یک آزمایش تصحیح دقیق: 11 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

من اخیراً آزمایشی بر روی یک مدار اصلاح دقیق انجام داده ام و به نتایج بدی رسیده ام. با توجه به اینکه مدار اصلاح کننده دقیق یک مدار معمول است ، نتایج این آزمایش می تواند برخی اطلاعات مرجع را ارائه دهد.

مدار آزمایشی به شرح زیر است. تقویت کننده عملیاتی AD8048 است ، پارامترهای اصلی عبارتند از: پهنای باند سیگنال بزرگ 160 مگاهرتز ، نرخ تلفات 1000V / us. دیود یک دیود SD101 ، Schottky با زمان بازیابی معکوس 1ns است. تمام مقادیر مقاومت با مراجعه به برگه اطلاعات AD8048 تعیین می شود.

مرحله 1:

اولین مرحله آزمایش: اتصال D2 در مدار فوق ، اتصال کوتاه D1 و تشخیص فرکانس سیگنال بزرگ تقویت کننده عملیاتی خود را تشخیص دهید. پیک سیگنال ورودی در حدود 1 ولت نگه داشته می شود ، فرکانس از 1 مگاهرتز به 100 مگاهرتز تغییر می یابد ، دامنه های ورودی و خروجی با یک اسیلوسکوپ اندازه گیری می شود و افزایش ولتاژ محاسبه می شود. نتایج به شرح زیر است:

در محدوده فرکانسی 1M تا 100M ، شکل موج هیچ اعوجاج قابل مشاهده قابل مشاهده ای ندارد.

تغییرات افزایش به شرح زیر است: 1M-1.02 ، 10M-1.02 ، 35M-1.06 ، 50M-1.06 ، 70M-1.04 ، 100M-0.79.

مشاهده می شود که فرکانس قطع سیگنال بزرگ حلقه بسته 3 دسی بل این آمپر تقریباً بیش از 100 مگاهرتز است. این نتیجه اساساً مطابق با منحنی پاسخ فرکانس سیگنال بزرگ است که در دفترچه راهنمای AD8048 ارائه شده است.

گام 2:

در مرحله دوم آزمایش ، دو دیود SD101A اضافه شد. دامنه سیگنال ورودی در حین اندازه گیری ورودی و خروجی در حدود 1 ولت باقی می ماند. پس از مشاهده شکل موج خروجی ، از تابع اندازه گیری اسیلوسکوپ برای اندازه گیری مقدار موثر سیگنال ورودی و میانگین دوره ای سیگنال خروجی و محاسبه نسبت آنها استفاده می شود. نتایج به شرح زیر است (داده ها فرکانس ، میانگین خروجی mV ، ورودی rms mV و نسبت آنها: میانگین خروجی / rms ورودی):

100 کیلوهرتز ، 306 ، 673 ، 0.45

1 مگاهرتز ، 305 ، 686 ، 0.44

5 مگاهرتز ، 301 ، 679 ، 0.44

10 مگاهرتز ، 285 ، 682 ، 0.42

20 مگاهرتز ، 253 ، 694 ، 0.36

30 مگاهرتز ، 221 ، 692 ، 0.32

50 مگاهرتز ، 159 ، 690 ، 0.23

80 مگاهرتز ، 123 ، 702 ، 0.18

100 مگاهرتز ، 80 ، 710 ، 0.11

ملاحظه می شود که مدار می تواند در فرکانس های پایین به اصلاح خوبی برسد ، اما با افزایش فرکانس ، دقت اصلاح به تدریج کاهش می یابد. اگر خروجی بر اساس 100 کیلوهرتز باشد ، خروجی 3 دسی بل در حدود 30 مگاهرتز کاهش یافته است.

پهنای باند افزایش سیگنال بزرگ آمپر AD8048 160 مگاهرتز است. افزایش نویز این مدار 2 است ، بنابراین پهنای باند حلقه بسته حدود 80 مگاهرتز است (قبلاً توضیح داده شد ، نتیجه آزمایش واقعی کمی بزرگتر از 100 مگاهرتز است). متوسط خروجی خروجی تصحیح شده 3 دسی بل کاهش می یابد که تقریباً 30 مگاهرتز است ، یعنی کمتر از یک سوم پهنای باند حلقه بسته مدار مورد آزمایش. به عبارت دیگر ، اگر بخواهیم یک مدار اصلاح کننده دقیق با مسطح کمتر از 3dB ایجاد کنیم ، پهنای باند حلقه بسته مدار باید حداقل سه برابر بیشترین فرکانس سیگنال باشد.

در زیر شکل موج آزمایش است. شکل موج زرد شکل موج پایانه ورودی vi و شکل موج آبی شکل موج پایانه خروجی vo است.

مرحله 3:

با افزایش فرکانس ، دوره سیگنال کوچکتر و کوچکتر می شود و شکاف نسبت افزایشی را تشکیل می دهد.

مرحله 4:

با مشاهده خروجی آمپر am در این زمان (توجه داشته باشید که vo نیست) شکل موج ، می توان دریافت که شکل موج خروجی آمپر دارای اعوجاج شدید قبل و بعد از عبور صفر خروجی است. در زیر شکل موج در خروجی آمپر آمپر در 1 مگاهرتز و 10 مگاهرتز آمده است.

مرحله 5:

شکل موج قبلی را می توان با اعوجاج متقاطع در مدار خروجی push-pull مقایسه کرد. توضیحات بصری در زیر ارائه شده است:

هنگامی که ولتاژ خروجی زیاد است ، دیود به طور کامل روشن می شود ، در آن زمان افت ولتاژ لوله به طور قابل توجهی ثابت است و خروجی آمپر آمپر همیشه یک دیود بیشتر از ولتاژ خروجی است. در این مرحله ، تقویت کننده op در حالت تقویت خطی کار می کند ، بنابراین شکل موج خروجی یک موج هدر خوب است.

در لحظه ای که سیگنال خروجی از صفر عبور می کند ، یکی از دو دیود شروع به انتقال از رسانایی به قطع می کند ، در حالی که بقیه از خاموش به روشن منتقل می شوند. در طول این انتقال ، امپدانس دیود بسیار زیاد است و می تواند به عنوان یک مدار باز تقریبی باشد ، بنابراین آمپر آمپر در این زمان در حالت خطی کار نمی کند ، اما نزدیک به حلقه باز است. تحت ولتاژ ورودی ، am amp ولتاژ خروجی را با حداکثر سرعت ممکن تغییر می دهد تا دیود را به هدایت برساند. با این حال ، نرخ خرابی آمپر محدود است و افزایش ولتاژ خروجی برای روشن شدن دیود در یک لحظه غیرممکن است. علاوه بر این ، دیود دارای زمان انتقال از روشن به خاموش یا خاموش به روشن است. بنابراین در ولتاژ خروجی شکاف وجود دارد. از شکل موج خروجی آمپر آمپر بالا ، می توان دریافت که چگونه عملیات عبور صفر خروجی در تلاش برای تغییر ولتاژ خروجی "تلاش" می کند. برخی از مواد ، از جمله کتاب های درسی ، می گویند که به دلیل بازخورد منفی عمیق op ، غیر خطی بودن دیود به 1/AF اصلی کاهش می یابد. با این حال ، در واقع ، در نزدیکی صفر سیگنال خروجی ، از آنجا که آمپر آمپر نزدیک به حلقه باز است ، همه فرمولهای بازخورد منفی آمپر آمپر نامعتبر است و غیر خطی بودن دیود را نمی توان با اصل بازخورد منفی

اگر فرکانس سیگنال بیشتر افزایش یابد ، نه تنها مشکل نرخ ضرب ، بلکه پاسخ فرکانس خود آمپر نیز کاهش می یابد ، بنابراین شکل موج خروجی کاملاً بد می شود. شکل زیر شکل موج خروجی را در فرکانس سیگنال 50 مگاهرتز نشان می دهد.

مرحله 6:

آزمایش قبلی بر اساس op amp AD8048 و دیود SD101 بود. برای مقایسه ، من یک آزمایش برای جایگزینی دستگاه انجام دادم.

نتایج به شرح زیر است:

1. آمپر op را با AD8047 جایگزین کنید. پهنای باند سیگنال بزرگ آمپر (130 مگاهرتز) کمی کمتر از AD8048 (160 مگاهرتز) ، نرخ حرکت نیز کمتر است (750 ولت/ما ، 8048 1000 ولت/ما) ، و افزایش حلقه باز حدود 1300 است که همچنین پایین تر از 2400 8048.

نتایج تجربی (فرکانس ، میانگین خروجی ، rms ورودی و نسبت این دو) به شرح زیر است:

1M ، 320 ، 711 ، 0.45

10M ، 280 ، 722 ، 0.39

20M ، 210 ، 712 ، 0.29

30M ، 152 ، 715 ، 0.21

مشاهده می شود که تضعیف 3dB آن کمتر از کمی در 20 مگاهرتز است. پهنای باند حلقه بسته این مدار حدود 65 مگاهرتز است ، بنابراین افت متوسط خروجی 3dB نیز کمتر از یک سوم پهنای باند حلقه بسته مدار است.

2. SD101 را با 2AP9 ، 1N4148 و غیره جایگزین کنید ، اما نتایج نهایی مشابه هستند ، تفاوت اساسی وجود ندارد ، بنابراین آنها را در اینجا تکرار نمی کنم.

همچنین یک مدار وجود دارد که D2 را در مدار باز می کند مطابق شکل زیر.

مرحله 7:

تفاوت مهم بین آن و مدار با استفاده از دو دیود (که از این پس به عنوان مدار دو لوله نامیده می شود) این است که در مدار دو لوله ، تقویت کننده عملیاتی فقط در حالت تقریباً حلقه باز در نزدیکی صفر عبور سیگنال است. ، و این مدار (که از این پس به آن مدار تک لوله ای گفته می شود) عملیات در وسط برای نیمی از دوره سیگنال در حالت حلقه کاملاً باز است. بنابراین قطعاً غیر خطی بودن آن بسیار جدی تر از مدار دو لوله است.

شکل موج خروجی این مدار در زیر آمده است:

100 کیلوهرتز ، مشابه مدار دو لوله ای ، هنگام روشن شدن دیود نیز دارای شکاف است. در محل اصلی باید برخی برآمدگی ها وجود داشته باشد. سیگنال ورودی به طور مستقیم از طریق دو مقاومت 200 اهم منتقل می شود. با کمی بهبود مدار می توان از آن جلوگیری کرد. ربطی به مشکلاتی ندارد که در ادامه به آنها می پردازیم. 1 مگاهرتز است.

مرحله 8:

این شکل موج به وضوح با مدار لوله دوگانه متفاوت است. مدار دو لوله در این فرکانس حدود 40 نانوس تأخیر دارد و تأخیر این مدار تک لوله ای 80 نانوس است و زنگ وجود دارد. دلیل آن این است که قبل از روشن شدن دیود ، تقویت کننده op به طور کامل حلقه باز است و خروجی آن نزدیک به ولتاژ منفی منبع تغذیه است ، بنابراین برخی از ترانزیستورهای داخلی آن باید در حالت اشباع عمیق یا عمیق باشند. هنگامی که ورودی از صفر عبور می کند ، ترانزیستورهایی که در حالت "خواب عمیق" قرار دارند ابتدا "بیدار" می شوند و سپس ولتاژ خروجی با سرعت حرکت به دیود افزایش می یابد.

در فرکانسهای پایین ، میزان افزایش سیگنال ورودی زیاد نیست ، بنابراین تأثیرات این فرایندها نشان داده نمی شود (مانند 100k در بالا) ، و پس از زیاد شدن فرکانس ، نرخ سیگنال در ورودی زیاد است ، بدین ترتیب ترانزیستور "بیدار" می شود. ولتاژ یا جریان تحریک افزایش می یابد ، که باعث زنگ زدن می شود.

مرحله 9:

5 مگاهرتز اساساً تصحیح در این فرکانس وجود ندارد.

مرحله 10: نتیجه گیری

بر اساس آزمایشات فوق ، نتایج زیر را می توان نتیجه گرفت:

1. هنگامی که فرکانس بسیار کم است ، غیر خطی بودن دیود با بازخورد منفی عمق op حذف می شود و هر مداری می تواند یک اثر تصحیح خوب را بدست آورد.

2. اگر می خواهید به اصلاح با فرکانس بالاتر برسید ، مدار تک لوله ای قابل قبول نیست.

3. حتی با وجود مدارهای دو لوله ای ، میزان ضربات و پهنای باند تقویت کننده عملکرد دقت اصلاح در فرکانس های بالاتر را تحت تأثیر قرار می دهد. این آزمایش در شرایط خاص رابطه تجربی به دست می آورد: اگر صاف بودن خروجی 3 دسی بل باشد ، پهنای باند حلقه بسته مدار (نه GBW آمپر آمپر) حداقل سه برابر بیشترین سیگنال است. فرکانس. از آنجا که پهنای باند حلقه بسته مدار همیشه کمتر یا برابر GBW آمپر است ، تصحیح دقیق سیگنال فرکانس بالا نیاز به آمپر GBW بسیار بالا دارد.

این همچنین برای صاف بودن خروجی 3 دسی بل لازم است. اگر صافی خروجی بیشتر در باند سیگنال ورودی مورد نیاز باشد ، پاسخ فرکانسی آمپر am بیشتر خواهد بود.

نتایج فوق فقط در شرایط خاص این آزمایش بدست آمد و نرخ کاهشی آمپر تقویت کننده مورد توجه قرار نگرفت و بدیهی است که نرخ کوب در اینجا فاکتور بسیار مهمی است. بنابراین ، آیا این رابطه در شرایط دیگر قابل استفاده است یا خیر ، نویسنده جرات قضاوت ندارد. نحوه در نظر گرفتن نرخ کاهشی نیز سوال بعدی است که باید مورد بحث قرار گیرد.

با این حال ، در مدار اصلاح دقیق ، پهنای باند op amp باید بسیار بیشتر از بالاترین فرکانس سیگنال باشد.