Isang Eksperimento sa Pagwawasto ng Precision: 11 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:13

Kamakailan lamang ay nagawa ko ang isang eksperimento sa isang eksaktong pagtutuwid na circuit at nakakuha ng ilang magaspang na konklusyon. Isinasaalang-alang na ang tumpak na circuit ng tagatuwid ay isang pangkaraniwang circuit, ang mga resulta ng eksperimentong ito ay maaaring magbigay ng ilang impormasyon sa sanggunian.

Ang pang-eksperimentong circuit ay ang mga sumusunod. Ang pagpapatakbo amplifier ay AD8048, ang pangunahing mga parameter ay: malaking signal bandwidth ng 160MHz, pinatay ang rate ng 1000V / us. Ang diode ay isang SD101, Schottky diode na may pabalik na oras ng pagbawi ng 1ns. Ang lahat ng mga halaga ng risistor ay natutukoy sa pamamagitan ng pagtukoy sa sheet ng data ng AD8048.

Hakbang 1:

Ang unang hakbang ng eksperimento: idiskonekta ang D2 sa itaas na circuit, maikling circuit D1, at tuklasin ang malaking tugon ng dalas ng signal ng pagpapatakbo ng amplifier mismo. Ang tuktok ng input signal ay itinatago sa paligid ng 1V, ang dalas ay nabago mula sa 1MHz hanggang sa 100MHz, ang input at output amplitude ay sinusukat sa isang oscilloscope, at ang pagkita ng boltahe ay kinakalkula. Ang mga resulta ay ang mga sumusunod:

Sa saklaw ng dalas ng 1M hanggang 100M, ang waveform ay walang napapansin na makabuluhang pagbaluktot.

Ang mga pagbabago sa nakuha ay ang mga sumusunod: 1M-1.02, 10M-1.02, 35M-1.06, 50M-1.06, 70M-1.04, 100M-0.79.

Makikita na ang malaking signal closed-loop 3 dB cutoff frequency ng op amp na ito ay halos isang maliit na higit sa 100 MHz. Ang resulta na ito ay karaniwang naaayon sa malaking curve ng tugon ng dalas ng signal na ibinigay sa manu-manong AD8048.

Hakbang 2:

Sa pangalawang hakbang ng eksperimento, idinagdag ang dalawang diode SD101A. Ang amplitude ng signal signal ay mananatili sa paligid ng 1V rurok habang sinusukat ang input at output. Matapos obserbahan ang output waveform, ang oscilloscope's pagsukat function ay ginagamit din upang masukat ang mabisang halaga ng input signal at ang average na panahon ng output signal, at kalkulahin ang kanilang ratio. Ang mga resulta ay ang mga sumusunod (ang data ay dalas, output ibig sabihin mV, input rms mV, at ang kanilang ratio: average na 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

Maaari itong makita na ang circuit ay maaaring makamit ang mahusay na pagwawasto sa mababang mga frequency, ngunit sa pagtaas ng dalas, ang kawastuhan ng pagwawasto ay unti-unting bumababa. Kung ang output ay batay sa 100 kHz, ang output ay bumaba ng 3 dB sa humigit-kumulang na 30 MHz.

Ang malaking-signal na pagkakaisa na nakakuha ng bandwidth ng AD8048 op amp ay 160MHz. Ang ingay na nakuha ng circuit na ito ay 2, kaya ang closed-loop bandwidth ay halos 80MHz (na nailarawan nang mas maaga, ang aktwal na resulta ng pang-eksperimentong medyo mas malaki kaysa sa 100MHz). Ang average na output ng naitama output ay bumaba ng 3 dB, na humigit-kumulang na 30 MHz, mas mababa sa isang-katlo ng closed-loop bandwidth ng circuit sa ilalim ng pagsubok. Sa madaling salita, kung nais naming gumawa ng isang eksaktong pagwawasto circuit na may isang flatness mas mababa sa 3dB, ang closed-loop bandwidth ng circuit ay dapat na hindi bababa sa tatlong beses na mas mataas kaysa sa pinakamataas na dalas ng signal.

Nasa ibaba ang testform form. Ang dilaw na form ng alon ay ang waveform ng input terminal vi, at ang asul na waveform ay ang waveform ng output terminal vo.

Hakbang 3:

Habang tumataas ang dalas, ang panahon ng signal ay nagiging mas maliit at mas maliit, at ang puwang ay nagkakaroon ng pagtaas ng proporsyon.

Hakbang 4:

Ang pagmamasid sa output ng op amp sa oras na ito (tandaan na hindi ito vo) form ng alon, mahahanap na ang output waveform ng op amp ay may matinding pagbaluktot bago at pagkatapos ng output zero tawiran. Nasa ibaba ang mga waveform sa output ng op amp sa 1MHz at 10MHz.

Hakbang 5:

Ang nakaraang waveform ay maaaring ihambing sa crossover distortion sa push-pull output circuit. Ang isang madaling maunawaan na paliwanag ay ibinibigay sa ibaba:

Kapag ang boltahe ng output ay mataas, ang diode ay ganap na nakabukas, sa oras na ito ay may isang pulutong na naayos na drop ng boltahe ng tubo, at ang output ng op amp ay palaging isang diode na mas mataas kaysa sa output boltahe. Sa puntong ito, gumagana ang op amp sa isang linear na estado ng pagpapalaki, kaya ang output waveform ay isang mahusay na header wave.

Sa sandaling ang output signal ay tumatawid sa zero, isa sa dalawang diode ay nagsisimulang pumasa mula sa pagpapadaloy patungo sa cutoff, habang ang iba pang mga paglilipat mula sa off hanggang sa. Sa panahon ng paglipat na ito, ang impedance ng diode ay labis na malaki at maaaring matantya bilang isang bukas na circuit, kaya't ang op amp sa oras na ito ay hindi gumagana sa isang linear na estado, ngunit malapit sa bukas na loop. Sa ilalim ng boltahe ng pag-input, babaguhin ng op amp ang output boltahe sa maximum na posibleng rate upang dalhin ang diode sa pagpapadaloy. Gayunpaman, ang rate ng pagpatay ng op amp ay limitado, at imposibleng itaas ang boltahe ng output upang ma-on ang diode sa isang iglap. Bilang karagdagan, ang diode ay may oras ng paglipat mula sa hanggang sa off o mula sa hanggang sa. Kaya mayroong isang puwang sa boltahe ng output. Mula sa waveform ng output ng op amp sa itaas, makikita kung paano ang pagpapatakbo ng zero-tawiran ng output ay "nakikipaglaban" sa pagtatangka na baguhin ang output boltahe. Ang ilang mga materyales, kabilang ang mga aklat, ay nagsasabi na dahil sa malalim na negatibong feedback ng op amp, ang hindi linya ng diode ay nabawasan sa orihinal na 1 / AF. Gayunpaman, sa katunayan, malapit sa zero na tawiran ng signal ng output, dahil ang op amp ay malapit sa bukas na loop, ang lahat ng mga formula para sa negatibong feedback ng op amp ay hindi wasto, at ang hindi linya ng diode ay hindi maaaring suriin ng negatibong prinsipyo ng feedback.

Kung ang dalas ng signal ay karagdagang nadagdagan, hindi lamang ang problema sa rate ng pagpatay, ngunit ang tugon ng dalas ng op amp mismo ay napasama din, kaya't ang output waveform ay naging masama. Ipinapakita ng pigura sa ibaba ang output waveform sa isang dalas ng signal na 50MHz.

Hakbang 6:

Ang nakaraang eksperimento ay batay sa op amp AD8048 at diode SD101. Para sa paghahambing, gumawa ako ng isang eksperimento upang mapalitan ang aparato.

Ang mga resulta ay ang mga sumusunod:

1. Palitan ang op amp ng AD8047. Ang malaking signal bandwidth ng op amp (130MHz) ay bahagyang mas mababa kaysa sa AD8048 (160MHz), ang rate ng pagpatay ay mas mababa din (750V / us, 8048 ay 1000V / us), at ang nakuha ng open-loop ay tungkol sa 1300, na kung saan ay din mas mababa kaysa sa 8048's 2400..

Ang mga pang-eksperimentong resulta (dalas, average ng output, input rms, at ang ratio ng dalawa) ay ang mga sumusunod:

1M, 320, 711, 0.45

10M, 280, 722, 0.39

20M, 210, 712, 0.29

30M, 152, 715, 0.21

Makikita na ang pagpapalambing ng 3dB nito ay mas mababa sa kaunti sa 20MHz. Ang closed-loop bandwidth ng circuit na ito ay halos 65MHz, kaya ang average na drop ng output ng 3dB ay mas mababa din sa isang-katlo ng closed-loop bandwidth ng circuit.

2. Palitan ang SD101 ng 2AP9, 1N4148, atbp. Ngunit magkatulad ang panghuling resulta, walang malaking pagkakaiba, kaya hindi ko na uulitin ang mga ito dito.

Mayroon ding isang circuit na bubukas ang D2 sa circuit tulad ng ipinakita sa ibaba.

Hakbang 7:

Ang mahalagang pagkakaiba sa pagitan nito at ng circuit na gumagamit ng dalawang diode (pagkatapos na tinukoy bilang dobleng tubo circuit) ay na sa circuit ng dobleng tubo, ang pagpapatakbo ng amplifier ay nasa isang tinatayang estado na bukas na loop lamang malapit sa zero na tawiran ng signal, at ang circuit na ito (simula dito ay tinukoy bilang isang solong-tubo circuit) Ang operasyon sa gitna ay nasa isang ganap na bukas na estado ng loop para sa kalahati ng panahon ng signal. Kaya't ang pagiging di linya nito ay tiyak na mas seryoso kaysa sa dobleng tubo na circuit.

Nasa ibaba ang output waveform ng circuit na ito:

Ang 100kHz, katulad ng dalawahang tubo circuit, mayroon ding puwang kapag nakabukas ang diode. Dapat mayroong ilang mga paga sa orihinal na lugar. Ang input signal ay direktang naipadala sa pamamagitan ng dalawang 200 ohm resistors. Maaari itong maiwasan sa pamamagitan ng bahagyang pagpapabuti ng circuit. Wala itong kinalaman sa mga problemang tatalakayin natin sa ibaba. Ito ay 1MHz.

Hakbang 8:

Ang waveform na ito ay malinaw na naiiba mula sa dual tube circuit. Ang dual-tube circuit ay may pagkaantala ng halos 40 ns sa dalas na ito, at ang pagkaantala ng solong-tubo na circuit na ito ay 80 ns, at mayroong pag-ring. Ang dahilan dito ay ang op amp ay ganap na bukas-loop bago ang diode ay nakabukas, at ang output nito ay malapit sa negatibong boltahe ng suplay, kaya't ang ilan sa mga panloob na transistors ay dapat na nasa malalim na saturation o deep-off na estado. Kapag ang pag-input ay tumatawid sa zero, ang mga transistors na nasa "malalim na pagtulog" na estado ay unang "gisingin", at pagkatapos ang boltahe ng output ay itinaas sa diode sa rate ng pagpatay.

Sa mas mababang mga frequency, ang rate ng pagtaas ng signal ng pag-input ay hindi mataas, kaya't ang mga epekto ng mga proseso na ito ay hindi ipinakita (tulad ng kaso na may 100k sa itaas), at pagkatapos ng mataas na dalas, ang signal rate sa input ay malaki, sa gayon ay "paggising" ng transistor. Ang boltahe ng paggulo o kasalukuyang ay tataas, na nagiging sanhi ng pag-ring.

Hakbang 9:

5MHz Karaniwan walang pagwawasto sa dalas na ito.

Hakbang 10: Konklusyon

Batay sa mga eksperimento sa itaas, maaaring makuha ang mga sumusunod na konklusyon:

1. Kapag ang dalas ay napakababa, ang hindi linya ng diode ay tinanggal ng negatibong puna ng lalim ng op amp, at ang anumang circuit ay maaaring makakuha ng isang mahusay na epekto ng pagwawasto.

2. kung nais mong makamit ang mas mataas na dalas na pagtutuwid ng pagtutuwid, ang solong-tubo na circuit ay hindi katanggap-tanggap.

3. kahit na sa mga circuit ng dalawahan-tubo, ang rate ng pagpatay at bandwidth ng op amp ay seryosong makakaapekto sa kawastuhan ng pagwawasto sa mas mataas na mga frequency. Ang eksperimentong ito ay nagbubunga ng isang empirical na relasyon sa ilalim ng ilang mga kundisyon: kung ang flatness ng output ay kinakailangan upang maging 3 dB, ang closed-loop bandwidth ng circuit (hindi ang GBW ng op amp) ay hindi bababa sa tatlong beses na mas malaki kaysa sa pinakamataas na signal dalas Dahil ang closed-loop bandwidth ng circuit ay palaging mas mababa sa o katumbas ng GBW ng op amp, ang katumpakan na pagwawasto ng signal ng mataas na dalas ay nangangailangan ng isang napakataas na GBW op amp.

Ito rin ay isang kinakailangan para sa isang output flatness ng 3 dB. Kung ang mas mataas na pagiging flat ng output ay kinakailangan sa input signal band, mas mataas ang tugon ng dalas ng op amp.

Ang mga resulta sa itaas ay nakuha lamang sa ilalim ng mga tukoy na kundisyon ng eksperimentong ito, at ang rate ng pagpatay ng op amp ay hindi isinasaalang-alang, at ang rate ng pagpatay ay malinaw na isang napakahalagang kadahilanan dito. Samakatuwid, kung ang ugnayan na ito ay nalalapat sa ilalim ng iba pang mga kundisyon, ang may-akda ay hindi maglakas-loob na hatulan. Kung paano isaalang-alang ang rate ng pagpatay ay din ang susunod na tanong na tatalakayin.

Gayunpaman, sa eksaktong pagwawasto circuit, ang bandwidth ng op amp ay dapat na mas malaki kaysa sa pinakamataas na dalas ng signal.