精密整流電路實(shí)驗(yàn),你看懂了嗎?
發(fā)布時(shí)間:2019-06-12 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】本文是詳述關(guān)于精密整流電路的實(shí)驗(yàn)的一些粗淺結(jié)論,考慮到精密整流電路是一個(gè)常見(jiàn)的電路,想了解更詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,文中有圖文詳解。
本文是詳述關(guān)于精密整流電路的實(shí)驗(yàn)的一些粗淺結(jié)論,考慮到精密整流電路是一個(gè)常見(jiàn)的電路,想了解更詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,文中有圖文詳解。
實(shí)驗(yàn)電路如下。其中運(yùn)放為AD8048,主要參數(shù)為:大信號(hào)帶寬160MHz,壓擺率1000V/us。二極管是SD101,肖特基二極管,反向恢復(fù)時(shí)間1ns。所有電阻值參照AD8048的數(shù)據(jù)手冊(cè)確定。
實(shí)驗(yàn)第一步:在上述電路中斷開(kāi)D2,短路D1,檢測(cè)運(yùn)放本身的大信號(hào)頻響。輸入信號(hào)峰值保持在1V左右,頻率從1MHz變化到100MHz,用示波器測(cè)量輸入輸出幅度,并計(jì)算電壓增益。結(jié)果如下:
在1M到100M頻率范圍內(nèi),波形均無(wú)可觀察到的明顯失真。
增益變化如下:1M-1.02,10M-1.02,35M-1.06,50M-1.06,70M-1.04,100M-0.79.
可見(jiàn)此運(yùn)放的大信號(hào)閉環(huán)3分貝截止頻率大約在100MHz多一點(diǎn)。這個(gè)結(jié)果基本符合AD8048手冊(cè)給出的大信號(hào)頻響曲線(xiàn)。
實(shí)驗(yàn)第二步,加入兩個(gè)二極管SD101A。輸入信號(hào)幅度仍然保持在1V峰值左右,同時(shí)測(cè)量輸入與輸出。在觀察輸出波形后,還利用示波器的測(cè)量功能,測(cè)量了輸入信號(hào)的有效值與輸出信號(hào)的周期平均值,并計(jì)算它們的比值。結(jié)果如下(數(shù)據(jù)依次是頻率、輸出平均值mV、輸入有效值mV、以及它們的比值:輸出平均值/輸入有效值):
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
可見(jiàn),在低頻時(shí)該電路可以很好地實(shí)現(xiàn)精密整流,但是隨著頻率的升高,整流精度逐漸下降。若以100kHz的輸出為基準(zhǔn),則大概在30MHz時(shí)輸出已經(jīng)下降了3dB。
運(yùn)放AD8048的大信號(hào)單位增益帶寬是160MHz,此電路的噪聲增益為2,所以閉環(huán)帶寬約為80MHz(前面已經(jīng)介紹,實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是略大于100MHz)。整流輸出平均值下降3分貝的頻率大約是30MHz,不到被測(cè)試電路的閉環(huán)帶寬的三分之一。換言之,若我們要做一個(gè)平坦度在3dB以?xún)?nèi)的精密整流電路,電路的閉環(huán)帶寬至少應(yīng)該是信號(hào)最高頻率的三倍以上。
下面是測(cè)試波形。黃色波形是輸入端vi的波形,藍(lán)色波形是輸出端vo的波形。
在頻率很低時(shí),輸出波形是一個(gè)接近完整的半波整流波形(饅頭波)。但是隨著頻率的升高,輸出波形發(fā)生畸變。首先是在饅頭波開(kāi)始的地方,也就是二極管開(kāi)始導(dǎo)通的時(shí)刻,輸出波形有一個(gè)缺口。
隨著頻率的升高,信號(hào)周期越來(lái)越小,這個(gè)缺口占的比例就越來(lái)越大。
觀察此時(shí)運(yùn)放的輸出端(注意不是vo)波形,可以發(fā)現(xiàn)在輸出過(guò)零的前后,運(yùn)放的輸出波形有嚴(yán)重的畸變。下面就是頻率為1MHz與10MHz時(shí)運(yùn)放輸出端的波形。
可以將前面的波形與推挽輸出電路中的交越失真比較。下面給出一個(gè)直觀的解釋?zhuān)?/div>
在輸出電壓較高時(shí),二極管完全導(dǎo)通,此時(shí)它有一個(gè)基本固定的管壓降,運(yùn)放的輸出始終比輸出電壓高一個(gè)二極管的管壓降。此時(shí)運(yùn)放工作在線(xiàn)性放大狀態(tài),所以輸出波形是個(gè)很好的饅頭波。
在輸出信號(hào)過(guò)零的時(shí)刻,兩個(gè)二極管中的一個(gè)開(kāi)始從導(dǎo)通過(guò)渡到截止,而另一個(gè)從截止過(guò)渡到導(dǎo)通。在這個(gè)過(guò)渡期間,二極管的阻抗極大,可以近似認(rèn)為開(kāi)路,因此此時(shí)的運(yùn)放并沒(méi)有工作在線(xiàn)性狀態(tài),而是接近開(kāi)環(huán)。在輸入電壓的作用下,運(yùn)放將以可能的最大速率改變輸出電壓使得二極管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。但是運(yùn)放的壓擺率是有限的,它不可能在瞬間將輸出電壓提升到使得二極管導(dǎo)通。另外二極管從導(dǎo)通到截止或從截止到導(dǎo)通都有過(guò)渡時(shí)間。所以輸出電壓就出現(xiàn)了一個(gè)缺口。從上面運(yùn)放輸出端的波形可以看出,運(yùn)放在輸出過(guò)零的時(shí)刻是如何“努力”地企圖改變輸出電壓的。
有些材料包括教科書(shū)都介紹說(shuō),由于運(yùn)放的深度負(fù)反饋,二極管的非線(xiàn)性被減弱到原來(lái)的1/AF。但是實(shí)際上在輸出信號(hào)過(guò)零時(shí)刻附近,由于運(yùn)放接近開(kāi)環(huán),所有關(guān)于運(yùn)放負(fù)反饋的公式都是失效的,根本不能用負(fù)反饋原理來(lái)分析二極管的非線(xiàn)性。
如果信號(hào)頻率進(jìn)一步提高,那么不僅是壓擺率的問(wèn)題,運(yùn)放本身的頻響也在劣化,所以輸出波形就變得相當(dāng)糟糕。下圖是信號(hào)頻率50MHz時(shí)的輸出波形。
前面的實(shí)驗(yàn)基于運(yùn)放AD8048和二極管SD101。為了比較,我做了更換器件的實(shí)驗(yàn),結(jié)果如下:
一、將運(yùn)放換成AD8047。此運(yùn)放的大信號(hào)帶寬(130MHz)略低于AD8048(160MHz),壓擺率也低一些(750V/us,8048為1000V/us),開(kāi)環(huán)增益1300左右,也比8048的2400左右低一些。實(shí)驗(yàn)結(jié)果(頻率、輸出平均值、輸入有效值、兩者的比值)如下:
1M,320,711,0.45
10M,280,722,0.39
20M,210,712,0.29
30M,152,715,0.21
可見(jiàn)它的3dB衰減大約在20MHz不到一點(diǎn)的地方。此電路的閉環(huán)帶寬約為65MHz,所以輸出平均值下降3分貝的頻率也是小于電路閉環(huán)帶寬的三分之一。
二、用2AP9,1N4148等替換SD101,但是最后得到的結(jié)果都差不多,沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的差別,所以這里就不再贅述。
另外還有一個(gè)電路,就是將電路中的D2開(kāi)路,如下圖所示。
它與采用兩個(gè)二極管的電路(以下簡(jiǎn)稱(chēng)雙管電路)的重要區(qū)別是:雙管電路中,運(yùn)放僅僅在信號(hào)過(guò)零附近處于近似開(kāi)環(huán)的狀態(tài),而這個(gè)電路(以下簡(jiǎn)稱(chēng)單管電路)中的運(yùn)放在半個(gè)信號(hào)周期內(nèi)都處于完全開(kāi)環(huán)狀態(tài)。所以它的非線(xiàn)性肯定比雙管電路的嚴(yán)重得多。
下面是這個(gè)電路的輸出波形:
100kHz,與雙管電路差不多,也是在二極管導(dǎo)通時(shí)有一個(gè)缺口。原來(lái)應(yīng)該平的地方有些凸起,那是輸入信號(hào)直接通過(guò)兩個(gè)200歐的電阻傳過(guò)來(lái)的,在電路上稍作改進(jìn)就可以避免,它與我們下面要討論的問(wèn)題無(wú)關(guān),就不去管它了。
1MHz。這個(gè)波形就明顯與雙管電路不同了。雙管電路在這個(gè)頻率下大概有40ns的延時(shí),而這個(gè)單管電路的延時(shí)達(dá)80ns,且有振鈴現(xiàn)象。究其原因,是在二極管導(dǎo)通前運(yùn)放完全處于開(kāi)環(huán)狀態(tài),其輸出接近負(fù)電源電壓,所以其內(nèi)部的某些晶體管一定是處于深度飽和或深度截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)輸入過(guò)零后,首先要將那些處于“深睡眠”狀態(tài)的晶體管“喚醒”,然后才是按照壓擺率將輸出電壓抬高到使二極管導(dǎo)通。
在頻率較低時(shí),輸入信號(hào)的上升速率不高,所以這些過(guò)程的影響顯示不出來(lái)(上面100k的情況就是如此),而頻率高了以后,輸入端的信號(hào)速率大了,那樣“喚醒”晶體管的激勵(lì)電壓或電流將加大,就導(dǎo)致了振鈴現(xiàn)象的發(fā)生。
5MHz。這個(gè)頻率下已經(jīng)基本沒(méi)有整流作用了。
綜合以上幾個(gè)實(shí)驗(yàn),大致可以得出以下結(jié)論:
一、在頻率很低時(shí),二極管的非線(xiàn)性在運(yùn)放深度負(fù)反饋的作用下被消除,無(wú)論哪種電路都可以得到很好的整流效果。
二、若要實(shí)現(xiàn)較高頻率的精密整流,單管電路是不行的。
三、即使采用雙管電路,運(yùn)放的壓擺率、帶寬等指標(biāo)將嚴(yán)重影響頻率較高時(shí)的整流精度。本實(shí)驗(yàn)在特定的條件下得到一個(gè)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系:若要求輸出的平坦度為3分貝,則電路的閉環(huán)帶寬(不是運(yùn)放的GBW)至少大于最高信號(hào)頻率的三倍。由于電路的閉環(huán)帶寬總是小于等于運(yùn)放的GBW,所以高頻信號(hào)的精密整流需要很高GBW的運(yùn)放。
這還是輸出的平坦度為3分貝時(shí)的要求,如果在輸入信號(hào)頻帶內(nèi)要求有更高的輸出平坦度,那么對(duì)運(yùn)放的頻響將有更高的要求。
上述結(jié)果僅僅是在本實(shí)驗(yàn)這個(gè)特定條件下得到的,而且還沒(méi)有考慮運(yùn)放的壓擺率,而壓擺率顯然在這里是十分重要的因素。所以這個(gè)關(guān)系在其他條件下是否適用,筆者不敢妄下判斷。如何將壓擺率考慮進(jìn)去,也是下一步要討論的問(wèn)題。
不過(guò)無(wú)論如何,在精密整流電路中,運(yùn)放的帶寬應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號(hào)最高頻率這一點(diǎn)是無(wú)疑的。
特別推薦
- 克服碳化硅制造挑戰(zhàn),助力未來(lái)電力電子應(yīng)用
- 了解交流電壓的產(chǎn)生
- 單結(jié)晶體管符號(hào)和結(jié)構(gòu)
- 英飛凌推出用于汽車(chē)應(yīng)用識(shí)別和認(rèn)證的新型指紋傳感器IC
- Vishay推出負(fù)載電壓達(dá)100 V的業(yè)內(nèi)先進(jìn)的1 Form A固態(tài)繼電器
- 康佳特推出搭載AMD 銳龍嵌入式 8000系列的COM Express緊湊型模塊
- 村田推出3225尺寸車(chē)載PoC電感器LQW32FT_8H系列
技術(shù)文章更多>>
- “扒開(kāi)”超級(jí)電容的“外衣”,看看超級(jí)電容“超級(jí)”在哪兒
- DigiKey 誠(chéng)邀各位參會(huì)者蒞臨SPS 2024?展會(huì)參觀交流,體驗(yàn)最新自動(dòng)化產(chǎn)品
- 提前圍觀第104屆中國(guó)電子展高端元器件展區(qū)
- 高性能碳化硅隔離柵極驅(qū)動(dòng)器如何選型,一文告訴您
- 貿(mào)澤電子新品推薦:2024年第三季度推出將近7000個(gè)新物料
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
- 車(chē)規(guī)與基于V2X的車(chē)輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車(chē)安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車(chē)模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車(chē)用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門(mén)搜索
友情鏈接(QQ:317243736)
我愛(ài)方案網(wǎng) ICGOO元器件商城 創(chuàng)芯在線(xiàn)檢測(cè) 芯片查詢(xún) 天天IC網(wǎng) 電子產(chǎn)品世界 無(wú)線(xiàn)通信模塊 控制工程網(wǎng) 電子開(kāi)發(fā)網(wǎng) 電子技術(shù)應(yīng)用 與非網(wǎng) 世紀(jì)電源網(wǎng) 21ic電子技術(shù)資料下載 電源網(wǎng) 電子發(fā)燒友網(wǎng) 中電網(wǎng) 中國(guó)工業(yè)電器網(wǎng) 連接器 礦山設(shè)備網(wǎng) 工博士 智慧農(nóng)業(yè) 工業(yè)路由器 天工網(wǎng) 乾坤芯 電子元器件采購(gòu)網(wǎng) 亞馬遜KOL 聚合物鋰電池 工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備 企業(yè)查詢(xún) 工業(yè)路由器 元器件商城 連接器 USB中文網(wǎng) 今日招標(biāo)網(wǎng) 塑料機(jī)械網(wǎng) 農(nóng)業(yè)機(jī)械 中國(guó)IT產(chǎn)經(jīng)新聞網(wǎng) 高低溫試驗(yàn)箱
?
關(guān)閉
?
關(guān)閉