisuus on ehdottomasti paljon vakavampi kuin kaksiputkinen piiri.

Alla on tämän piirin lähtöaaltomuoto:

100 kHz: ssä, kuten kaksiputkipiirissä, on myös rako, kun diodi kytketään päälle. Alkuperäisessä paikassa pitäisi olla näppylöitä. Tulosignaali lähetetään suoraan kahden 200 ohmin vastuksen kautta. Se voidaan välttää parantamalla hieman piiriä. Sillä ei ole mitään tekemistä niiden ongelmien kanssa, joista keskustelemme alla. Se on 1MHz.

Vaihe 8:

Tämä aaltomuoto eroaa selvästi kaksiputkipiiristä. Kaksiputkipiirin viive on tällä taajuudella noin 40 ns, ja tämän yksiputkipiirin viive on 80 ns ja soi. Syynä on se, että op-vahvistin on täysin avoimen silmukan ennen diodin kytkemistä päälle ja sen ulostulo on lähellä negatiivista syöttöjännitettä, joten joidenkin sen sisäisten transistorien on oltava syvässä kyllästyksessä tai syväkatkaisutilassa. Kun tulo ylittää nollan, "syvän lepotilan" tilassa olevat transistorit "heräävät" ensin ja sitten lähtöjännite nostetaan diodiin kääntymisnopeudella.

Alemmilla taajuuksilla tulosignaalin nousunopeus ei ole suuri, joten näiden prosessien vaikutuksia ei näytetä (kuten 100k: n kohdalla edellä), ja kun taajuus on korkea, signaalin nopeus tulossa on suuri, "herättäen" transistorin. Viritysjännite tai -virta kasvaa, mikä aiheuttaa soimisen.

Vaihe 9:

5MHz. Tällä taajuudella ei periaatteessa ole korjausta.

Vaihe 10: Johtopäätös

Edellä olevien kokeiden perusteella voidaan tehdä seuraavat johtopäätökset:

1. Kun taajuus on hyvin alhainen, diodin epälineaarisuus eliminoidaan op -vahvistimen syvyyden negatiivisella palautteella, ja mikä tahansa piiri voi saada hyvän oikaisuvaikutuksen.

2. jos haluat saavuttaa korkeamman taajuuden tarkkuuden korjauksen, yhden putken piiri ei ole hyväksyttävä.

3. jopa kaksiputkipiireillä, op-vahvistimen kääntymisnopeus ja kaistanleveys vaikuttavat vakavasti korjaustarkkuuteen korkeammilla taajuuksilla. Tämä koe tuottaa empiirisen suhteen tietyissä olosuhteissa: jos lähdön tasaisuuden on oltava 3 dB, piirin suljetun silmukan kaistanleveys (ei op-vahvistimen GBW) on vähintään kolme kertaa suurempi kuin korkein signaali taajuus. Koska piirin suljetun silmukan kaistanleveys on aina pienempi tai yhtä suuri kuin op-vahvistimen GBW, korkeataajuisen signaalin tarkkuuden korjaus vaatii erittäin suuren GBW-op-vahvistimen.

Tämä on myös vaatimus 3 dB: n ulostulon tasaisuudelle. Jos tulosignaalin kaistalta vaaditaan suurempaa lähdön tasaisuutta, op -vahvistimen taajuusvaste on suurempi.

Yllä olevat tulokset saatiin vain tämän kokeen erityisolosuhteissa, eikä op -vahvistimen kääntymisnopeutta otettu huomioon, ja tappamisnopeus on ilmeisesti erittäin tärkeä tekijä tässä. Siksi, onko tämä suhde sovellettavissa muilla ehdoilla, kirjoittaja ei uskalla arvioida. Seuraavaksi keskusteltava kysymys on myös se, miten murrosprosentti otetaan huomioon.

Kuitenkin tarkkuuden korjauspiirissä op -vahvistimen kaistanleveyden tulisi olla paljon suurempi kuin signaalin korkein taajuus.