Täpse parandamise katse: 11 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Hiljuti tegin katse täppisalaldusskeemil ja sain mõned jämedad järeldused. Arvestades, et täppisalaldi ahel on tavaline vooluahel, võivad selle katse tulemused anda teatavat võrdlusinformatsiooni.

Katseahel on järgmine. Operatsioonivõimendi on AD8048, peamised parameetrid on: suur signaali ribalaius 160MHz, pöördekiirus 1000V / us. Diood on SD101, Schottky diood, vastupidine taastumisaeg 1ns. Kõik takistite väärtused määratakse viitega AD8048 andmelehele.

Samm 1:

Katse esimene samm: ühendage ülaltoodud vooluahelas lahti D2, lühis D1 ja tuvastage operatsioonivõimendi enda suur signaalivastus. Sisendsignaali tipp hoitakse umbes 1 V juures, sagedus muudetakse 1 MHz -lt 100 MHz -le, ostsilloskoobiga mõõdetakse sisend- ja väljundamplituudid ning arvutatakse pingetõus. Tulemused on järgmised:

Sagedusvahemikus 1M kuni 100M ei ole lainekujul märkimisväärset moonutust.

Võimenduse muutused on järgmised: 1M-1,02, 10M-1,02, 35M-1,06, 50M-1,06, 70M-1,04, 100M-0,79.

On näha, et selle op-võimendi suure signaali suletud ahela 3 dB katkestussagedus on umbes veidi üle 100 MHz. See tulemus on põhimõtteliselt kooskõlas AD8048 käsiraamatus esitatud suure signaali sagedusreaktsiooni kõveraga.

2. samm:

Katse teises etapis lisati kaks dioodi SD101A. Sisendsignaali amplituud jääb sisendi ja väljundi mõõtmise ajal umbes 1 V tippu. Pärast väljundlainekuju jälgimist kasutatakse ostsilloskoobi mõõtmisfunktsiooni ka sisendsignaali efektiivväärtuse ja väljundsignaali perioodi keskmise mõõtmiseks ning nende suhte arvutamiseks. Tulemused on järgmised (andmed on sagedus, väljundi keskmine mV, sisendi efektiivväärtus mV ja nende suhe: väljundi keskmine / sisendi efektiivväärtus):

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

On näha, et vooluahel võib madalatel sagedustel saavutada hea alalduse, kuid sageduse kasvades alaldamise täpsus väheneb järk -järgult. Kui väljund põhineb 100 kHz -l, on väljund umbes 30 MHz juures langenud 3 dB võrra.

AD8048 op-võimendi suure signaali ühtsuse võimenduse ribalaius on 160 MHz. Selle vooluahela müratõus on 2, seega on suletud ahela ribalaius umbes 80 MHz (varem kirjeldatud, tegelik katsetulemus on veidi suurem kui 100 MHz). Alaldatud väljundi keskmine väljund langeb 3 dB võrra, mis on ligikaudu 30 MHz, mis on vähem kui kolmandik testitava vooluahela suletud ahela ribalaiusest. Teisisõnu, kui tahame teha täppisalaldi ahela, mille tasasus on väiksem kui 3dB, peaks ahela suletud ahela ribalaius olema vähemalt kolm korda suurem kui signaali kõrgeim sagedus.

Allpool on katse lainekuju. Kollane lainekuju on sisendklemmi vi lainekuju ja sinine lainekuju väljundklemmi vo.

3. samm:

Sageduse kasvades muutub signaaliperiood üha väiksemaks ja vahe moodustab üha suurema osa.

4. samm:

Jälgides sel ajal op -võimendi väljundit (pange tähele, et see pole vo), võib leida, et op -võimendi väljundlainekuju on enne ja pärast väljundi nullpunkti ületamist tõsiste moonutustega. Allpool on lainekujud op -võimendi väljundis sagedustel 1MHz ja 10MHz.

5. samm:

Eelmist lainekuju saab võrrelda tõuke-tõmbe väljundahela ristsuunalise moonutusega. Allpool on esitatud intuitiivne selgitus:

Kui väljundpinge on kõrge, lülitatakse diood täielikult sisse, sel hetkel on sellel oluliselt fikseeritud toru pingelangus ja op -võimendi väljund on alati üks diood kõrgem kui väljundpinge. Sel hetkel töötab op -võimendi lineaarses võimenduses, seega on väljundlainekuju hea päislaine.

Hetkel, mil väljundsignaal ületab nulli, hakkab üks kahest dioodist juhtivuselt katkestusele üle minema, teine aga lülitub väljalülitatud olekust sisse. Selle ülemineku ajal on dioodi takistus äärmiselt suur ja seda saab ligikaudselt hinnata avatud vooluahelana, nii et op -võimendi ei tööta sel ajal lineaarses olekus, vaid avatud ahela lähedal. Sisendpinge all muudab op -võimendi väljundpinget maksimaalse võimaliku kiirusega, et viia diood juhtima. Kuid op -võimendi pöördekiirus on piiratud ja väljundpinget on võimatu tõsta, et diood hetkega sisse lülitada. Lisaks on dioodil üleminekuaeg sisse -välja või väljalülitamisest sisse. Seega on väljundpinges tühimik. Ülaltoodud op-võimendi väljundi lainekuju järgi on näha, kuidas väljundi nullpunkti töö "hädas" üritab muuta väljundpinget. Mõned materjalid, sealhulgas õpikud, ütlevad, et op -võimendi sügava negatiivse tagasiside tõttu vähendatakse dioodi mittelineaarsust algsele 1/AF -le. Kuid tegelikult on väljundsignaali nullpunkti lähedal, kuna op -võimendi on avatud ahela lähedal, kõik op -võimendi negatiivse tagasiside valemid kehtetud ja dioodi mittelineaarsust ei saa analüüsida negatiivse tagasiside põhimõte.

Kui signaali sagedust veelgi suurendada, pole mitte ainult pöördekiiruse probleem, vaid ka op -võimendi enda sagedusreaktsioon halvenenud, mistõttu väljundlaine muutub üsna halvaks. Alloleval joonisel on näidatud väljundlainekuju signaali sagedusel 50 MHz.

6. samm:

Eelmine katse põhines op -võimendil AD8048 ja dioodil SD101. Võrdluseks tegin seadme vahetamiseks katse.

Tulemused on järgmised:

1. Asendage võimendi AD8047 vastu. Operaatori võimendi suur signaali ribalaius (130 MHz) on pisut madalam kui AD8048 (160 MHz), pöördekiirus on samuti madalam (750 V/meie, 8048 on 1000 V/USA) ja avatud ahela võimendus on umbes 1300, mis on samuti madalam kui 8048's 2400..

Katsetulemused (sagedus, väljundi keskmine, sisendvõimsus ja nende kahe suhe) on järgmised:

1M, 320, 711, 0,45

10M, 280, 722, 0,39

20M, 210, 712, 0,29

30M, 152, 715, 0,21

On näha, et selle 3dB sumbumine on sagedusel 20 MHz väiksem kui pisut. Selle vooluahela suletud ahela ribalaius on umbes 65 MHz, seega on ka väljundi keskmine 3dB langus väiksem kui üks kolmandik vooluahela suletud ahela ribalaiusest.

2. Asenda SD101 2AP9, 1N4148 jne vastu, kuid lõpptulemused on sarnased, olulist erinevust pole, seega ei hakka ma neid siin kordama.

Samuti on ahel, mis avab vooluringis D2, nagu allpool näidatud.

7. samm:

Oluline erinevus selle ja kahte dioodi kasutava vooluahela (edaspidi kahekordse vooluahela) vahel on see, et kahetorusiseses vooluahelas on operatsioonivõimendi signaali nullpunkti lähedal vaid ligikaudu avatud ahelaga., ja see vooluahel (edaspidi ühe toruga ahel) Toiming keskel on pool avatud signaaliperioodist täiesti avatud ahelaga. Nii et selle mittelineaarsus on kindlasti palju tõsisem kui kahe toruga ahel.

Allpool on selle vooluahela väljundlainekuju:

100 kHz, sarnaselt kahe toruga ahelale, on ka dioodi sisselülitamisel tühimik. Algses kohas peaks olema mõningaid muhke. Sisendsignaal edastatakse otse kahe 200 oomi takisti kaudu. Seda saab vältida, parandades vooluringi veidi. Sellel pole midagi pistmist probleemidega, millest me allpool räägime. See on 1MHz.

8. samm:

See lainekuju erineb selgelt kahe toruga ahelast. Kahe toruga vooluahela viivitus on sellel sagedusel umbes 40 ns ja selle ühe toruga vooluahela viivitus on 80 ns ja helin kostab. Põhjus on selles, et op-võimendi on enne dioodi sisselülitamist täiesti avatud ahelaga ja selle väljund on negatiivse toitepinge lähedal, seega peavad mõned selle sisetransistorid olema sügavas küllastuses või sügavas väljalülitatud olekus. Kui sisend ületab nulli, siis "sügava une" olekus olevad transistorid kõigepealt "ärkavad" ja seejärel tõstetakse väljundpinge pöördekiirusel dioodile.

Madalamate sageduste korral ei ole sisendsignaali tõusukiirus kõrge, mistõttu nende protsesside mõju ei kuvata (nagu 100k eespool) ja pärast sageduse kõrgust on signaali kiirus sisendis suur, seega "äratades" transistori. Ergutuspinge või vool suureneb, mis põhjustab helisemist.

9. samm:

5MHz. Sellel sagedusel pole põhimõtteliselt parandusi.

10. samm: järeldus

Ülaltoodud katsete põhjal saab teha järgmised järeldused:

1. Kui sagedus on väga madal, kõrvaldatakse dioodi mittelineaarsus op -võimendi sügavuse negatiivse tagasiside abil ja iga ahel võib saada hea alaldusefekti.

2. kui soovite saavutada kõrgema sagedusega täpsust, ei ole ühe toruga ahel vastuvõetav.

3. isegi kahe toruga vooluahelate puhul mõjutavad op-võimendi pöördekiirus ja ribalaius tõsiselt paranduste täpsust kõrgematel sagedustel. See katse annab teatud tingimustel empiirilise seose: kui väljundi tasasus peab olema 3 dB, on vooluahela suletud ahela ribalaius (mitte võimendi GBW) vähemalt kolm korda suurem kui kõrgeim signaal sagedus. Kuna vooluahela suletud ahela ribalaius on alati väiksem või võrdne op-võimendi GBW-ga, nõuab kõrgsagedusliku signaali täpne parandamine väga suurt GBW op-võimendit.

See on ka nõue väljundi tasasusele 3 dB. Kui sisendsignaali ribas on vaja suuremat väljundi tasasust, on op -võimendi sagedusreaktsioon suurem.

Ülaltoodud tulemused saadi ainult selle katse eritingimustel ja op -võimendi pöördekiirust ei arvestatud ning pöördumiskiirus on siin ilmselgelt väga oluline tegur. Seega, kas see suhe on muudel tingimustel rakendatav, ei julge autor otsustada. Järgmine arutlusel olev küsimus on ka see, kuidas kaaluda pöördumiskiirust.

Täppisalaldusahelas peaks op -võimendi ribalaius siiski olema palju suurem kui signaali kõrgeim sagedus.