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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 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
整流, 二极管, 信号, 运放, 压降
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。

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沙发
captzs|  楼主 | 2017-2-14 22:01 | 只看该作者
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。

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板凳
captzs|  楼主 | 2017-2-14 22:02 | 只看该作者
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。

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地板
captzs|  楼主 | 2017-2-15 10:20 | 只看该作者
       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。

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5楼
captzs|  楼主 | 2017-2-15 22:30 | 只看该作者
             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。

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6楼
captzs|  楼主 | 2017-2-16 10:04 | 只看该作者
      **)，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。

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7楼
gmchen| | 2017-2-16 13:45 | 只看该作者
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。 
8楼
captzs|  楼主 | 2017-2-16 15:13 | 只看该作者
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。

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9楼
gmchen| | 2017-2-16 15:52 | 只看该作者
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。 
10楼
gmchen| | 2017-2-16 16:12 | 只看该作者
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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11楼
gmchen| | 2017-2-16 16:13 | 只看该作者
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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12楼
captzs|  楼主 | 2017-2-17 11:12 | 只看该作者
             **)，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。

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13楼
chq_yanxue| | 2017-9-12 21:20 | 只看该作者
@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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14楼
bilion| | 2018-10-15 11:39 | 只看该作者
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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15楼
captzs|  楼主 | 2018-10-15 12:45 | 只看该作者
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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16楼
戈卫东| | 2018-10-15 13:24 | 只看该作者
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。 
17楼
戈卫东| | 2018-10-15 18:54 | 只看该作者
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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18楼
captzs|  楼主 | 2018-10-15 18:59 | 只看该作者
这是EWB仿真软件器件库的元件。


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19楼
戈卫东| | 2018-10-15 19:15 | 只看该作者
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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20楼
戈卫东| | 2018-10-15 19:16 | 只看该作者
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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