एक सटीक सुधार प्रयोग: 11 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:21

मैंने हाल ही में एक सटीक सुधार सर्किट पर एक प्रयोग किया है और कुछ मोटे निष्कर्ष निकाले हैं। यह देखते हुए कि प्रिसिजन रेक्टिफायर सर्किट एक सामान्य सर्किट है, इस प्रयोग के परिणाम कुछ संदर्भ जानकारी प्रदान कर सकते हैं।

प्रयोगात्मक सर्किट इस प्रकार है। परिचालन एम्पलीफायर AD8048 है, मुख्य पैरामीटर हैं: 160MHz की बड़ी सिग्नल बैंडविड्थ, 1000V / us की स्लीव दर। डायोड एक SD101, Schottky डायोड है जिसका रिवर्स रिकवरी टाइम 1ns है। सभी प्रतिरोधक मान AD8048 डेटा शीट के संदर्भ में निर्धारित किए जाते हैं।

चरण 1:

प्रयोग का पहला चरण: उपरोक्त सर्किट में डी 2 को डिस्कनेक्ट करें, शॉर्ट सर्किट डी 1 और परिचालन एम्पलीफायर की बड़ी सिग्नल आवृत्ति प्रतिक्रिया का पता लगाएं। इनपुट सिग्नल पीक को लगभग 1V पर रखा जाता है, आवृत्ति को 1MHz से 100MHz में बदल दिया जाता है, इनपुट और आउटपुट एम्पलीट्यूड को एक आस्टसीलस्कप से मापा जाता है, और वोल्टेज लाभ की गणना की जाती है। परिणाम इस प्रकार हैं:

1M से 100M की आवृत्ति रेंज में, तरंग में कोई महत्वपूर्ण महत्वपूर्ण विकृति नहीं होती है।

लाभ परिवर्तन इस प्रकार हैं: 1M-1.02, 10M-1.02, 35M-1.06, 50M-1.06, 70M-1.04, 100M-0.79।

यह देखा जा सकता है कि इस ऑप amp की बड़ी सिग्नल क्लोज्ड-लूप 3 डीबी कटऑफ आवृत्ति लगभग 100 मेगाहर्ट्ज से थोड़ी अधिक है। यह परिणाम मूल रूप से AD8048 मैनुअल में दिए गए बड़े सिग्नल आवृत्ति प्रतिक्रिया वक्र के अनुरूप है।

चरण 2:

प्रयोग के दूसरे चरण में दो डायोड SD101A जोड़े गए। इनपुट और आउटपुट को मापते समय इनपुट सिग्नल का आयाम लगभग 1V शिखर पर रहता है। आउटपुट वेवफ़ॉर्म को देखने के बाद, ऑसिलोस्कोप के मापन फ़ंक्शन का उपयोग इनपुट सिग्नल के प्रभावी मूल्य और आउटपुट सिग्नल की अवधि औसत को मापने और उनके अनुपात की गणना करने के लिए भी किया जाता है। परिणाम इस प्रकार हैं (डेटा आवृत्ति है, आउटपुट माध्य mV, इनपुट rms mV, और उनका अनुपात: आउटपुट औसत / इनपुट rms):

100kHz, 306, 673, 0.45

1 मेगाहर्ट्ज, 305, 686, 0.44

5 मेगाहर्ट्ज, 301, 679, 0.44

10 मेगाहर्ट्ज, 285, 682, 0.42

20 मेगाहर्ट्ज, 253, 694, 0.36

30 मेगाहर्ट्ज, 221, 692, 0.32

50 मेगाहर्ट्ज, 159, 690, 0.23

80 मेगाहर्ट्ज, 123, 702, 0.18

100 मेगाहर्ट्ज, 80, 710, 0.11

यह देखा जा सकता है कि सर्किट कम आवृत्तियों पर अच्छा सुधार प्राप्त कर सकता है, लेकिन जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है, सुधार सटीकता धीरे-धीरे कम हो जाती है। यदि आउटपुट 100 kHz पर आधारित है, तो आउटपुट लगभग 30 MHz पर 3 dB कम हो गया है।

AD8048 op amp का लार्ज-सिग्नल यूनिटी गेन बैंडविड्थ 160MHz है। इस सर्किट का शोर लाभ 2 है, इसलिए बंद-लूप बैंडविड्थ लगभग 80 मेगाहर्ट्ज है (पहले वर्णित, वास्तविक प्रयोगात्मक परिणाम 100 मेगाहर्ट्ज से थोड़ा बड़ा है)। रेक्टिफाइड आउटपुट का औसत आउटपुट 3 डीबी तक गिर जाता है, जो लगभग 30 मेगाहर्ट्ज है, जो परीक्षण के तहत सर्किट के क्लोज्ड-लूप बैंडविड्थ के एक तिहाई से भी कम है। दूसरे शब्दों में, यदि हम 3dB से कम की समतलता के साथ एक सटीक रेक्टिफायर सर्किट बनाना चाहते हैं, तो सर्किट की क्लोज्ड-लूप बैंडविड्थ सिग्नल की उच्चतम आवृत्ति से कम से कम तीन गुना अधिक होनी चाहिए।

नीचे परीक्षण तरंग है। पीली तरंग इनपुट टर्मिनल vi की तरंग है, और नीली तरंग आउटपुट टर्मिनल vo की तरंग है।

चरण 3:

जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है, सिग्नल की अवधि छोटी और छोटी होती जाती है, और अंतराल एक बढ़ते अनुपात के लिए जिम्मेदार होता है।

चरण 4:

इस समय op amp के आउटपुट को देखते हुए (ध्यान दें कि यह vo नहीं है) तरंग, यह पाया जा सकता है कि op amp के आउटपुट वेवफॉर्म में आउटपुट जीरो क्रॉसिंग से पहले और बाद में गंभीर विकृति होती है। नीचे 1MHz और 10MHz पर op amp के आउटपुट पर तरंगें हैं।

चरण 5:

पिछले तरंग की तुलना पुश-पुल आउटपुट सर्किट में क्रॉसओवर विरूपण से की जा सकती है। एक सहज व्याख्या नीचे दी गई है:

जब आउटपुट वोल्टेज अधिक होता है, तो डायोड पूरी तरह से चालू हो जाता है, जिस बिंदु पर इसमें काफी हद तक निश्चित ट्यूब वोल्टेज ड्रॉप होता है, और op amp का आउटपुट हमेशा आउटपुट वोल्टेज से एक डायोड अधिक होता है। इस बिंदु पर, op amp एक रैखिक प्रवर्धन अवस्था में काम करता है, इसलिए आउटपुट तरंग एक अच्छा हेडर वेव है।

फिलहाल आउटपुट सिग्नल शून्य को पार कर जाता है, दो डायोड में से एक कंडक्शन से कटऑफ तक जाना शुरू कर देता है, जबकि दूसरा ऑफ से ऑन तक संक्रमण करता है। इस संक्रमण के दौरान, डायोड का प्रतिबाधा बहुत बड़ा होता है और इसे एक खुले सर्किट के रूप में अनुमानित किया जा सकता है, इसलिए इस समय सेशन amp एक रैखिक स्थिति में काम नहीं करता है, लेकिन खुले लूप के करीब है। इनपुट वोल्टेज के तहत, डायोड को चालन में लाने के लिए op amp आउटपुट वोल्टेज को अधिकतम संभव दर पर बदल देगा। हालाँकि, op amp की स्लीव दर सीमित है, और डायोड को एक पल में चालू करने के लिए आउटपुट वोल्टेज को बढ़ाना असंभव है। इसके अलावा, डायोड का संक्रमण समय चालू से बंद या बंद से चालू होता है। तो आउटपुट वोल्टेज में एक अंतर है। उपरोक्त op amp के आउटपुट के तरंग से, यह देखा जा सकता है कि आउटपुट वोल्टेज को बदलने के प्रयास में आउटपुट के शून्य-क्रॉसिंग का संचालन "संघर्ष" कैसे कर रहा है। पाठ्यपुस्तकों सहित कुछ सामग्रियों का कहना है कि op amp की गहरी नकारात्मक प्रतिक्रिया के कारण, डायोड की गैर-रैखिकता मूल 1/AF तक कम हो जाती है। हालाँकि, वास्तव में, आउटपुट सिग्नल के शून्य क्रॉसिंग के पास, चूंकि op amp खुले लूप के करीब है, op amp की नकारात्मक प्रतिक्रिया के सभी सूत्र अमान्य हैं, और डायोड की गैर-रैखिकता का विश्लेषण नहीं किया जा सकता है। नकारात्मक प्रतिक्रिया सिद्धांत

यदि सिग्नल फ़्रीक्वेंसी को और बढ़ा दिया जाता है, तो न केवल स्लीव रेट की समस्या होती है, बल्कि op amp की फ़्रीक्वेंसी रिस्पॉन्स भी ख़राब हो जाता है, इसलिए आउटपुट वेवफ़ॉर्म काफी खराब हो जाता है। नीचे दिया गया आंकड़ा 50 मेगाहर्ट्ज की सिग्नल आवृत्ति पर आउटपुट तरंग दिखाता है।

चरण 6:

पिछला प्रयोग op amp AD8048 और डायोड SD101 पर आधारित था। तुलना के लिए, मैंने डिवाइस को बदलने के लिए एक प्रयोग किया।

परिणाम इस प्रकार हैं:

1. op amp को AD8047 से बदलें। op amp की बड़ी सिग्नल बैंडविड्थ (130MHz) AD8048 (160MHz) से थोड़ी कम है, स्लीव रेट भी कम है (750V/us, 8048 is 1000V/us), और ओपन-लूप गेन लगभग 1300 है, जो कि भी है 8048 के 2400 से कम।

प्रयोगात्मक परिणाम (आवृत्ति, आउटपुट औसत, इनपुट rms, और दोनों का अनुपात) इस प्रकार हैं:

1एम, 320, 711, 0.45

10एम, 280, 722, 0.39

20एम, 210, 712, 0.29

30एम, 152, 715, 0.21

यह देखा जा सकता है कि इसका 3dB क्षीणन 20MHz पर थोड़ा कम है। इस सर्किट की क्लोज्ड-लूप बैंडविड्थ लगभग 65MHz है, इसलिए 3dB का आउटपुट औसत ड्रॉप भी सर्किट के क्लोज्ड-लूप बैंडविड्थ के एक तिहाई से कम है।

2. SD101 को 2AP9, 1N4148, आदि से बदलें, लेकिन अंतिम परिणाम समान हैं, कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं है, इसलिए मैं उन्हें यहां नहीं दोहराऊंगा।

एक परिपथ भी है जो परिपथ में D2 को खोलता है जैसा कि नीचे दिखाया गया है।

चरण 7:

इसके और दो डायोड (बाद में डबल-ट्यूब सर्किट के रूप में संदर्भित) का उपयोग करने वाले सर्किट के बीच महत्वपूर्ण अंतर यह है कि डबल-ट्यूब सर्किट में, ऑपरेशनल एम्पलीफायर केवल सिग्नल के शून्य क्रॉसिंग के पास लगभग ओपन-लूप स्थिति में होता है।, और यह सर्किट (बाद में सिंगल-ट्यूब सर्किट के रूप में संदर्भित) मध्य में ऑपरेशन सिग्नल अवधि के आधे के लिए पूरी तरह से खुले लूप स्थिति में है। तो इसकी गैर-रैखिकता निश्चित रूप से डबल-ट्यूब सर्किट की तुलना में बहुत अधिक गंभीर है।

नीचे इस सर्किट का आउटपुट तरंग है:

ड्यूल-ट्यूब सर्किट के समान 100kHz में भी डायोड चालू होने पर एक गैप होता है। मूल स्थान पर कुछ धक्कों होना चाहिए। इनपुट सिग्नल सीधे दो 200 ओम प्रतिरोधों के माध्यम से प्रेषित होता है। सर्किट में थोड़ा सुधार करके इससे बचा जा सकता है। इसका उन समस्याओं से कोई लेना-देना नहीं है जिनके बारे में हम नीचे चर्चा करेंगे। यह 1 मेगाहर्ट्ज है।

चरण 8:

यह तरंग दोहरी ट्यूब सर्किट से स्पष्ट रूप से अलग है। इस आवृत्ति पर दोहरे ट्यूब सर्किट में लगभग 40 ns की देरी होती है, और इस एकल-ट्यूब सर्किट की देरी 80 ns है, और बज रहा है। इसका कारण यह है कि डायोड चालू होने से पहले op amp पूरी तरह से ओपन-लूप है, और इसका आउटपुट नकारात्मक आपूर्ति वोल्टेज के करीब है, इसलिए इसके कुछ आंतरिक ट्रांजिस्टर गहरी संतृप्ति या गहरी-बंद अवस्था में होने चाहिए। जब इनपुट शून्य को पार कर जाता है, तो ट्रांजिस्टर जो "डीप स्लीप" अवस्था में होते हैं, पहले "वेक अप" होते हैं, और फिर आउटपुट वोल्टेज को स्लीव रेट पर डायोड तक बढ़ा दिया जाता है।

कम आवृत्तियों पर, इनपुट सिग्नल की वृद्धि की दर अधिक नहीं होती है, इसलिए इन प्रक्रियाओं के प्रभाव नहीं दिखाए जाते हैं (जैसा कि ऊपर 100k के मामले में है), और आवृत्ति अधिक होने के बाद, इनपुट पर सिग्नल दर बड़ी है, इस प्रकार ट्रांजिस्टर "जागृत"। उत्तेजना वोल्टेज या करंट बढ़ेगा, जिससे रिंगिंग होती है।

चरण 9:

5 मेगाहर्ट्ज। इस आवृत्ति पर मूल रूप से कोई सुधार नहीं होता है।

चरण 10: निष्कर्ष

उपरोक्त प्रयोगों के आधार पर, निम्नलिखित निष्कर्ष निकाले जा सकते हैं:

1. जब आवृत्ति बहुत कम होती है, तो ऑप amp गहराई की नकारात्मक प्रतिक्रिया से डायोड की गैर-रैखिकता समाप्त हो जाती है, और किसी भी सर्किट को एक अच्छा सुधार प्रभाव मिल सकता है।

2. यदि आप उच्च आवृत्ति सटीक सुधार प्राप्त करना चाहते हैं, तो सिंगल-ट्यूब सर्किट स्वीकार्य नहीं है।

3. डुअल-ट्यूब सर्किट के साथ भी, op amp की स्लीव रेट और बैंडविड्थ उच्च आवृत्तियों पर सुधार सटीकता को गंभीरता से प्रभावित करेगी। यह प्रयोग कुछ शर्तों के तहत एक अनुभवजन्य संबंध उत्पन्न करता है: यदि आउटपुट की समतलता 3 डीबी होना आवश्यक है, तो सर्किट की बंद-लूप बैंडविड्थ (ऑप amp का जीबीडब्ल्यू नहीं) उच्चतम सिग्नल से कम से कम तीन गुना अधिक है आवृत्ति। चूंकि सर्किट की क्लोज्ड-लूप बैंडविड्थ हमेशा op amp के GBW से कम या उसके बराबर होती है, इसलिए उच्च आवृत्ति सिग्नल के सटीक सुधार के लिए बहुत अधिक GBW op amp की आवश्यकता होती है।

यह 3 डीबी के आउटपुट फ्लैटनेस के लिए भी एक आवश्यकता है। यदि इनपुट सिग्नल बैंड में उच्च आउटपुट फ्लैटनेस की आवश्यकता होती है, तो op amp की आवृत्ति प्रतिक्रिया अधिक होगी।

उपरोक्त परिणाम केवल इस प्रयोग की विशिष्ट स्थितियों के तहत प्राप्त किए गए थे, और ऑप amp की स्लीव दर पर विचार नहीं किया गया था, और स्लीव रेट स्पष्ट रूप से यहां एक बहुत ही महत्वपूर्ण कारक है। इसलिए, क्या यह संबंध अन्य शर्तों के तहत लागू होता है, लेखक न्याय करने की हिम्मत नहीं करता है। स्लीव रेट पर कैसे विचार किया जाए, यह भी चर्चा का अगला प्रश्न है।

हालांकि, सटीक सुधार सर्किट में, सेशन amp की बैंडविड्थ सिग्नल की उच्चतम आवृत्ति से काफी बड़ी होनी चाहिए।