ניסוי לתיקון דיוק: 11 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

לאחרונה עשיתי ניסוי במעגל תיקון דיוק וקיבלתי כמה מסקנות גסות. בהתחשב בכך שמעגל מיישר הדיוק הוא מעגל נפוץ, תוצאות הניסוי הזה יכולות לספק קצת מידע אסמכתא.

מעגל הניסוי הוא כדלקמן. המגבר המבצעי הוא AD8048, הפרמטרים העיקריים הם: רוחב פס אות גדול של 160MHz, קצב הזנה של 1000V / us. הדיודה היא דיודת SD101, שוטקי עם זמן התאוששות הפוכה של 1ns. כל ערכי הנגד נקבעים בהתייחסות לדף הנתונים של AD8048.

שלב 1:

השלב הראשון של הניסוי: נתק D2 במעגל הנ ל, קצר D1 וגילוי תגובת תדר האות הגדולה של המגבר התפעולי עצמו. שיא אות הכניסה נשמר בסביבות 1V, התדירות משתנה מ- 1MHz ל- 100MHz, אמפליטודות הכניסה והפלט נמדדות באמצעות אוסצילוסקופ, ורווח המתח מחושב. התוצאות הן כדלקמן:

בטווח התדרים של 1M עד 100M, לצורת הגל אין עיוות משמעותי ניכר.

שינויי הרווח הם כדלקמן: 1M-1.02, 10M-1.02, 35M-1.06, 50M-1.06, 70M-1.04, 100M-0.79.

ניתן לראות כי תדר החיתוך של 3 dB באותות גדולות של האות הגדול של מגבר אופ זה הוא בערך קצת יותר מ -100 מגהרץ. תוצאה זו עולה בקנה אחד עם עקומת התגובה של תדר האות הגדול שניתנה במדריך AD8048.

שלב 2:

בשלב השני של הניסוי נוספו שתי דיודות SD101A. משרעת אות הכניסה נשארת בשיא של 1V בזמן מדידת הקלט והפלט. לאחר התבוננות בצורת גל הפלט, פונקציית המדידה של האוסילוסקופ משמשת גם למדידת הערך האפקטיבי של אות הכניסה והממוצע התקופתי של אות הפלט, ולחישוב היחס שלהם. התוצאות הן כדלקמן (הנתונים הם תדירות, ממוצע פלט mV, rms mV קלט והיחס שלהם: ממוצע פלט / rms קלט):

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

ניתן לראות כי המעגל יכול להשיג תיקון טוב בתדרים נמוכים, אך ככל שהתדר עולה, דיוק התיקון יורד בהדרגה. אם הפלט מבוסס על 100 קילוהרץ, הפלט ירד ב -3 dB בסביבות 30 מגהרץ.

רוחב הפס של אחדות האותות הגדולה של מגבר ה- op80 AD8048 הוא 160MHz. רווח הרעש של מעגל זה הוא 2, כך שרוחב הפס בלולאה סגורה הוא כ -80 מגה-הרץ (שתואר קודם לכן, התוצאה הניסיונית בפועל גדולה מעט יותר מ -100 מגהרץ). התפוקה הממוצעת של הפלט המתוקן יורדת ב -3 dB, שהם בערך 30 מגה-הרץ, פחות משליש מרוחב הפס הלולאה הסגורה של המעגל הנבדק. במילים אחרות, אם ברצוננו ליצור מעגל מיישר מדויק עם שטוחה מ- 3dB, רוחב הפס של המעגל הסגור של המעגל צריך להיות גבוה פי שלושה לפחות מהתדר הגבוה ביותר של האות.

להלן צורת גל הבדיקה. צורת הגל הצהובה היא צורת הגל של מסוף הכניסה vi, וצורת הגל הכחולה היא צורת הגל של מסוף הפלט vo.

שלב 3:

ככל שהתדירות עולה, תקופת האות הופכת קטנה יותר ויותר, והפער מהווה חלק גדל והולך.

שלב 4:

בהתבוננות ביציאה של מגבר ה- op בשלב זה (שימו לב שהיא לא vo) ניתן למצוא כי לצורת גל הפלט של מגבר ה- OP יש עיוות חמור לפני ואחרי מעבר אפס היציאה. להלן צורות הגל ביציאה של מגבר ה- op ב- 1MHz ו- 10MHz.

שלב 5:

ניתן להשוות את צורת הגל הקודמת לעיוות ההצלבה במעגל הפלט-משיכה. להלן הסבר אינטואיטיבי:

כאשר מתח היציאה גבוה, הדיודה מופעלת במלואה, ובשלב זה יש ירידת מתח צינורית קבועה באופן משמעותי, ותפוקת המגבר אופ היא תמיד דיודה אחת גבוהה יותר ממתח היציאה. בשלב זה, מגבר ה- op פועל במצב הגברה לינארית, כך שצורת גל הפלט היא גל כותרת טוב.

ברגע שאות הפלט חוצה את האפס, אחת משתי הדיודות מתחילה לעבור מההולכה לניתוק, בעוד שהמעברים האחרים עוברים מהכיבוי להפעלה. במהלך מעבר זה, העכבה של הדיודה גדולה במיוחד וניתנת לקירוב כמעגל פתוח, כך שמגבר ה- op בשלב זה אינו פועל במצב לינארי, אלא קרוב ללולאה הפתוחה. מתחת למתח הכניסה, מגבר ה- op ישנה את מתח המוצא בקצב המרבי האפשרי כדי להביא את הדיודה להולכה. עם זאת, קצב ההנמכה של מגבר ה- op מוגבל, ואי אפשר להעלות את מתח היציאה בכדי לגרום לדיודה להידלק ברגע. בנוסף, לדיודה יש זמן מעבר מ- on או off או מ- off to on. אז יש פער במתח היציאה. מצורת הגל של הפלט של מגבר ה- op למעלה, ניתן לראות כיצד פעולת מעבר האפס של הפלט "מתקשה" בניסיון לשנות את מתח היציאה. חלק מהחומרים, כולל ספרי לימוד, אומרים כי בשל המשוב השלילי העמוק של מגבר האופ, האי ליניאריות של הדיודה מצטמצמת ל- 1/AF המקורי. עם זאת, למעשה, סמוך לחציית האפס של אות הפלט, מכיוון שמגבר ה- op קרוב ללולאה הפתוחה, כל הנוסחאות למשוב השלילי של מגבר ה- OP אינן חוקיות, ולא ניתן לנתח את הלא ליניאריות של הדיודה על ידי ה- עקרון משוב שלילי.

אם תדירות האות מוגברת עוד יותר, לא רק שבעיית קצב ההנמכה, אלא שתגובת התדר של מגבר ה- OP עצמו מתדרדרת, כך שצורת גל הפלט הופכת גרועה למדי. האיור שלהלן מציג את צורת גל הפלט בתדר אות של 50MHz.

שלב 6:

הניסוי הקודם התבסס על מגבר ההפעלה AD8048 והדיודה SD101. לשם השוואה, עשיתי ניסוי להחלפת המכשיר.

התוצאות הן כדלקמן:

1. החלף את מגבר ה- op ב- AD8047. רוחב פס האות הגדול של המגבר (130MHz) נמוך במקצת מ- AD8048 (160MHz), קצב ההנמכה גם נמוך יותר (750V/us, 8048 הוא 1000V/us) והרווח של הלולאה הפתוחה הוא בערך 1300, וזה גם נמוך יותר משנת 2400 של 8048.

תוצאות הניסוי (תדירות, ממוצע פלט, rms קלט והיחס בין השניים) הן כדלקמן:

1M, 320, 711, 0.45

10M, 280, 722, 0.39

20M, 210, 712, 0.29

30M, 152, 715, 0.21

ניתן לראות כי הנחתה של 3dB נמוכה מקצת ב- 20MHz. רוחב הפס בלולאה סגורה של מעגל זה הוא בערך 65MHz, כך שהירידה הממוצעת של הפלט של 3dB היא גם פחות משליש מרוחב הפס של המעגל הסגור.

2. החלף את SD101 ב- 2AP9, 1N4148 וכו ', אך התוצאות הסופיות דומות, אין הבדל מהותי, לכן לא אחזור עליהן כאן.

יש גם מעגל הפותח את D2 במעגל כפי שמוצג להלן.

שלב 7:

ההבדל החשוב בינו לבין המעגל באמצעות שתי דיודות (להלן מעגל הצינור הכפול) הוא שבמעגל הצינור הכפול, המגבר המבצעי נמצא רק במצב של לולאה פתוחה סמוך למעבר האפס של האות., ומעגל זה (להלן מעגל חד צינורית) הפעולה באמצע נמצאת במצב לולאה פתוחה לחלוטין במשך מחצית מתקופת האות. אז האי-לינאריות שלה בהחלט חמורה בהרבה ממעגל הצינורות הכפולים.

להלן צורת גל הפלט של מעגל זה:

ל- 100kHz, בדומה למעגל כפול צינורות, יש גם פער כאשר הדודה מופעלת. אמורות להיות כמה מהמורות במקום המקורי. אות הכניסה מועבר ישירות דרך שני נגדים של 200 אוהם. ניתן להימנע מכך על ידי שיפור קל של המעגל. זה לא קשור לבעיות עליהן נדון להלן. זה 1MHz.

שלב 8:

צורת גל זו שונה בבירור ממעגל הצינור הכפול. למעגל הצינור כפול יש עיכוב של כ 40 ns בתדר זה, והעיכוב של מעגל צינור יחיד זה הוא 80 ns, ויש צלצול. הסיבה היא שמגבר ה- OP פתוח לגמרי לפני שהדיודה מופעלת ויציאתו קרובה למתח האספקה השלילי, ולכן חלק מהטרנזיסטורים הפנימיים שלה חייבים להיות במצב הרוויה עמוק או במצב כבוי. כאשר הקלט חוצה את האפס, הטרנזיסטורים שנמצאים במצב "שינה עמוקה" הם תחילה "מתעוררים", ולאחר מכן מתח המוצא עולה לדיודה בקצב ההנמכה.

בתדרים נמוכים יותר, קצב העליה של אות הכניסה אינו גבוה, כך שההשפעות של תהליכים אלה אינם מוצגים (כמו במקרה של 100k למעלה), ולאחר שהתדירות גבוהה, קצב האות בכניסה גדול, ובכך "להעיר" את הטרנזיסטור. מתח העירור או הזרם יגדלו, מה שגורם לצלצולים.

שלב 9:

5MHz. אין בעצם תיקון בתדר זה.

שלב 10: סיכום

בהתבסס על הניסויים לעיל, ניתן להסיק את המסקנות הבאות:

1. כאשר התדירות נמוכה מאוד, אי הליניאריות של הדיודה מתבטלת על ידי המשוב השלילי של עומק המגבר אופ, וכל מעגל יכול לקבל אפקט תיקון טוב.

2. אם אתה רוצה להשיג תיקון דיוק בתדירות גבוהה יותר, מעגל צינור יחיד אינו מקובל.

3. אפילו במעגלים עם צינור כפול, קצב ההנעה ורוחב הפס של מגבר ה- OP ישפיעו באופן רציני על דיוק התיקון בתדרים גבוהים יותר. ניסוי זה מניב מערכת יחסים אמפירית בתנאים מסוימים: אם שטוחה של הפלט נדרשת להיות 3 dB, רוחב הפס של המעגל הסגור של המעגל (לא ה- GBW של מגבר ה- op) גדול לפחות פי שלושה מהאות הגבוה ביותר תדירות. מכיוון שרוחב הפס של הלולאה הסגורה של המעגל תמיד קטן או שווה ל- GBW של מגבר ה- op, התיקון המדויק של האות בתדר גבוה דורש מגבר אופטי גבוה של GBW.

זוהי גם דרישה למישור הפלט של 3 dB. אם נדרשת מישור יציאה גבוה יותר בפס אות הכניסה, תגובת התדר של מגבר ה- op תהיה גבוהה יותר.

התוצאות לעיל התקבלו רק בתנאים הספציפיים של ניסוי זה, ושיעור ההנמכה של מגבר האופ לא נחשב, ושיעור ההנמכה הוא ללא ספק גורם חשוב מאוד כאן. לכן, אם מערכת יחסים זו ישימה בתנאים אחרים, המחבר אינו מעז לשפוט. איך לשקול את שיעור ההנמכה היא גם השאלה הבאה שיש לדון בה.

עם זאת, במעגל תיקון הדיוק, רוחב הפס של מגבר ה- op צריך להיות גדול בהרבה מהתדר הגבוה ביותר של האות.