ზუსტი გასწორების ექსპერიმენტი: 11 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:18

მე ახლახანს ჩავატარე ექსპერიმენტი ზუსტი გასწორების წრეზე და მივიღე უხეში დასკვნები. იმის გათვალისწინებით, რომ ზუსტი მაკორექტირებელი წრე ჩვეულებრივი წრეა, ამ ექსპერიმენტის შედეგებს შეუძლიათ მიაწოდონ გარკვეული საცნობარო ინფორმაცია.

ექსპერიმენტული წრე ასეთია. საოპერაციო გამაძლიერებელი არის AD8048, ძირითადი პარამეტრებია: სიგნალის გამტარუნარიანობა 160MHz, სიჩქარე 1000V / us. დიოდი არის SD101, შოთკის დიოდი, რომლის უკუ აღდგენის დროა 1ns. რეზისტორის ყველა მნიშვნელობა განისაზღვრება AD8048 მონაცემების ფურცლის მითითებით.

Ნაბიჯი 1:

ექსპერიმენტის პირველი ნაბიჯი: გათიშეთ D2 ზემოაღნიშნულ წრეში, მოკლე ჩართვა D1 და აღმოაჩინეთ დიდი ოპერაციული გამაძლიერებლის სიგნალის სიხშირული პასუხი. შეყვანის სიგნალის პიკი ინახება დაახლოებით 1V– ზე, სიხშირე იცვლება 1 MHz– დან 100 MHz– მდე, შემავალი და გამომავალი ამპლიტუდები იზომება ოსცილოსკოპით და გამოითვლება ძაბვის მომატება. შედეგები ასეთია:

სიხშირის დიაპაზონში 1 მ 100 მ ტალღის ფორმას არ აქვს შესამჩნევი მნიშვნელოვანი დამახინჯება.

მოგების ცვლილებები შემდეგია: 1M-1.02, 10M-1.02, 35M-1.06, 50M-1.06, 70M-1.04, 100M-0.79.

ჩანს, რომ ამ გამაძლიერებლის დიდი სიგნალის დახურული მარყუჟის 3 დბ გათიშვის სიხშირე დაახლოებით 100 მჰც-ზე მეტია. ეს შედეგი ძირითადად შეესაბამება AD8048 სახელმძღვანელოში მოცემული სიგნალის სიხშირის რეაგირების დიდი მრუდის შესაბამისად.

ნაბიჯი 2:

ექსპერიმენტის მეორე საფეხურზე დაემატა ორი დიოდი SD101A. შეყვანის სიგნალის ამპლიტუდა რჩება დაახლოებით 1 ვ პიკზე შეყვანის და გამომავალი გაზომვისას. გამომავალი ტალღის ფორმის დაკვირვების შემდეგ, ოსცილოსკოპის გაზომვის ფუნქცია ასევე გამოიყენება შეყვანის სიგნალის ეფექტური მნიშვნელობისა და გამომავალი სიგნალის საშუალო პერიოდის გასაზომად და მათი თანაფარდობის გამოსათვლელად. შედეგები ასეთია (მონაცემები არის სიხშირე, გამომავალი საშუალო mV, შემავალი rms mV და მათი თანაფარდობა: გამომავალი საშუალო / შემავალი rms):

100 კჰც, 306, 673, 0.45

1 მჰც, 305, 686, 0.44

5 მჰც, 301, 679, 0.44

10 მჰც, 285, 682, 0.42

20 MHz, 253, 694, 0.36

30 მჰც, 221, 692, 0.32

50 მჰც, 159, 690, 0.23

80MHz, 123, 702, 0.18

100 MHz, 80, 710, 0.11

ჩანს, რომ წრემ შეიძლება მიაღწიოს კარგ გასწორებას დაბალ სიხშირეზე, მაგრამ სიხშირის მატებასთან ერთად, გამოსწორების სიზუსტე თანდათან მცირდება. თუ გამომავალი დაფუძნებულია 100 kHz, გამომავალი შემცირდა 3 dB დაახლოებით 30 MHz.

დიდი სიგნალის ერთიანობის გაზრდის გამტარობა AD8048 op amp არის 160 MHz. ამ მიკროსქემის ხმაურის მომატება არის 2, ამიტომ დახურული მარყუჟის გამტარობა არის დაახლოებით 80 MHz (ადრე აღწერილი, ექსპერიმენტული რეალური შედეგი ოდნავ აღემატება 100 MHz). გამოსასწორებელი გამომუშავების საშუალო გამომუშავება მცირდება 3 დბ-ით, რაც არის დაახლოებით 30 MHz, შემოწმებული წრის დახურული მარყუჟის გამტარუნარიანობის ერთ მესამედზე ნაკლები. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, თუ ჩვენ გვსურს გავაკეთოთ ზუსტი მაკორექტირებელი წრე სიბრტყეზე არანაკლებ 3dB, მიკროსქემის დახურული მარყუჟის გამტარობა უნდა იყოს მინიმუმ სამჯერ მეტი სიგნალის ყველაზე მაღალ სიხშირეზე.

ქვემოთ მოცემულია ტესტის ტალღის ფორმა. ყვითელი ტალღის ფორმა არის შეყვანის ტერმინალის vi ტალღის ფორმა, ხოლო ლურჯი ტალღის ფორმა არის გამომავალი ტერმინალის vo.

ნაბიჯი 3:

სიხშირის მატებასთან ერთად, სიგნალის პერიოდი სულ უფრო და უფრო მცირდება, ხოლო უფსკრული ზრდის პროპორციას.

ნაბიჯი 4:

ამ დროს op amp- ის გამომუშავების დაკვირვება (გაითვალისწინეთ, რომ ის არ არის vo) ტალღის ფორმა, შეიძლება აღმოჩნდეს, რომ op amp- ის გამომავალი ტალღის ფორმას აქვს მძიმე დამახინჯება გამომავალი ნულოვანი გადაკვეთის წინ და მის შემდეგ. ქვემოთ მოცემულია ტალღის ფორმები op amp- ის გამოსასვლელში 1 MHz და 10 MHz.

ნაბიჯი 5:

წინა ტალღის ფორმა შეიძლება შევადაროთ ბიძგის-გამოყვანის წრედში გადაკვეთის დამახინჯებას. ინტუიციური ახსნა მოცემულია ქვემოთ:

როდესაც გამომავალი ძაბვა მაღალია, დიოდი სრულად არის ჩართული, ამ დროს მას აქვს არსებითად ფიქსირებული მილის ძაბვის ვარდნა, ხოლო op amp- ის გამომავალი ყოველთვის არის ერთი დიოდი უფრო მაღალი ვიდრე გამომავალი ძაბვა. ამ ეტაპზე, op გამაძლიერებელი მუშაობს ხაზოვანი გამაძლიერებელი მდგომარეობაში, ამიტომ გამომავალი ტალღის ფორმა არის კარგი სათაურის ტალღა.

იმ მომენტში, როდესაც გამომავალი სიგნალი ნულს კვეთს, ორი დიოდიდან ერთი იწყებს გამტარობიდან გადაკვეთაზე გადასვლას, ხოლო დანარჩენი გადადის გამორთვიდან ჩართულზე. ამ გადასვლის დროს, დიოდის წინაღობა უკიდურესად დიდია და მისი მიახლოება შესაძლებელია როგორც ღია წრე, ამიტომ ამომრთველი ამ დროს არ მუშაობს წრფივ მდგომარეობაში, არამედ ღია მარყუჟთან ახლოს. შეყვანის ძაბვის პირობებში, op გამაძლიერებელი შეცვლის გამომავალ ძაბვას მაქსიმალური შესაძლო სიჩქარით, რათა დიოდი გამტარობად იქცეს. თუმცა, op amp- ის დარტყმის სიჩქარე შეზღუდულია და შეუძლებელია გამომავალი ძაბვის გაზრდა, რათა დიოდი მყისიერად ჩართოს. გარდა ამისა, დიოდს აქვს გადასვლის დრო ჩართვიდან გამორთვაზე ან გამორთვაზე. ასე რომ, გამომავალი ძაბვის ხარვეზია. ზემოთ op amp- ის გამომუშავების ტალღური ფორმიდან ჩანს, თუ როგორ "იბრძვის" გამომავალი ნულოვანი გადაკვეთის ოპერაცია გამომავალი ძაბვის შეცვლის მცდელობაში. ზოგიერთი მასალა, მათ შორის სახელმძღვანელოები, ამბობს, რომ op amp- ის ღრმა უარყოფითი გამოხმაურების გამო, დიოდის არაწრფივობა მცირდება პირვანდელ 1/AF- მდე. თუმცა, ფაქტობრივად, გამომავალი სიგნალის ნულოვანი გადაკვეთის მახლობლად, ვინაიდან op გამაძლიერებელი ახლოსაა ღია მარყუჟთან, op amp- ის უარყოფითი გამოხმაურების ყველა ფორმულა არასწორია და დიოდის არაწრფივობის გაანალიზება შეუძლებელია უარყოფითი გამოხმაურების პრინციპი.

თუ სიგნალის სიხშირე კიდევ უფრო გაიზარდა, არა მხოლოდ პრობლემაა დარტყმის სიხშირე, არამედ თვით am amp სიხშირის პასუხიც დეგრადირებულია, ამიტომ გამომავალი ტალღის ფორმა საკმაოდ ცუდი ხდება. ქვემოთ მოყვანილი ფიგურა გვიჩვენებს გამომავალი ტალღის ფორმას სიგნალის სიხშირეზე 50 MHz.

ნაბიჯი 6:

წინა ექსპერიმენტი ეფუძნებოდა op amp AD8048 და დიოდს SD101. შედარებისთვის, მე ჩავატარე ექსპერიმენტი მოწყობილობის შესაცვლელად.

შედეგები ასეთია:

1. ჩაანაცვლეთ ოპ გამაძლიერებელი AD8047. სიგნალის გამტარუნარიანობის დიდი გამტარუნარიანობა (130MHz) ოდნავ დაბალია ვიდრე AD8048 (160MHz), დარტყმის სიჩქარე ასევე დაბალია (750V/us, 8048 არის 1000V/us), ხოლო ღია მარყუჟის მომატება არის დაახლოებით 1300, რაც ასევე უფრო დაბალი ვიდრე 8048 წლის 2400..

ექსპერიმენტული შედეგები (სიხშირე, გამომავალი საშუალო, შეყვანის rms და ორივეს თანაფარდობა) ასეთია:

1 მ, 320, 711, 0.45

10M, 280, 722, 0.39

20M, 210, 712, 0.29

30M, 152, 715, 0.21

ჩანს, რომ მისი 3dB დაქვეითება ოდნავ ნაკლებია, ვიდრე 20 MHz. ამ მიკროსქემის დახურული მარყუჟის გამტარობა არის დაახლოებით 65 MHz, ამიტომ გამომავალი საშუალო ვარდნა 3dB ასევე ნაკლებია მიკროსქემის დახურული მარყუჟის გამტარუნარიანობის მესამედზე ნაკლები.

2. ჩაანაცვლეთ SD101 2AP9, 1N4148 და ა.შ., მაგრამ საბოლოო შედეგები მსგავსია, არსებითი განსხვავება არ არის, ამიტომ მათ აქ არ გავიმეორებ.

ასევე არის წრე, რომელიც ხსნის D2- ს წრედში, როგორც ეს ნაჩვენებია ქვემოთ.

ნაბიჯი 7:

მნიშვნელოვანი განსხვავება მასსა და წრეს შორის ორი დიოდის გამოყენებით (შემდგომში ორმაგი მილის წრე) არის ის, რომ ორმაგი მილის წრეში საოპერაციო გამაძლიერებელი მხოლოდ დაახლოებით ღია მარყუჟის მდგომარეობაშია სიგნალის ნულოვანი გადაკვეთის მახლობლად, და ეს წრე (შემდგომში მოხსენიებულია, როგორც ერთი მილის წრე) ოპერაცია შუაში არის სრულიად ღია მარყუჟის მდგომარეობაში სიგნალის პერიოდის ნახევარი. ასე რომ, მისი არაწრფივობა ნამდვილად ბევრად უფრო სერიოზულია, ვიდრე ორმაგი მილის წრე.

ქვემოთ მოცემულია ამ მიკროსქემის გამომავალი ტალღის ფორმა:

100kHz, ორმაგი მილის სქემის მსგავსი, ასევე აქვს ხარვეზი დიოდის ჩართვისას. თავდაპირველ ადგილას უნდა იყოს რაღაც მუწუკები. შეყვანის სიგნალი უშუალოდ გადადის ორი 200 ohm რეზისტორის საშუალებით. მისი თავიდან აცილება შესაძლებელია მიკროსქემის ოდნავ გაუმჯობესებით. მას არანაირი კავშირი არ აქვს იმ პრობლემებთან, რომლებსაც ქვემოთ განვიხილავთ. არის 1 MHz.

ნაბიჯი 8:

ეს ტალღის ფორმა აშკარად განსხვავდება ორმაგი მილის სქემისგან. ორმაგი მილის სქემას ამ სიხშირეზე აქვს შეფერხება დაახლოებით 40 ns, ხოლო ამ ერთი მილის მიკროსქემის დაყოვნება არის 80 ns, და ხდება ზარის ხმა. მიზეზი ის არის, რომ op გამაძლიერებელი სრულიად ღია მარყუჟია დიოდის ჩართვამდე და მისი გამომუშავება ახლოსაა მიწოდების უარყოფით ძაბვასთან, ამიტომ მისი ზოგიერთი შიდა ტრანზისტორი უნდა იყოს ღრმა გაჯერებულ ან ღრმა მდგომარეობაში. როდესაც შეყვანა ნულს გადალახავს, "ღრმა ძილის" მდგომარეობაში მყოფი ტრანზისტორები ჯერ "იღვიძებენ", შემდეგ კი გამომავალი ძაბვა იზრდება დიოდზე დარტყმის სიჩქარით.

ქვედა სიხშირეზე, შეყვანის სიგნალის ზრდის მაჩვენებელი არ არის მაღალი, ამიტომ ამ პროცესების ეფექტები არ არის ნაჩვენები (როგორც ეს ხდება 100k ზევით), ხოლო სიხშირის მაღალი მას შემდეგ, რაც შეყვანისას სიგნალის სიჩქარე დიდია, რითაც "გაიღვიძა" ტრანზისტორი. აღგზნების ძაბვა ან დენი გაიზრდება, რაც იწვევს რეკვას.

ნაბიჯი 9:

5 MHz. ამ სიხშირეზე გასწორება ძირითადად არ არსებობს.

ნაბიჯი 10: დასკვნა

ზემოაღნიშნული ექსპერიმენტების საფუძველზე შეიძლება გაკეთდეს შემდეგი დასკვნები:

1. როდესაც სიხშირე ძალიან დაბალია, დიოდის არაწრფივობა აღმოფხვრილია op amp სიღრმის უარყოფითი გამოხმაურებით და ნებისმიერ წრეს შეუძლია მიიღოს კარგი გასწორების ეფექტი.

2. თუ გსურთ მიაღწიოთ უფრო მაღალი სიხშირის სიზუსტეს გასწორებას, ერთი მილის წრე მიუღებელია.

3. ორმაგი მილის სქემების შემთხვევაშიც კი, გამაძლიერებლის სიჩქარე და გამტარობა სერიოზულად იმოქმედებს უფრო მაღალი სიხშირეების გასწორების სიზუსტეზე. ეს ექსპერიმენტი იძლევა ემპირიულ ურთიერთობას გარკვეულ პირობებში: თუ გამომავალი სიბრტყე უნდა იყოს 3 დბ, მიკროსქემის დახურული მარყუჟის გამტარუნარიანობა (არა GB amp of amp) არის მინიმუმ სამჯერ მეტი ვიდრე უმაღლესი სიგნალი სიხშირე. ვინაიდან მიკროსქემის დახურული მარყუჟის გამტარუნარიანობა ყოველთვის ნაკლები ან ტოლია opW ამპერიის GBW, მაღალი სიხშირის სიგნალის ზუსტი გასწორება მოითხოვს ძალიან მაღალ GBW ოპ ამპერს.

ეს ასევე არის მოთხოვნა გამომავალი სიბრტყეზე 3 დბ. თუ უფრო მაღალი გამომავალი სიბრტყეა საჭირო შეყვანის სიგნალის დიაპაზონში, სიხშირის პასუხი op amp იქნება უფრო მაღალი.

ზემოაღნიშნული შედეგები მიღებულ იქნა მხოლოდ ამ ექსპერიმენტის სპეციფიკურ პირობებში, ხოლო ოპერატიული გამაძლიერებლის დარტყმის სიჩქარე არ იქნა გათვალისწინებული და დაღლილობის მაჩვენებელი აშკარად აქ ძალიან მნიშვნელოვანი ფაქტორია. ამრიგად, შესაძლებელია თუ არა ეს ურთიერთობა სხვა პირობებში, ავტორი ვერ ბედავს განსჯას. როგორ განვიხილოთ დაღუპვის მაჩვენებელი ასევე მომდევნო საკითხია განსახილველი.

თუმცა, ზუსტი გასწორების წრედში, გამაძლიერებლის გამტარუნარიანობა უნდა იყოს გაცილებით დიდი ვიდრე სიგნალის უმაღლესი სიხშირე.