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[电路/定理]

凑个热闹,发个精密整流的实验帖子

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楼主: gmchen
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gmchen|  楼主 | 2019-6-5 20:58 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览
如果信号频率进一步提高,那么不仅是压摆率的问题,运放本身的频响也在劣化,所以输出波形就变得相当糟糕。下图是信号频率50MHz时的输出波形。

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叶春勇| | 2019-6-5 21:03 | 只看该作者
gmchen 发表于 2019-6-5 20:52
可以将前面的波形与推挽输出电路中的交越失真比较。下面给出一个直观的解释:
在输出电压较高时,二极管完 ...

这段分析,终于明白了点。运放“努力”提高电压

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叶春勇| | 2019-6-5 21:09 | 只看该作者
king5555 发表于 2019-5-30 15:56
楼主这位敎师算是严谨的,也是有充足的学识,其实验有可靠的水准。况且他并非針对您而來的,您还是多多参 ...

终于看懂你说的话了,你最先发现的

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maychang| | 2019-6-5 21:16 | 只看该作者
叶春勇 发表于 2019-6-5 20:53
你以前做过类似试验吗?

做过。
不过,运放可没有这么好,是性能很差的LM358,示波器也是20MHz的模拟示波器。

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gmchen|  楼主 | 2019-6-5 21:18 | 只看该作者
前面的实验结果,都是基于首帖的电路,其中运放是AD8048,二极管是SD101。为了比较,我做了更换器件的实验,结果如下:
1、将运放换成AD8047。此运放的大信号带宽(130MHz)略低于AD8048(160MHz),压摆率也低一些(750V/us,8048为1000V/us),开环增益(1300左右)也比8048的(2400左右)低一些。实验结果(频率、输出平均值、输入有效值、前两者的比值)如下:
1M,320,711,0.45
10M,280,722,0.39
20M,210,712,0.29
30M,152,715,0.21
可见它的3dB衰减大约在20MHz不到一点的地方

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gmchen|  楼主 | 2019-6-5 21:19 | 只看该作者
我还用2AP9,1N4148等替换过SD101,最后得到的结果都差不多,没有实质性的差别,所以这里就不再贴出来了。

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叶春勇| | 2019-6-5 21:27 | 只看该作者
maychang 发表于 2019-6-5 21:16
做过。
不过,运放可没有这么好,是性能很差的LM358,示波器也是20MHz的模拟示波器。 ...

我看了你那个视频,你那个年代的电路很好玩。还有那个机械触点同步整流,非常吃惊。
现在我们年轻一辈都是集成电路奴隶,要搞数字化。

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gmchen|  楼主 | 2019-6-5 22:04 | 只看该作者
另外还有一个电路,就是将首帖的电路中的D2开路,也有些书上将它称为半波整流的。
它与采用两个二极管的电路(以下简称双管电路,其实也是半波整流)的重要区别是:双管电路中,运放仅仅在信号过零附近处于近似开环的状态,而这个电路(以下简称单管电路)中的运放在半个信号周期内都处于完全开环状态。所以它的非线性肯定比双管电路的严重得多。
下面是这个电路的输出波形:
100kHz,与双管电路差不多,也是在二极管导通时有一个缺口。原来应该平的地方有些凸起,那是输入信号直接通过量200欧的电阻过来的,在电路上稍作改进就可以避免,它与我们下面要讨论的问题无关,就不去管它了。


1MHz。这个波形就明显与双管电路不同了。双管电路在这个频率下大概有40ns的延时,而这个单管电路的延时达80ns,且有振铃现象。究其原因,就是在这个二极管导通前,运放完全处于开环状态,其输出接近负电源电压,所以其内部的某些晶体管一定是处于深度饱和或深度截止状态。当输入过零后,首先要将那些处于“深睡眠”状态的晶体管“唤醒”,然后才是按照压摆率将输出电压抬高到使二极管导通。在频率较低时,输入信号的上升速率不高,所以这些过程的影响显示不出来(上面100k的情况就是如此),而频率高了以后,输入端的信号速率大了,那样“唤醒”晶体管的激励(电压或电流)将加大,就导致了振铃现象的发生。


5MHz。这个频率下已经基本没有整流作用了。

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gmchen|  楼主 | 2019-6-5 22:16 | 只看该作者
本帖最后由 gmchen 于 2019-6-5 22:33 编辑

综合以上几个实验,大致可以得出以下结论:
一、在频率很低时,二极管的非线性在运放深度负反馈的作用下被消除,无论哪种电路都可以得到很好的整流效果。
二、若要实现较高频率的精密整流,单管电路是不行的。即使采用双管电路,运放的压摆率、带宽等指标将严重影响结果的精度。本实验在特定的条件下得到一个经验关系:若要求输出的平坦度为3分贝,则运放的闭环带宽至少大于最高信号频率的三倍。但是这个关系在其他条件下是否适用,笔者不敢妄下判断。

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叶春勇| | 2019-6-5 22:24 | 只看该作者
楼主辛苦了,顶贴

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gmchen|  楼主 | 2019-6-6 07:07 | 只看该作者
晚上又想了一下,75楼的结论中,那个特定条件下的经验关系还是大可商榷的。
那个关系是基于以下实验结果:
在用8048实验时,8048的大信号单位增益带宽是160MHz,此电路的噪声增益为2,所以闭环带宽约为80MHz(实际的实验结果是略大于100MHz),整流输出平均值下降3分贝的频率大约是30MHz,约为闭环带宽的三分之一。
用8047实验时,8047的大信号单位增益带宽是130MHz,此电路的闭环带宽约为65MHz,输出平均值下降3分贝的频率大约是20MHz不到一些,也是约为闭环带宽的三分之一左右。
显然,如果要求在输入信号频带内有更高的平坦度,那么对运放的频响将有跟高的要求。
这个结果没有考虑运放的压摆率,而压摆率显然在这里是十分重要的因素,所以如何将压摆率考虑进去,可能是下一步要讨论的问题。
无论如何,在精密整流电路中,运放的带宽应该远远大于信号最高频率这一点是无疑的。

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captzs| | 2019-6-6 23:00 | 只看该作者
   在此告知那个打算用QQ和微信得到td计算式是如何来的马*,哪个计算式已经被陈老师的实验证明是错的,不必再打听了。我给的邮箱你为何不敢用?在次,给个仿真图,延时你能不能算?如果不能,就等着吧,这是重新推导的。



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gmchen|  楼主 | 2019-6-7 12:01 | 只看该作者
本帖最后由 gmchen 于 2019-6-7 12:13 编辑
king5555 发表于 2019-6-5 23:55
因为一年多前,为了庆祝x大的模电小组版块建立,我收集一些精密整流电路发帖庆祝,稍微了解一些,但沒深 ...

看了你的那个帖子,还是很有意思的。
其中大部分电路(1~9,13~16)的核心部分都是标准的两个二极管的电路(也就是我在本帖说的双管电路),第18个电路其实是双管电路的一个变形。
电路10~12的核心其实是单电源电路,也就是利用运放本身在单电源供电下不能输出负电压来完成整流。
唯独电路17很有意思,它利用两个晶体管构成两个恒压源,使得整流二极管得到一个偏压,那样就可以抵消二极管的管压降,从而在信号过零附近运放的输出可以避免出现大幅度的电压跳变。哪天有空我可以做一下这个电路的实验。

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gmchen|  楼主 | 2019-6-7 12:09 | 只看该作者
本帖最后由 gmchen 于 2019-6-7 12:15 编辑

现将那个17号电路抄录如下(为了更清晰地看出两个电压源,画图的时候调整了元件在图纸上的排列),有兴趣的网友也可以研究一下。

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gmchen 2019-6-7 12:16 回复TA
其实这个方法与推挽输出电路中消除交越失真的做法是完全相同的。 
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captzs| | 2019-6-7 12:20 | 只看该作者
不懂倍频与整流的区别?

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captzs 2019-6-7 19:11 回复TA
@gmchen :多谢!这就明白了。 
gmchen 2019-6-7 19:07 回复TA
@captzs :不能算。因为整流输出的直流分量是与输入相关的,而你说的倍频+直流,那个直流分量与输入无关。 
captzs 2019-6-7 14:19 回复TA
@gmchen :多谢!那么,正弦波倍频+直流偏置可以算整流吗? 
gmchen 2019-6-7 12:30 回复TA
通常倍频要求输入输出都是简谐波,在数字电路中则都是方波。 全波整流得到的输出,其中包含倍频信号,但是还包含大量的高次谐波。 
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gmchen|  楼主 | 2019-6-7 18:22 | 只看该作者
本帖最后由 gmchen 于 2019-6-7 18:29 编辑
king5555 发表于 2019-6-7 13:36
双二极管结构的,我认为~4的较好,14和15是其变形。
第17个,如果变更电压只要改变两颗10k电阻值,其作者 ...

电路17,原作者的意图似乎有误。
当输入Vin>0时,Vn<0,流过二极管D2的电流是流过R2和R3两个电流之和,此电流只与输入电压有关,与D2后面的负载无关,不能想当然地认为接到三极管基极就会使电流减小。
但是这个电路后面的三极管形成一个恒压源,若流过D2的电流远小于流过R9、R10的电流,则Q2基极与集电极之间的电位差基本不变,按图中参数大约是(2*Vbe)/3,即0.5V,这个电位差差不多就补偿了D2的管压降。

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gmchen|  楼主 | 2019-6-8 21:10 | 只看该作者
king5555 发表于 2019-6-8 20:56
对!大致看了电路,思路是您说的。上班后我再去仔细看作者怎么说。

我不怀疑作者的意图还是你说的那个减小流过二极管的电流,但是电路设计有问题。按照原来电路的参数,晶体管Q1与Q2可能根本就无法导通,因为R6(R11)比R7(R10)大得太多,所以Q1或Q2的VBE根本就到不了0.7V。这一点我上次还没看出来,后来因为想做实验就仔细算了一下,才发现这里存在问题。
其实要减小二极管的电流完全可以有别的更好的办法,不过对于精密整流的作用究竟如何,恐怕要做过实验才能明瞭。

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gmchen|  楼主 | 2019-6-8 21:16 | 只看该作者
现在似乎有两个可以改进的方向:一个是在二极管上增加一个偏置电压,使得二极管避开刚开始导通时非线性特别强烈的那段。第二个是在电路中设置第二个放大器使得流过二极管的电流变小从而降低二极管的管压降。究竟哪个改进方向更有效?

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yuanzhoulu| | 2019-6-9 08:28 | 只看该作者
gmchen 发表于 2019-6-7 12:09
现将那个17号电路抄录如下(为了更清晰地看出两个电压源,画图的时候调整了元件在图纸上的排列),有兴趣的 ...

有个相似的电路OTL检波器,标题《技术探讨——AM调幅检波的几种方法》

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captzs| | 2019-6-9 08:45 | 只看该作者
yuanzhoulu 发表于 2019-6-9 08:28
有个相似的电路OTL检波器,标题《技术探讨——AM调幅检波的几种方法》

由于没有贴出波形图,不知道这样的电路输出波形,会不会象你以前实验的倍频+偏置的半波?

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