Një eksperiment i saktë i korrigjimit: 11 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:19

Kohët e fundit kam bërë një eksperiment në një qark korrigjimi të saktë dhe kam marrë disa përfundime të përafërta. Duke pasur parasysh se qarku i ndreqësit me saktësi është një qark i zakonshëm, rezultatet e këtij eksperimenti mund të japin disa informacione referimi.

Qarku eksperimental është si më poshtë. Përforcuesi operacional është AD8048, parametrat kryesorë janë: gjerësia e brezit të madh të sinjalit prej 160MHz, shkalla e goditjes prej 1000V / us. Dioda është një diodë SD101, Schottky me një kohë të kundërt të rimëkëmbjes prej 1ns. Të gjitha vlerat e rezistencës përcaktohen duke iu referuar fletës së të dhënave AD8048.

Hapi 1:

Hapi i parë i eksperimentit: shkëputeni D2 në qarkun e mësipërm, qarkun e shkurtër D1 dhe zbuloni përgjigjen e madhe të frekuencës së sinjalit të vetë amplifikatorit operacional. Kulmi i sinjalit të hyrjes mbahet në rreth 1V, frekuenca ndryshon nga 1MHz në 100MHz, amplituda e hyrjes dhe daljes maten me një osciloskop dhe llogaritet fitimi i tensionit. Rezultatet janë si më poshtë:

Në rangun e frekuencave nga 1M në 100M, forma e valës nuk ka shtrembërim të dukshëm të dukshëm.

Ndryshimet e fitimit janë si më poshtë: 1M-1.02, 10M-1.02, 35M-1.06, 50M-1.06, 70M-1.04, 100M-0.79.

Mund të shihet se frekuenca e ndërprerjes së sinjalit të madh me lak të mbyllur 3 dB të këtij amplifikatori op është rreth pak më shumë se 100 MHz. Ky rezultat në thelb është në përputhje me kurbën e madhe të përgjigjes së frekuencës së sinjalit të dhënë në manualin AD8048.

Hapi 2:

Në hapin e dytë të eksperimentit, u shtuan dy dioda SD101A. Amplituda e sinjalit hyrës mbetet në pikun 1V gjatë matjes së hyrjes dhe daljes. Pas vëzhgimit të formës valore të daljes, funksioni i matjes së oshiloskopit përdoret gjithashtu për të matur vlerën efektive të sinjalit hyrës dhe mesataren e periudhës së sinjalit dalës dhe për të llogaritur raportin e tyre. Rezultatet janë si më poshtë (të dhënat janë frekuenca, mesatarja e daljes mV, hyrja rms mV, dhe raporti i tyre: mesatarja e daljes / rms hyrëse):

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

Mund të shihet se qarku mund të arrijë korrigjim të mirë në frekuenca të ulëta, por me rritjen e frekuencës, saktësia e korrigjimit zvogëlohet gradualisht. Nëse dalja bazohet në 100 kHz, dalja ka rënë me 3 dB në afërsisht 30 MHz.

Gjerësia e brezit të fitimit të unitetit me sinjal të madh të amplifikatorit op8048 është 160MHz. Fitimi i zhurmës së këtij qarku është 2, kështu që gjerësia e brezit me qark të mbyllur është rreth 80MHz (e përshkruar më herët, rezultati aktual eksperimental është pak më i madh se 100MHz). Prodhimi mesatar i prodhimit të korrigjuar bie me 3 dB, që është afërsisht 30 MHz, më pak se një e treta e gjerësisë së brezit të qarkut të testuar. Me fjalë të tjera, nëse duam të bëjmë një qark ndreqës të saktë me një rrafshim më të vogël se 3dB, gjerësia e brezit me qark të mbyllur të qarkut duhet të jetë së paku tre herë më e lartë se frekuenca më e lartë e sinjalit.

Më poshtë është forma e valës së provës. Forma e valës së verdhë është forma e valës së terminalit hyrës vi, dhe forma e valës blu është forma e valës së terminalit dalës vo.

Hapi 3:

Ndërsa frekuenca rritet, periudha e sinjalit bëhet më e vogël dhe më e vogël, dhe hendeku përbën një proporcion në rritje.

Hapi 4:

Duke vëzhguar daljen e op amp -it në këtë kohë (vini re se nuk është vo) forma e valës, mund të zbulohet se forma e valës dalëse e amp amp ka shtrembërim të rëndë para dhe pas kalimit zero të daljes. Më poshtë janë format e valëve në daljen e op amp në 1MHz dhe 10MHz.

Hapi 5:

Forma e mëparshme e valës mund të krahasohet me shtrembërimin e kryqëzimit në qarkun dalës shtytës-tërheqës. Një shpjegim intuitiv jepet më poshtë:

Kur tensioni i daljes është i lartë, dioda është ndezur plotësisht, në atë pikë ajo ka një rënie të konsiderueshme të tensionit të tubit, dhe dalja e amplifikatorit op është gjithmonë një diodë më e lartë se tensioni i daljes. Në këtë pikë, amplifikatori op punon në një gjendje përforcimi linear, kështu që forma e daljes së valës është një valë e mirë e kokës.

Në momentin kur sinjali dalës kalon zero, njëra nga dy diodat fillon të kalojë nga përçueshmëria në ndërprerje, ndërsa tjetra kalon nga fikja në ndezje. Gjatë këtij kalimi, rezistenca e diodës është jashtëzakonisht e madhe dhe mund të përafrohet si një qark i hapur, kështu që op amp në këtë kohë nuk punon në një gjendje lineare, por afër lakut të hapur. Nën tensionin e hyrjes, amplifikatori op do të ndryshojë tensionin e daljes në shkallën maksimale të mundshme për të sjellë diodën në përçueshmëri. Sidoqoftë, shkalla e goditjes së amplifikatorit op është e kufizuar dhe është e pamundur të rritet tensioni i daljes për të bërë që dioda të ndizet në një çast. Përveç kësaj, dioda ka një kohë kalimi nga ndezja në fikje ose nga fikja në ndezje. Pra, ekziston një hendek në tensionin e daljes. Nga forma e valës së daljes së op amp të mësipërm, mund të shihet se si "lufton" funksionimi i kalimit zero të daljes në përpjekje për të ndryshuar tensionin e daljes. Disa materiale, përfshirë tekstet shkollore, thonë se për shkak të reagimeve të thella negative të amplifikatorit, jolineariteti i diodës zvogëlohet në 1/AF origjinale. Sidoqoftë, në fakt, pranë kalimit zero të sinjalit të daljes, pasi amplifikatori op është afër lakut të hapur, të gjitha formulat për reagimet negative të op amp janë të pavlefshme dhe jolineariteti i diodës nuk mund të analizohet nga parimi i reagimit negativ.

Nëse frekuenca e sinjalit rritet më tej, jo vetëm që problemi i shkallës së goditjes, por përgjigja e frekuencës së vetë amplifikatorit është gjithashtu e degraduar, kështu që forma e valës së daljes bëhet mjaft e keqe. Figura më poshtë tregon formën e valës dalëse në një frekuencë sinjali prej 50MHz.

Hapi 6:

Eksperimenti i mëparshëm u bazua në op amp AD8048 dhe diodën SD101. Për krahasim, bëra një eksperiment për të zëvendësuar pajisjen.

Rezultatet janë si më poshtë:

1. Zëvendësoni amplifikatorin op me AD8047. Gjerësia e madhe e sinjalit të op amp-it (130MHz) është pak më e ulët se AD8048 (160MHz), shkalla e goditjes është gjithashtu më e ulët (750V/us, 8048 është 1000V/us), dhe fitimi i lakut të hapur është rreth 1300, që është gjithashtu më e ulët se 2400 e 8048.

Rezultatet eksperimentale (frekuenca, mesatarja e prodhimit, rms hyrëse dhe raporti i të dyjave) janë si më poshtë:

1M, 320, 711, 0.45

10M, 280, 722, 0.39

20M, 210, 712, 0.29

30M, 152, 715, 0.21

Mund të shihet se dobësimi i tij 3dB është më pak se pak në 20MHz. Gjerësia e brezit të lakut të mbyllur të këtij qarku është rreth 65MHz, kështu që rënia mesatare e prodhimit prej 3dB është gjithashtu më pak se një e treta e gjerësisë së brezit me qark të mbyllur të qarkut.

2. Zëvendësoni SD101 me 2AP9, 1N4148, etj., Por rezultatet përfundimtare janë të ngjashme, nuk ka ndonjë ndryshim thelbësor, kështu që nuk do t'i përsëris këtu.

Ekziston gjithashtu një qark që hap D2 në qark siç tregohet më poshtë.

Hapi 7:

Dallimi i rëndësishëm midis tij dhe qarkut duke përdorur dy dioda (në vijim i referuar si qark me tub të dyfishtë) është se në qarkun me dy tuba, amplifikatori operacional është vetëm në një gjendje afërsisht të lakut të hapur pranë kalimit zero të sinjalit, dhe ky qark (në vijim i referuar si një qark me një tub) Operacioni në mes është në një gjendje lak plotësisht të hapur për gjysmën e periudhës së sinjalit. Pra, jolineariteti i tij është padyshim shumë më serioz sesa qarku me dy tuba.

Më poshtë është forma e valës dalëse e këtij qarku:

100kHz, e ngjashme me një qark me tub të dyfishtë, gjithashtu ka një hendek kur dioda është e ndezur. Duhet të ketë disa përplasje në vendin origjinal. Sinjali hyrës transmetohet drejtpërdrejt përmes dy rezistencave 200 ohm. Mund të shmanget duke përmirësuar pak qarkun. Nuk ka asnjë lidhje me problemet që do të diskutojmë më poshtë. 1shtë 1MHz.

Hapi 8:

Kjo formë vale është qartë e ndryshme nga qarku i tubit të dyfishtë. Qarku me dy tuba ka një vonesë prej rreth 40 ns në këtë frekuencë, dhe vonesa e këtij qarku me një tub është 80 ns, dhe ka zile. Arsyeja është se op amp është plotësisht i hapur para se dioda të ndizet, dhe dalja e saj është afër tensionit negativ të furnizimit, kështu që disa nga transistorët e tij të brendshëm duhet të jenë në gjendje të ngopjes së thellë ose të thellë. Kur hyrja kalon zero, transistorët që janë në gjendje "gjumë të thellë" së pari "zgjohen", dhe më pas tensioni i daljes ngrihet në diodë me shpejtësinë e prishjes.

Në frekuencat më të ulëta, shkalla e ngritjes së sinjalit hyrës nuk është e lartë, kështu që efektet e këtyre proceseve nuk tregohen (siç është rasti me 100k më lart), dhe pasi frekuenca të jetë e lartë, shkalla e sinjalit në hyrje është e madhe, duke "zgjuar" kështu tranzistorin. Tensioni ose rryma e ngacmimit do të rritet, gjë që shkakton zile.

Hapi 9:

5MHz. Në thelb nuk ka korrigjim në këtë frekuencë.

Hapi 10: Përfundimi

Bazuar në eksperimentet e mësipërme, mund të nxirren përfundimet e mëposhtme:

1. Kur frekuenca është shumë e ulët, jolineariteti i diodës eliminohet nga reagimet negative të thellësisë së op amp, dhe çdo qark mund të marrë një efekt të mirë korrigjimi.

2. nëse doni të arrini korrigjim të saktësisë me frekuencë më të lartë, qarku me një tub nuk është i pranueshëm.

3. edhe me qarqet me dy tuba, shpejtësia e goditjes dhe gjerësia e brezit të amplifikatorit op do të ndikojnë seriozisht në saktësinë e korrigjimit në frekuenca më të larta. Ky eksperiment jep një marrëdhënie empirike në kushte të caktuara: nëse rrafshësia e daljes kërkohet të jetë 3 dB, gjerësia e brezit të qarkut të mbyllur (jo GBW e amplifikatorit op) është të paktën tre herë më e madhe se sinjali më i lartë frekuenca. Meqenëse gjerësia e brezit me qark të mbyllur të qarkut është gjithmonë më e vogël ose e barabartë me GBW të amplifikatorit op, korrigjimi i saktë i sinjalit me frekuencë të lartë kërkon një amp amp GBW shumë të lartë.

Kjo është gjithashtu një kërkesë për një nivel të daljes prej 3 dB. Nëse kërkohet një nivel më i lartë i daljes në brezin e sinjalit hyrës, përgjigjja e frekuencës së amplifikatorit op do të jetë më e lartë.

Rezultatet e mësipërme u morën vetëm në kushtet specifike të këtij eksperimenti, dhe shkalla e goditjes së amplifikatorit op nuk u mor në konsideratë, dhe shkalla e humbjes është padyshim një faktor shumë i rëndësishëm këtu. Prandaj, nëse kjo marrëdhënie është e zbatueshme në kushte të tjera, autori nuk guxon të gjykojë. Si të merret parasysh shkalla e humbjes është gjithashtu pyetja tjetër që do të diskutohet.

Sidoqoftë, në qarkun e korrigjimit të saktë, gjerësia e brezit të amplifikatorit op duhet të jetë shumë më e madhe se frekuenca më e lartë e sinjalit.