تجربة تصحيح الدقة: 11 خطوة

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

لقد أجريت مؤخرًا تجربة على دائرة تصحيح الدقة وحصلت على بعض الاستنتاجات التقريبية. بالنظر إلى أن دارة مقوم الدقة هي دائرة شائعة ، فإن نتائج هذه التجربة يمكن أن توفر بعض المعلومات المرجعية.

الدائرة التجريبية على النحو التالي. مكبر الصوت التشغيلي هو AD8048 ، المعلمات الرئيسية هي: عرض نطاق إشارة كبير يبلغ 160 ميجا هرتز ، ومعدل دوران يبلغ 1000 فولت / لنا. الصمام الثنائي هو SD101 ، ديود Schottky مع وقت استرداد عكسي قدره 1ns. يتم تحديد جميع قيم المقاوم بالرجوع إلى ورقة بيانات AD8048.

الخطوة 1:

الخطوة الأولى من التجربة: افصل D2 في الدائرة أعلاه ، ماس كهربائى D1 ، واكتشف استجابة تردد الإشارة الكبيرة لمكبر التشغيل نفسه. يتم الاحتفاظ بذروة إشارة الإدخال عند حوالي 1 فولت ، ويتم تغيير التردد من 1 ميجاهرتز إلى 100 ميجاهرتز ، ويتم قياس اتساع الإدخال والإخراج باستخدام راسم الذبذبات ، ويتم حساب كسب الجهد. النتائج كما يلي:

في نطاق التردد من 1M إلى 100M ، لا يحتوي شكل الموجة على أي تشويه ملحوظ يمكن ملاحظته.

التغييرات في الكسب هي كما يلي: 1 م -1.02 ، 10 م -1.02 ، 35 م -1.06 ، 50 م -1.06 ، 70 م -1.04 ، 100 م -0.79.

يمكن ملاحظة أن تردد القطع الكبير للإشارة المغلقة 3 ديسيبل لمضخم الصوت هذا يزيد قليلاً عن 100 ميجاهرتز. تتوافق هذه النتيجة بشكل أساسي مع منحنى استجابة تردد الإشارة الكبير الوارد في دليل AD8048.

الخطوة 2:

في الخطوة الثانية من التجربة ، تمت إضافة اثنين من الثنائيات SD101A. يظل اتساع إشارة الإدخال عند ذروة 1 فولت تقريبًا أثناء قياس المدخلات والمخرجات. بعد مراقبة الشكل الموجي الناتج ، تُستخدم وظيفة قياس راسم الذبذبات أيضًا لقياس القيمة الفعالة لإشارة الإدخال ومتوسط الفترة لإشارة الخرج ، وحساب النسبة بينهما. النتائج كالتالي (البيانات هي التردد ، متوسط الإخراج بالسيارات ، جذر متوسط التربيع للإدخال بالسيارات ، ونسبتها: متوسط الإخراج / جذر متوسط التربيع):

100 كيلو هرتز ، 306 ، 673 ، 0.45

1 ميجا هرتز ، 305 ، 686 ، 0.44

5 ميجا هرتز ، 301 ، 679 ، 0.44

10 ميجا هرتز ، 285 ، 682 ، 0.42

20 ميجا هرتز ، 253 ، 694 ، 0.36

30 ميجا هرتز ، 221 ، 692 ، 0.32

50 ميجا هرتز ، 159 ، 690 ، 0.23

80 ميجا هرتز ، 123 ، 702 ، 0.18

100 ميجا هرتز ، 80 ، 710 ، 0.11

يمكن ملاحظة أن الدائرة يمكن أن تحقق تصحيحًا جيدًا عند الترددات المنخفضة ، ولكن مع زيادة التردد ، تقل دقة التصحيح تدريجياً. إذا كان الإخراج يعتمد على 100 كيلو هرتز ، فإن الإخراج قد انخفض بمقدار 3 ديسيبل عند حوالي 30 ميجا هرتز.

عرض النطاق الترددي لكسب وحدة الإشارة الكبيرة لـ AD8048 op amp هو 160 ميجا هرتز. كسب الضوضاء لهذه الدائرة هو 2 ، لذلك يبلغ عرض النطاق الترددي للحلقة المغلقة حوالي 80 ميجاهرتز (الموصوفة سابقًا ، النتيجة التجريبية الفعلية أكبر قليلاً من 100 ميجاهرتز). ينخفض متوسط خرج الإخراج المعدل بمقدار 3 ديسيبل ، وهو ما يقرب من 30 ميجاهرتز ، أي أقل من ثلث عرض النطاق الترددي للحلقة المغلقة للدائرة قيد الاختبار. بعبارة أخرى ، إذا أردنا إنشاء دارة مقوم دقيق باستواء أقل من 3 ديسيبل ، فيجب أن يكون عرض النطاق الترددي للحلقة المغلقة أعلى بثلاث مرات على الأقل من أعلى تردد للإشارة.

يوجد أدناه شكل الموجة الاختبارية. الشكل الموجي الأصفر هو شكل الموجة لطرف الإدخال vi ، والشكل الموجي الأزرق هو شكل الموجة لمخرج الإخراج vo.

الخطوه 3:

مع زيادة التردد ، تصبح فترة الإشارة أصغر وأصغر ، وتكون الفجوة مسؤولة عن نسبة متزايدة.

الخطوة الرابعة:

من خلال مراقبة خرج المرجع المرجع في هذا الوقت (لاحظ أنه ليس vo) شكل الموجة ، يمكن العثور على أن شكل الموجة الناتج من المرجع أمبير له تشويه شديد قبل وبعد عبور الناتج صفر. فيما يلي أشكال الموجة عند إخراج المرجع أمبير عند 1 ميجاهرتز و 10 ميجاهرتز.

الخطوة الخامسة:

يمكن مقارنة شكل الموجة السابق بالتشوه المتقاطع في دائرة خرج الدفع والسحب. يتم تقديم تفسير بديهي أدناه:

عندما يكون جهد الخرج مرتفعًا ، يتم تشغيل الصمام الثنائي بالكامل ، وعند هذه النقطة يكون لديه انخفاض كبير في جهد الأنبوب الثابت ، ويكون خرج المرجع أمبير دائمًا أعلى من جهد الخرج. في هذه المرحلة ، يعمل المرجع أمبير في حالة تضخيم خطي ، وبالتالي فإن شكل الموجة الناتج هو موجة رأس جيدة.

في اللحظة التي تتجاوز فيها إشارة الخرج الصفر ، يبدأ أحد الثنائيين بالمرور من التوصيل إلى القطع ، بينما ينتقل الآخر من وضع الإيقاف إلى التشغيل. أثناء هذا الانتقال ، تكون مقاومة الصمام الثنائي كبيرة للغاية ويمكن تقريبها كدائرة مفتوحة ، لذلك لا يعمل المرجع المرجع في هذا الوقت في حالة خطية ، ولكنه قريب من الحلقة المفتوحة. تحت جهد الدخل ، سيغير المرجع أمبير جهد الخرج بأقصى معدل ممكن لجلب الصمام الثنائي إلى التوصيل. ومع ذلك ، فإن معدل العدد الكبير من المرجع أمبير محدود ، ومن المستحيل رفع جهد الخرج لتشغيل الصمام الثنائي في لحظة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الصمام الثنائي له فترة انتقالية من التشغيل إلى الإيقاف أو من الإيقاف إلى التشغيل. لذلك هناك فجوة في جهد الخرج. من الشكل الموجي لإخراج المرجع أعلاه ، يمكن أن نرى كيف أن عملية التقاطع الصفري للإخراج "تكافح" في محاولة لتغيير جهد الخرج. تقول بعض المواد ، بما في ذلك الكتب المدرسية ، أنه نظرًا لردود الفعل السلبية العميقة لمكبر الصوت ، يتم تقليل اللاخطية للديود إلى 1 / AF الأصلي. ومع ذلك ، في الواقع ، بالقرب من التقاطع الصفري لإشارة الخرج ، نظرًا لأن op amp قريب من الحلقة المفتوحة ، فإن جميع الصيغ الخاصة بالتعليقات السلبية لـ op amp غير صالحة ، ولا يمكن تحليل اللاخطية للديود بواسطة مبدأ ردود الفعل السلبية.

إذا تم زيادة تردد الإشارة بشكل أكبر ، فليس فقط مشكلة معدل الدوران ، ولكن استجابة التردد للمرجع نفسه تتدهور أيضًا ، وبالتالي يصبح شكل الموجة الناتج سيئًا للغاية. يوضح الشكل أدناه شكل الموجة الناتج بتردد إشارة يبلغ 50 ميجا هرتز.

الخطوة السادسة:

استندت التجربة السابقة إلى المرجع أمبير AD8048 والصمام الثنائي SD101. للمقارنة ، أجريت تجربة لاستبدال الجهاز.

النتائج كما يلي:

1. استبدل المرجع بـ AD8047. عرض النطاق الترددي الكبير لإشارة المرجع (130 ميجاهرتز) أقل قليلاً من AD8048 (160 ميجاهرتز) ، ومعدل الدوران أقل أيضًا (750 فولت / لنا ، 8048 هو 1000 فولت / أمريكي) ، وكسب الحلقة المفتوحة حوالي 1300 ، وهو أيضًا أقل من 8048 في 2400..

النتائج التجريبية (التردد ، متوسط الإخراج ، جذر متوسط التربيع للإدخال ، ونسبة الاثنين) هي كما يلي:

1 م ، 320 ، 711 ، 0.45

10 م ، 280 ، 722 ، 0.39

20 م ، 210 ، 712 ، 0.29

30 م ، 152 ، 715 ، 0.21

يمكن ملاحظة أن التوهين ثلاثي الأبعاد أقل من 20 ميجاهرتز. يبلغ عرض النطاق الترددي للحلقة المغلقة لهذه الدائرة حوالي 65 ميجاهرتز ، وبالتالي فإن متوسط انخفاض الناتج بمقدار 3 ديسيبل هو أيضًا أقل من ثلث عرض النطاق الترددي للحلقة المغلقة للدائرة.

2. استبدل SD101 بـ 2AP9 ، 1N4148 ، إلخ ، لكن النتائج النهائية متشابهة ، لا يوجد فرق جوهري ، لذا لن أكررها هنا.

هناك أيضًا دائرة تفتح D2 في الدائرة كما هو موضح أدناه.

الخطوة السابعة:

يتمثل الاختلاف المهم بينه وبين الدائرة باستخدام صمامين ثنائيين (يشار إليهما فيما يلي بدائرة الأنبوب المزدوج) في أنه في دائرة الأنبوب المزدوج ، يكون مضخم التشغيل في حالة حلقة مفتوحة تقريبًا بالقرب من عبور الصفر للإشارة ، وهذه الدائرة (المشار إليها فيما يلي بدائرة أحادية الأنبوب) تكون العملية في المنتصف في حالة حلقة مفتوحة تمامًا لنصف فترة الإشارة. لذا فإن اللاخطية هي بالتأكيد أكثر خطورة من دارة الأنبوب المزدوج.

يوجد أدناه شكل الموجة الناتج لهذه الدائرة:

100 كيلو هرتز ، على غرار الدائرة ذات الأنبوب المزدوج ، بها فجوة أيضًا عند تشغيل الصمام الثنائي. يجب أن يكون هناك بعض النتوءات في المكان الأصلي. يتم إرسال إشارة الإدخال مباشرة من خلال مقاومين 200 أوم. يمكن تجنبه عن طريق تحسين الدائرة بشكل طفيف. لا علاقة له بالمشاكل التي سنناقشها أدناه. إنه 1 ميجا هرتز.

الخطوة الثامنة:

يختلف شكل الموجة هذا بشكل واضح عن دائرة الأنبوب المزدوج. الدائرة ذات الأنبوب المزدوج لها تأخير يبلغ حوالي 40 نانوثانية عند هذا التردد ، وتأخير هذه الدائرة أحادية الأنبوب 80 نانوثانية ، وهناك رنين. والسبب هو أن op amp مفتوح تمامًا قبل تشغيل الصمام الثنائي ، وإخراجها قريب من جهد الإمداد السالب ، لذلك يجب أن تكون بعض الترانزستورات الداخلية في حالة تشبع عميق أو حالة غاطسة. عندما يتجاوز المدخل الصفر ، فإن الترانزستورات التي تكون في حالة "النوم العميق" هي أولاً "تستيقظ" ، ثم يتم رفع جهد الخرج إلى الصمام الثنائي بمعدل كبير.

عند الترددات المنخفضة ، يكون معدل ارتفاع إشارة الإدخال غير مرتفع ، لذلك لا تظهر تأثيرات هذه العمليات (كما هو الحال مع 100k أعلاه) ، وبعد أن يكون التردد مرتفعًا ، يكون معدل الإشارة عند الإدخال كبيرًا ، وبالتالي "إيقاظ" الترانزستور. سيزداد جهد الإثارة أو التيار ، مما يسبب الرنين.

الخطوة 9:

5 ميجا هرتز. لا يوجد تصحيح في الأساس عند هذا التردد.

الخطوة 10: الخاتمة

بناءً على التجارب المذكورة أعلاه ، يمكن استخلاص الاستنتاجات التالية:

1. عندما يكون التردد منخفضًا جدًا ، يتم التخلص من اللاخطية للديود من خلال ردود الفعل السلبية لعمق المرجع المرجع ، ويمكن لأي دائرة الحصول على تأثير تصحيح جيد.

2. إذا كنت ترغب في تحقيق تصحيح دقة تردد أعلى ، فإن الدائرة أحادية الأنبوب غير مقبولة.

3. حتى مع الدوائر ذات الأنبوب المزدوج ، فإن معدل التدفق وعرض النطاق الترددي لمكبر الصوت سيؤثر بشكل خطير على دقة التصحيح عند الترددات الأعلى. تنتج هذه التجربة علاقة تجريبية في ظل ظروف معينة: إذا كان تسطيح الناتج مطلوبًا ليكون 3 ديسيبل ، فإن عرض النطاق الترددي للحلقة المغلقة للدائرة (وليس GBW للمرجع المرجع) أكبر بثلاث مرات على الأقل من أعلى إشارة تردد. نظرًا لأن عرض النطاق الترددي للحلقة المغلقة للدائرة دائمًا ما يكون أقل من أو يساوي GBW من المرجع أمبير ، فإن التصحيح الدقيق لإشارة التردد العالي يتطلب مضخمًا عاليًا جدًا من GBW.

هذا أيضًا شرط لتسطيح الإخراج بمقدار 3 ديسيبل. إذا كانت هناك حاجة إلى تسطيح خرج أعلى في نطاق إشارة الإدخال ، فستكون استجابة تردد المرجع المرجع أعلى.

تم الحصول على النتائج المذكورة أعلاه فقط في ظل الظروف المحددة لهذه التجربة ، ولم يتم النظر في معدل العدد الكبير من المرجع أمبير ، ومن الواضح أن معدل العدد الكبير هو عامل مهم للغاية هنا. لذلك ، وسواء كانت هذه العلاقة قابلة للتطبيق في ظل ظروف أخرى ، فإن صاحب البلاغ لا يجرؤ على الحكم. كيفية النظر في معدل العدد الكبير هو أيضًا السؤال التالي الذي يجب مناقشته.

ومع ذلك ، في دائرة تصحيح الدقة ، يجب أن يكون عرض النطاق الترددي لمضخم الصوت أكبر بكثير من أعلى تردد للإشارة.