Eksperimen Pembetulan Ketepatan: 11 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Saya baru-baru ini melakukan eksperimen pada litar pembetulan ketepatan dan mendapat beberapa kesimpulan kasar. Memandangkan bahawa litar penerus ketepatan adalah litar biasa, hasil eksperimen ini dapat memberikan beberapa maklumat rujukan.

Litar eksperimen adalah seperti berikut. Penguat operasi adalah AD8048, parameter utamanya adalah: lebar jalur isyarat 160MHz, kadar mati 1000V / kita. Diod adalah dioda SD101, Schottky dengan masa pemulihan terbalik 1ns. Semua nilai perintang ditentukan dengan merujuk pada lembaran data AD8048.

Langkah 1:

Langkah pertama eksperimen: putuskan sambungan D2 di litar di atas, litar pintas D1, dan mengesan tindak balas frekuensi isyarat besar penguat operasi itu sendiri. Puncak isyarat input disimpan di sekitar 1V, frekuensi diubah dari 1MHz menjadi 100MHz, amplitud input dan output diukur dengan osiloskop, dan keuntungan voltan dihitung. Hasilnya adalah seperti berikut:

Dalam julat frekuensi 1M hingga 100M, bentuk gelombang tidak mempunyai penyimpangan ketara yang dapat dilihat.

Perubahan keuntungan adalah seperti berikut: 1M-1.02, 10M-1.02, 35M-1.06, 50M-1.06, 70M-1.04, 100M-0.79.

Dapat dilihat bahawa frekuensi pemotongan gelung tertutup 3 dB isyarat besar op amp ini adalah lebih kurang 100 MHz. Hasil ini pada dasarnya sesuai dengan keluk respons frekuensi isyarat besar yang diberikan dalam manual AD8048.

Langkah 2:

Pada langkah kedua eksperimen, dua diod SD101A ditambahkan. Amplitud isyarat input kekal di sekitar puncak 1V sambil mengukur input dan output. Setelah memerhatikan bentuk gelombang output, fungsi pengukuran osiloskop juga digunakan untuk mengukur nilai efektif sinyal input dan rata-rata jangka masa isyarat output, dan menghitung nisbahnya. Hasilnya adalah seperti berikut (data adalah frekuensi, output output mV, input rms mV, dan nisbahnya: output output / input rms):

100kHz, 306, 673, 0.45

1MHz, 305, 686, 0.44

5MHz, 301, 679, 0.44

10MHz, 285, 682, 0.42

20MHz, 253, 694, 0.36

30MHz, 221, 692, 0.32

50MHz, 159, 690, 0.23

80MHz, 123, 702, 0.18

100MHz, 80, 710, 0.11

Ini dapat dilihat bahawa rangkaian dapat mencapai pembetulan yang baik pada frekuensi rendah, tetapi ketika frekuensi meningkat, ketepatan pembetulan secara beransur-ansur menurun. Sekiranya output berdasarkan 100 kHz, output akan turun sebanyak 3 dB pada kira-kira 30 MHz.

Lebar lebar penyatuan isyarat besar op amp AD8048 ialah 160MHz. Keuntungan kebisingan litar ini adalah 2, jadi lebar jalur gelung tertutup sekitar 80MHz (dijelaskan sebelumnya, hasil eksperimen sebenarnya sedikit lebih besar daripada 100MHz). Purata output output yang diperbaiki turun sebanyak 3 dB, iaitu sekitar 30 MHz, kurang dari satu pertiga dari lebar jalur gelung tertutup litar yang diuji. Dengan kata lain, jika kita ingin membuat litar penyearah ketepatan dengan kerataan kurang dari 3dB, lebar jalur gelung tertutup litar harus sekurang-kurangnya tiga kali lebih tinggi daripada frekuensi tertinggi isyarat.

Berikut adalah bentuk gelombang ujian. Bentuk gelombang kuning adalah bentuk gelombang terminal input vi, dan bentuk gelombang biru adalah bentuk gelombang terminal output vo.

Langkah 3:

Apabila frekuensi meningkat, tempoh isyarat menjadi lebih kecil dan lebih kecil, dan jurang menyumbang peningkatan bahagian.

Langkah 4:

Memerhatikan output bentuk op amp pada masa ini (perhatikan bahawa ia bukan vo) bentuk gelombang, dapat didapati bahawa bentuk gelombang keluaran op amp mempunyai distorsi yang teruk sebelum dan selepas output sifar melintasi. Berikut adalah bentuk gelombang pada output op amp pada 1MHz dan 10MHz.

Langkah 5:

Bentuk gelombang sebelumnya dapat dibandingkan dengan distorsi crossover dalam litar output push-pull. Penjelasan intuitif diberikan di bawah:

Apabila voltan keluaran tinggi, diod dihidupkan sepenuhnya, pada ketika itu ia mempunyai penurunan voltan tiub yang tetap, dan output op amp selalu satu diod lebih tinggi daripada voltan keluaran. Pada ketika ini, op amp berfungsi dalam keadaan penguatan linear, jadi bentuk gelombang output adalah gelombang tajuk yang baik.

Pada masa ini isyarat output melintasi sifar, salah satu dari dua diod mula berlalu dari pengaliran ke pemotongan, sementara peralihan yang lain dari mati ke hidup. Semasa peralihan ini, impedans diod sangat besar dan dapat didekati sebagai litar terbuka, jadi op amp pada masa ini tidak berfungsi dalam keadaan linear, tetapi dekat dengan gelung terbuka. Di bawah voltan input, op amp akan mengubah voltan output pada kadar maksimum yang mungkin untuk membawa diod ke konduksi. Walau bagaimanapun, kadar operasi op amp adalah terhad, dan mustahil untuk menaikkan voltan keluaran untuk menjadikan diod menyala dalam sekelip mata. Di samping itu, diod mempunyai masa peralihan dari terus ke luar atau dari mati ke seterusnya. Oleh itu, terdapat jurang voltan keluaran. Dari bentuk gelombang keluaran op amp di atas, dapat dilihat bagaimana operasi penyeberangan sifar output "bergelut" dalam usaha mengubah voltan keluaran. Beberapa bahan, termasuk buku teks, mengatakan bahawa kerana maklum balas negatif yang mendalam dari op amp, ketidaklinieran diod dikurangkan menjadi 1 / AF yang asal. Walau bagaimanapun, sebenarnya, berhampiran persilangan sifar output, kerana op amp dekat dengan gelung terbuka, semua formula untuk maklum balas negatif op amp tidak sah, dan ketidaklinieran dioda tidak dapat dianalisis oleh prinsip maklum balas negatif.

Sekiranya frekuensi isyarat meningkat lebih jauh, bukan sahaja masalah kadar laju, tetapi tindak balas frekuensi op amp itu sendiri juga menurun, sehingga bentuk gelombang output menjadi agak buruk. Rajah di bawah menunjukkan bentuk gelombang output pada frekuensi isyarat 50MHz.

Langkah 6:

Eksperimen sebelumnya dibuat berdasarkan op amp AD8048 dan diod SD101. Sebagai perbandingan, saya melakukan percubaan untuk mengganti peranti.

Hasilnya adalah seperti berikut:

1. Ganti op amp dengan AD8047. Lebar jalur isyarat op amp (130MHz) sedikit lebih rendah daripada AD8048 (160MHz), kadar slew juga lebih rendah (750V / us, 8048 adalah 1000V / us), dan keuntungan gelung terbuka kira-kira 1300, yang juga lebih rendah daripada tahun 8048 tahun 2400..

Hasil eksperimen (frekuensi, purata output, input rms, dan nisbah keduanya) adalah seperti berikut:

1M, 320, 711, 0.45

10M, 280, 722, 0.39

20M, 210, 712, 0.29

30M, 152, 715, 0.21

Dapat dilihat bahawa pelemahan 3dBnya kurang dari sedikit pada 20MHz. Lebar jalur gelung tertutup litar ini sekitar 65MHz, jadi penurunan purata output 3dB juga kurang dari satu pertiga dari lebar jalur gelung tertutup litar.

2. Ganti SD101 dengan 2AP9, 1N4148, dan lain-lain, tetapi hasil akhir adalah serupa, tidak ada perbezaan yang besar, jadi saya tidak akan mengulanginya di sini.

Terdapat juga litar yang membuka D2 di litar seperti gambar di bawah.

Langkah 7:

Perbezaan penting antara ia dan litar menggunakan dua dioda (selepas ini disebut sebagai litar tiub berkembar) adalah bahawa dalam litar tiub berkembar, penguat operasi hanya berada dalam keadaan gelung terbuka yang hampir dengan persilangan sifar isyarat, dan litar ini (selepas ini disebut sebagai litar tiub tunggal) Operasi di tengah berada dalam keadaan gelung terbuka sepenuhnya selama separuh daripada tempoh isyarat. Oleh itu, nonlinierinya pasti jauh lebih serius daripada litar tiub berkembar.

Berikut adalah bentuk gelombang keluaran litar ini:

100kHz, sama dengan litar tiub dua, juga mempunyai jurang ketika diod dihidupkan. Harus ada beberapa lebam di tempat asal. Isyarat input dihantar secara langsung melalui dua perintang 200 ohm. Ia dapat dielakkan dengan sedikit memperbaiki litar. Ini tidak ada kaitan dengan masalah yang akan kita bincangkan di bawah. Ia adalah 1MHz.

Langkah 8:

Bentuk gelombang ini jelas berbeza dengan litar tiub dua. Litar tiub dua mempunyai kelewatan sekitar 40 ns pada frekuensi ini, dan kelewatan litar tiub tunggal ini adalah 80 ns, dan ada deringan. Sebabnya ialah bahawa op amp adalah gelung terbuka sepenuhnya sebelum dioda dihidupkan, dan outputnya hampir dengan voltan bekalan negatif, jadi beberapa transistor dalamannya mesti berada dalam keadaan tepu dalam atau keadaan dalam. Apabila input melintasi sifar, transistor yang berada dalam keadaan "tidur nyenyak" pertama kali "bangun", dan kemudian voltan keluaran dinaikkan ke diod pada kadar slew.

Pada frekuensi yang lebih rendah, kadar kenaikan isyarat input tidak tinggi, jadi kesan proses ini tidak ditunjukkan (seperti halnya 100k di atas), dan setelah frekuensi tinggi, kadar isyarat pada input besar, dengan itu "bangun" transistor. Voltan atau arus pengujaan akan meningkat, yang menyebabkan berdering.

Langkah 9:

5MHz. Pada dasarnya tidak ada pembetulan pada frekuensi ini.

Langkah 10: Kesimpulannya

Berdasarkan eksperimen di atas, kesimpulan berikut dapat diambil:

1. Apabila frekuensi sangat rendah, ketidaklinieran diod dihapuskan oleh maklum balas negatif kedalaman op amp, dan litar apa pun boleh mendapat kesan pembetulan yang baik.

2. jika anda ingin mencapai pembetulan ketepatan frekuensi yang lebih tinggi, litar tiub tunggal tidak boleh diterima.

3. walaupun dengan litar tiub dua, kadar putaran dan lebar jalur op amp akan mempengaruhi ketepatan pembetulan pada frekuensi yang lebih tinggi. Eksperimen ini menghasilkan hubungan empirikal dalam keadaan tertentu: jika rata keluaran diperlukan 3 dB, lebar jalur gelung tertutup litar (bukan GBW op amp) sekurang-kurangnya tiga kali lebih besar daripada isyarat tertinggi kekerapan. Oleh kerana lebar jalur gelung tertutup litar selalu kurang dari atau sama dengan GBW op amp, pembetulan ketepatan isyarat frekuensi tinggi memerlukan op amp GBW yang sangat tinggi.

Ini juga merupakan syarat untuk keluasan 3 dB. Sekiranya kerataan output yang lebih tinggi diperlukan dalam jalur isyarat input, tindak balas frekuensi op amp akan lebih tinggi.

Hasil di atas hanya diperoleh dalam keadaan khusus eksperimen ini, dan kadar operasi op amp tidak dipertimbangkan, dan kadar slew jelas merupakan faktor yang sangat penting di sini. Oleh itu, sama ada hubungan ini berlaku dalam keadaan lain, penulis tidak berani menilai. Cara mempertimbangkan kadar slew juga merupakan soalan seterusnya yang akan dibincangkan.

Walau bagaimanapun, dalam litar pembetulan ketepatan, lebar jalur op amp harus jauh lebih besar daripada frekuensi tertinggi isyarat.