N Eksperiment vir presisie -regstelling: 11 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

Ek het onlangs 'n eksperiment op 'n presisie -regstellingskring gedoen en 'n paar gevolgtrekkings gemaak. Aangesien die presisie gelykrigterkring 'n algemene stroombaan is, kan die resultate van hierdie eksperiment verwysingsinligting verskaf.

Die eksperimentele stroombaan is soos volg. Die operasionele versterker is AD8048, die belangrikste parameters is: groot seinbandbreedte van 160MHz, slepingsnelheid van 1000V / ons. Die diode is 'n SD101, Schottky -diode met 'n omgekeerde hersteltyd van 1ns. Alle weerstandswaardes word bepaal aan die hand van die AD8048 -datablad.

Stap 1:

Die eerste stap van die eksperiment: ontkoppel D2 in die bogenoemde stroombaan, kortsluiting D1, en ontdek die groot seinfrekwensierespons van die operasionele versterker self. Die ingangseinpiek word op ongeveer 1V gehou, die frekwensie word verander van 1MHz tot 100MHz, die invoer- en uitsetamplituden word met 'n ossilloskoop gemeet en die spanningsversterking word bereken. Die uitslae is soos volg:

In die frekwensiebereik van 1M tot 100M het die golfvorm geen waarneembare beduidende vervorming nie.

Die winsveranderinge is soos volg: 1M-1,02, 10M-1,02, 35M-1,06, 50M-1,06, 70M-1,04, 100M-0,79.

Daar kan gesien word dat die groot sein geslote lus 3 dB afsnyprekwensie van hierdie op amp ongeveer 'n bietjie meer as 100 MHz is. Hierdie resultaat is basies in ooreenstemming met die groot seinfrekwensieresponskurwe wat in die AD8048 -handleiding gegee word.

Stap 2:

In die tweede stap van die eksperiment is twee diodes SD101A bygevoeg. Die insetsignaamplitude bly ongeveer 1V piek terwyl die inset en uitset gemeet word. Na die waarneming van die uitsetgolfvorm word die meetfunksie van die ossilloskoop ook gebruik om die effektiewe waarde van die insetsein en die tydsgemiddelde van die uitsetsein te meet en die verhouding daarvan te bereken. Die resultate is soos volg (data is frekwensie, uitsetgemiddelde mV, invoer rms mV en hul verhouding: uitsetgemiddelde / inset 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

Daar kan gesien word dat die stroombaan goeie regstelling by lae frekwensies kan behaal, maar namate die frekwensie toeneem, neem die akkuraatheids akkuraatheid geleidelik af. As die uitset gebaseer is op 100 kHz, het die uitset met 3 dB gedaal teen ongeveer 30 MHz.

Die bandwydte met 'n groot sein-eenheidsversterking van die AD8048-versterker is 160MHz. Die geraaswins van hierdie stroombaan is 2, dus die bandwydte met 'n geslote lus is ongeveer 80MHz (vroeër beskryf, die werklike eksperimentele resultaat is effens groter as 100MHz). Die gemiddelde uitset van die gelykgemaakte uitset daal met 3 dB, wat ongeveer 30 MHz is, minder as een derde van die geslote lus bandwydte van die stroombaan wat getoets word. Met ander woorde, as ons 'n presisie gelykrigterkring met 'n vlakheid van minder as 3dB wil maak, moet die bandlusbreedte van die kringloop minstens drie keer hoër wees as die hoogste frekwensie van die sein.

Hieronder is die toetsgolfvorm. Die geel golfvorm is die golfvorm van die ingangsterminal vi, en die blou golfvorm is die golfvorm van die uitsetterminale vo.

Stap 3:

Namate die frekwensie toeneem, word die seintydperk kleiner en kleiner, en die gaping is 'n toenemende deel.

Stap 4:

Met inagneming van die uitset van die op amp op hierdie tydstip (let op dat dit nie vo is nie) golfvorm, kan gevind word dat die uitsetgolfvorm van die op amp erge vervorming het voor en na die uitset nulkruising. Hieronder is die golfvorme by die uitset van die op amp by 1MHz en 10MHz.

Stap 5:

Die vorige golfvorm kan vergelyk word met die kruisvervorming in die druk-trek-uitgangskring. 'N Intuïtiewe verduideliking word hieronder gegee:

As die uitgangsspanning hoog is, word die diode volledig aangeskakel, waarna dit 'n aansienlik vaste buisspanningsval het, en die uitset van die op -amp is altyd een diode hoër as die uitsetspanning. Op hierdie stadium werk die op -versterker in 'n lineêre versterkingstoestand, dus is die uitsetgolfvorm 'n goeie kopgolf.

Op die oomblik dat die uitsetsignaal nul oorsteek, begin een van die twee diodes van die geleiding na die afsny, terwyl die ander oorgaan van die af na die aan. Tydens hierdie oorgang is die impedansie van die diode uiters groot en kan dit as 'n oop kring benader word, sodat die op -amp tans nie in 'n lineêre toestand werk nie, maar naby die oop lus. Onder die ingangsspanning verander die op -versterker die uitsetspanning teen die maksimum moontlike snelheid om die diode in geleiding te bring. Die draaispoed van die versterker is egter beperk, en dit is onmoontlik om die uitgangsspanning te verhoog om die diode in 'n oomblik aan te skakel. Boonop het die diode 'n oorgangstyd van aan na af of van af na aan. Daar is dus 'n gaping in die uitsetspanning. Uit die golfvorm van die uitset van die op amp hierbo kan gesien word hoe die werking van die nulkruising van die uitset "sukkel" in 'n poging om die uitsetspanning te verander. Sommige materiale, insluitend handboeke, sê dat as gevolg van die diep negatiewe terugvoer van die op amp, die nie -lineariteit van die diode tot die oorspronklike 1/AF verminder word. Trouens, naby die nulkruising van die uitsetsignaal, aangesien die op amp naby die oop lus is, is al die formules vir die negatiewe terugvoer van die op amp ongeldig en kan die nie -lineariteit van die diode deur die negatiewe terugvoerbeginsel.

As die seinfrekwensie verder verhoog word, is die slepingsprobleem nie net die probleem nie, maar word die frekwensierespons van die op amp self ook verswak, sodat die uitsetgolfvorm nogal sleg word. Die figuur hieronder toon die uitsetgolfvorm met 'n seinfrekwensie van 50MHz.

Stap 6:

Die vorige eksperiment was gebaseer op die op amp AD8048 en diode SD101. Ter vergelyking het ek 'n eksperiment gedoen om die toestel te vervang.

Die uitslae is soos volg:

1. Vervang die versterker met AD8047. Die groot seinbandbreedte van die op-versterker (130MHz) is effens laer as die AD8048 (160MHz), die sleeptempo is ook laer (750V/us, 8048 is 1000V/us), en die ooplusversterking is ongeveer 1300, wat ook laer as die 8048's 2400..

Die eksperimentele resultate (frekwensie, uitsetgemiddelde, invoer -rms en die verhouding van die twee) is soos volg:

1M, 320, 711, 0,45

10M, 280, 722, 0.39

20M, 210, 712, 0.29

30M, 152, 715, 0,21

Dit kan gesien word dat die 3DB -demping by 20MHz minder as 'n bietjie is. Die geslote lus bandwydte van hierdie kring is ongeveer 65MHz, dus is die uitset gemiddelde daling van 3dB ook minder as 'n derde van die geslote lus bandwydte van die kring.

2. Vervang SD101 met 2AP9, 1N4148, ens., Maar die eindresultate is soortgelyk, daar is geen wesenlike verskil nie, so ek sal dit nie hier herhaal nie.

Daar is ook 'n stroombaan wat die D2 in die stroombaan oopmaak, soos hieronder getoon.

Stap 7:

Die belangrike verskil tussen dit en die stroombaan met behulp van twee diodes (hierna die dubbelbuis-kring genoem) is dat die operasionele versterker slegs in 'n byna oop lus-toestand naby die nulkruising van die sein in die dubbelbuis-kring is., en hierdie stroombaan (hierna 'n enkelbuis-stroombaan genoem) Die werking in die middel is in 'n heeltemal oop lustoestand vir die helfte van die seintydperk. Die nie-lineariteit daarvan is dus beslis baie ernstiger as die dubbelbuis-kring.

Hieronder is die uitsetgolfvorm van hierdie stroombaan:

100kHz, soortgelyk aan 'n dubbelbuis-kring, het ook 'n gaping wanneer die diode aangeskakel word. Daar moet 'n paar stampe op die oorspronklike plek wees. Die insetsein word direk deur twee 200 ohm weerstande oorgedra. Dit kan vermy word deur die kring effens te verbeter. Dit het niks te doen met die probleme wat ons hieronder sal bespreek nie. Dit is 1MHz.

Stap 8:

Hierdie golfvorm verskil duidelik van die dubbele buisbaan. Die dubbelbuis-kring het 'n vertraging van ongeveer 40 ns op hierdie frekwensie, en die vertraging van hierdie enkelbuis-kring is 80 ns, en daar lui. Die rede hiervoor is dat die versterker heeltemal oop is voordat die diode aangeskakel word en die uitset naby die negatiewe voedingsspanning is, sodat sommige van die interne transistors in 'n diep versadiging of 'n diep afweerstatus moet wees. As die inset nul oorskry, word die transistors wat in die 'diep slaap' -toestand is, eers' wakker ', en dan word die uitgangsspanning na die diode teen die draaispoed verhoog.

By laer frekwensies is die stygtempo van die insetsein nie hoog nie, dus word die effekte van hierdie prosesse nie getoon nie (soos met 100k hierbo), en nadat die frekwensie hoog is, is die seintempo by die inset groot en sodoende die transistor "wakker" maak. Die opwekking spanning of stroom sal toeneem, wat lui.

Stap 9:

5 MHz. Daar is basies geen regstelling teen hierdie frekwensie nie.

Stap 10: Gevolgtrekking

Op grond van bogenoemde eksperimente kan die volgende gevolgtrekkings gemaak word:

1. As die frekwensie baie laag is, word die nie -lineariteit van die diode uitgeskakel deur die negatiewe terugvoer van die op amp -diepte, en kan enige stroombaan 'n goeie regstellende effek kry.

2. As u 'n hoër frekwensie-presisie-regstelling wil bereik, is 'n enkelbuisbaan nie aanvaarbaar nie.

3. selfs met dubbele buisbane sal die draaispoed en bandwydte van die op-amp die akkuraatheids akkuraatheid by hoër frekwensies ernstig beïnvloed. Hierdie eksperiment lewer 'n empiriese verband onder sekere omstandighede: as die vlakheid van die uitset 3 dB moet wees, is die bandlusbreedte van die kring (nie die GBW van die op amp) minstens drie keer groter as die hoogste sein frekwensie. Aangesien die geslote lus-bandwydte van die stroombaan altyd minder as of gelyk is aan die GBW van die op-versterker, vereis die presisie-regstelling van die hoëfrekwensie-sein 'n baie hoë GBW-op-versterker.

Dit is ook 'n vereiste vir 'n uitsetvlak van 3 dB. As 'n hoër uitsetvlak in die insetseinband benodig word, is die frekwensierespons van die op amp hoër.

Bogenoemde resultate is slegs onder die spesifieke voorwaardes van hierdie eksperiment verkry, en daar is nie na die sleutelsnelheid van die op -amp gegaan nie, en die draaispoed is hier natuurlik 'n baie belangrike faktor. Of hierdie verhouding dus onder ander voorwaardes van toepassing is, durf die skrywer nie oordeel nie. Die volgende vraag wat bespreek moet word, is ook die volgende vraag wat bespreek moet word.

In die presisie -regstellingskring moet die bandwydte van die op -amp egter veel groter wees as die hoogste frekwensie van die sein.