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精密整流为何会失真?

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captzs|  楼主 | 2017-2-14 22:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 captzs 于 2017-2-14 23:23 编辑

        精密整流为何会失真
     1),幅度小于二极管的弱小信号为何可以整流?
E波经运放A放大的Ua波大于二极管压降Vo至a点,就能通过Da、运放B输出U波与E波一样(如重叠黑线),当Ua下降至Vo如b点,U跌到0,与E波同一点过0,Ua波保持同步大于E波一个Vo,经二极管后即减去一个Vo实现弱小信号整流。

精密整流.GIF

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captzs|  楼主 | 2017-2-14 22:01 | 显示全部楼层
2),失真不可避免
实际电路不可能象上述那样理想,运放的延时,二极管结电容和渡越时间(Transit Time)造成的延时,导致Ua波输出如绿线。Ua波过0延时,再延时上升到a点,相邻两半波过0就不同一点,而且两点之间的幅度电压不为0,失真就不可避免,只是大小而已。

精密整流a.GIF

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captzs|  楼主 | 2017-2-14 22:02 | 显示全部楼层
3),除非有理想运放和不延时的二极管,或者信号频率很低,或者信号幅度大,失真就可以忽略。

精密整流b.GIF

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captzs|  楼主 | 2017-2-15 10:20 | 显示全部楼层
       4),增益1运放搭建的精密整流电路
两个开环增益1的运放单电源供电,交替传输正负半周实现全波精密整流,输出幅度是输入Vp的一半,电阻调0各自运放的输出失调电压。下图是输入1MHz/1mv正弦波的精密整流,从展开图可见几乎不失真。运放的压摆率和GBW决定失真大小。运放轮流工作,输出端可以直接相连接,也可以通过电阻相接后输出。

精密整流c.GIF

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captzs|  楼主 | 2017-2-15 22:30 | 显示全部楼层
             5),比较器精密整流电路
当输入信号频率高达几百MHz甚至上G,运放的参数难于胜任,就只能采用比较器,电路放大倍数G=A*Rb/2Ra。设比较器放大倍数A=2e+5,即G=(2e+5)1/2000=100;比较器传输延时,TRR=TRF=TR=TF=1e-9s,输入正弦波2GHz,Vp=1mv,输出100mv如图。

精密整流d.GIF

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captzs|  楼主 | 2017-2-16 10:04 | 显示全部楼层
      **),如何计算电路带宽
   参照运放压摆率单位时间电压的改变量定义,比较器压摆率=VOH/(TRR+TR)或者VOH/(TRF+TF),选择小者(式中参数如下表)。
例如上节电路,VOH=10v,TRR=TRF=TR=TF=1e-9s,压摆率=10v/2e-9s=5e+9v/s,即不失真传输正弦波的最大斜率SR=5e+9v/s,按照斜率公式SR=2πfVp移项得f=SR/2πVp,上节单个比较器G=A*Rb/Ra=200,则Vp=E*G=0.2v,代入f=5e-9/6.28*0.2=3.98e+9Hz,即电路带宽允许不失真传输正弦波频率3.98GHz。可参照运放相关取值原则。

精密整流e.GIF

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gmchen| | 2017-2-16 13:45 | 显示全部楼层
无法看懂C和D两个电路。而且,AD9630根本就没有反相输入端!

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captzs 2017-2-16 14:31 回复TA
看不懂是指文字表述不清楚?还是电路? 
captzs 2017-2-16 14:29 回复TA
我的仿真ad9630有两个输入端,如果你的没有,可以用任何开环增益1的运放。 
captzs|  楼主 | 2017-2-16 15:13 | 显示全部楼层
gmchen 发表于 2017-2-16 13:45
无法看懂C和D两个电路。而且,AD9630根本就没有反相输入端!

你的意思是运放单电源供电,没有反输入端。只有这样才能“整流”。
应该你对运放的理解错误,单电源运放是不能得到反向电压输出信号。
单电源.GIF

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gmchen| | 2017-2-16 15:52 | 显示全部楼层
呵呵,原来是用单电源运放。
第一、你前面的帖子并没有指出这一点,所以才表示看不懂。
第二、单电源运放这样用,实际上每个周期都有在开环与闭环之间变化,难道这个变化就是理想的?8楼的波形图似乎已经说明这一点。

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captzs 2017-2-16 16:00 回复TA
运放开环增益1。 
gmchen| | 2017-2-16 16:12 | 显示全部楼层
增益为1的就是所谓的缓冲器,其实内部也是有多级晶体管的。
输出在其允许的电压范围内时,内部的晶体管都处于放大状态,输出越出其允许范围后,必然有部分晶体管要工作到截止或饱和状态。

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gmchen| | 2017-2-16 16:13 | 显示全部楼层
其实,缓冲器内部还是闭环的,只不过外部看不到反馈元件罢了。

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captzs|  楼主 | 2017-2-17 11:12 | 显示全部楼层
             **),减小输出幅度电压以提高电路带宽
按照关系式f=SR/2πVp,减小正弦波的输出电压Vp,即减小相关电路放大倍数G,可以提高电路带宽,允许输入更高频率的正弦波实现精密整流,按照上述参数,G=(2e+5)(1e-1)/(1e+3)=20,即Vp=0.001*20=0.02v,则f=(5e+9)/6.28*0.02=39.8GHz。由于示波器最小步长限制,用10GHz仿真如下,纸上谈兵,当然有待电路板实验验证。可以考虑用于倍频。

精密整流f.GIF

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chq_yanxue| | 2017-9-12 21:20 | 显示全部楼层
@captzs 请问大侠,能否把您搭建的全波整流电路的文件发出来吗?谢谢!想认真学习一下

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bilion| | 2018-10-15 11:39 | 显示全部楼层
captzs 发表于 2017-2-15 22:30
5),比较器精密整流电路 当输入信号频率高达几百MHz甚至上G,运放的参数难于胜任,就只能采用 ...

这个有没有具体的电路,使用LTspice仿真了几个高速比较器均未果

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captzs|  楼主 | 2018-10-15 12:45 | 显示全部楼层
bilion 发表于 2018-10-15 11:39
这个有没有具体的电路,使用LTspice仿真了几个高速比较器均未果

这是仿真,贴出来为了有所启发,得到电路板求证是否可以。感谢gmchen网友关于缓冲器的指正。

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戈卫东| | 2018-10-15 13:24 | 显示全部楼层
captzs 发表于 2017-2-15 10:20
4),增益1运放搭建的精密整流电路 两个开环增益1的运放单电源供电,交替传输正负半周实现全波精密整 ...

为什么我看到的AD9630只有一个输入。。。。。

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captzs 2018-10-15 17:27 回复TA
对。我的仿真件将缓冲器都画出3端,gmchen纠正这个错误,M大也曾经帖过图,这就是我在15楼感谢他的原因。 
戈卫东| | 2018-10-15 18:54 | 显示全部楼层
你的AD9630模型哪里来的,跟实际器件差太多了。
它不能输出到接近负电源的。。。

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captzs|  楼主 | 2018-10-15 18:59 | 显示全部楼层
这是EWB仿真软件器件库的元件。

ad.GIF

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戈卫东| | 2018-10-15 19:15 | 显示全部楼层
captzs 发表于 2018-10-15 18:59
这是EWB仿真软件器件库的元件。

对啊。
正负5V供电,输出摆幅最大正负3.6.。。

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戈卫东| | 2018-10-15 19:16 | 显示全部楼层
你的仿真工具并没有处理这个问题。
大概它总是假定电源没问题?

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