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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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captzs 发表于 2019-6-9 08:45
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? ...

不是倍频,就是精密整流,不知道实际效果。

原贴还有别的

按说平方再开方可以,但是仿真零点附近并不好,不知道啥原因。对运放仍然需要高带宽。

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king5555 + 6 很给力!
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captzs| | 2019-6-9 13:04 | 只看该作者
yuanzhoulu 发表于 2019-6-9 11:14
不是倍频,就是精密整流,不知道实际效果。

原贴还有别的

@yuanzhoulu:为了环保,还是到我的帖讨论,明知是我的帖,怕被误导的当然就不会去。

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未知求学者| | 2019-6-9 14:34 | 只看该作者
gmchen 发表于 2019-5-29 14:26
由图可见,在频率低于100kHz时输出很好。在500kHz到1MHz时,在两个二极管交替导通的时候存在一些问题。当频 ...

额,老哥,问下你的输入信号是从信号发生器出来的吗?还是哪来的?

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gmchen|  楼主 | 2019-6-9 16:14 | 只看该作者
未知求学者 发表于 2019-6-9 14:34
额,老哥,问下你的输入信号是从信号发生器出来的吗?还是哪来的?

当然是信号发生器啊。有问题吗?

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gmchen 2019-6-11 15:48 回复TA
@未知求学者 :你自制的信号源的波形有毛刺,这很常见。电源、退耦、噪声、屏蔽等等,任何一条没处理好都会是信号质量变差。 
未知求学者 2019-6-11 15:30 回复TA
哦,不是,我用数模芯片做出信号,可在示波器上一看,现象不是很好,有毛刺之类的。 
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gmchen|  楼主 | 2019-6-9 16:23 | 只看该作者
yuanzhoulu 发表于 2019-6-9 11:14
不是倍频,就是精密整流,不知道实际效果。

原贴还有别的

平方再开方的电路中,哪个二极管是多余的,它就是引起零电压附近波形不好的罪魁。实际上检波电路要得到的是输入电压的有效值(或峰值),根据有效值的定义,应该是平方后求平均再开方,所以二极管不需要,但是要加入积分器(平均)。

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gmchen|  楼主 | 2019-6-9 16:31 | 只看该作者
captzs 发表于 2019-6-9 08:45
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? ...

yuanzhoulu的电路,实际上是一个乙类推挽放大器。只要工作点合适,两个晶体管就正好在信号过零的时刻交替导通,所以在其中某一个晶体管上得到的一定就是半波整流波形。

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captzs| | 2019-6-9 17:19 | 只看该作者
gmchen 发表于 2019-6-9 16:23
平方再开方的电路中,哪个二极管是多余的,它就是引起零电压附近波形不好的罪魁。实际上检波电路要得到的 ...

   我在考虑精密整流与绝对值运算是否有不同?按照数学绝对值,等号两边的数值一定相等,相差一个运算符。而精密整流要输出输入数值相等,恐怕很难,是不是可以理解,输出的有效值+固定误差=输入有效值,这里涉及到精度要求的定义。
   就像收音机的整流,要求保持包络线形状,并没有要求输出输入有效值相等。

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gmchen 2019-6-9 18:01 回复TA
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captzs| | 2019-6-9 18:38 | 只看该作者
"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。"
陈老师提议“压摆率”讨论。我等了几天,没有看到响应!学术讨论就静默了。

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gmchen 2019-6-9 20:03 回复TA
:-) 
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yuanzhoulu| | 2019-6-9 19:16 | 只看该作者
gmchen 发表于 2019-6-9 16:23
平方再开方的电路中,哪个二极管是多余的,它就是引起零电压附近波形不好的罪魁。实际上检波电路要得到的 ...

这个二极管是需要的,当运放某种原因输出负值时会出错,运放会负向锁死,二极管是消除此错误的。仿真中是理想二极管,参数不懂。
相关帖子《真有效值电路》
https://bbs.21ic.com/icview-2819056-1-2.html

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yuanzhoulu| | 2019-6-10 10:45 | 只看该作者
gmchen 发表于 2019-6-9 16:23
平方再开方的电路中,哪个二极管是多余的,它就是引起零电压附近波形不好的罪魁。实际上检波电路要得到的 ...

从仿真看这个二极管确实有影响,把运放的负向输出设置成0可以取消这个二极管。仍然需要高带宽

1G带宽1M信号零点仍然不好

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gmchen|  楼主 | 2019-6-11 08:55 | 只看该作者
本帖最后由 gmchen 于 2019-6-11 09:07 编辑

本帖前面的实验证实,影响输出精度的因素有多个,由于二极管的管压降导致的运放输出经过一个死区是其中之一。受到king5555网友帖子的启发,对这个问题似乎有两个改进方向:
一个是在二极管上叠加一个偏置电压,使得运放输出避开由于二极管的管压降造成的死区。
第二个是减少二极管的电流,以降低死区宽度。
但是king5555提供的电路并不能减少流过二极管的电流,于是想起曾经在本论坛看到一个电路如下。其中运放是TLC072,GBW=10MHz,SR+=16V/us,SR-=19V/us。二极管是SD103,反向恢复时间10ns。该电路声称可以工作到10MHz.
显然在这个电路中,由于反馈电阻不是直接连接二极管,所以流过二极管的电流将取决于R3。只要增大R3的阻值就可以降低流过二极管的电流。于是决定做实验,实验电路中运放与原电路一致,为TLC072;二极管改用SD101,反向恢复时间1ns。




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gmchen|  楼主 | 2019-6-11 09:00 | 只看该作者
实验的第一步,是测试电路自身的频响。测试电路在原电路基础上短路二极管,开路R3,输入电压峰值500mV。测试结果如下(频率、输入电压有效值mV、输出电压有效值mV,放大倍数):
100k,347,352,1.01
500k,348,355,1.02
1M,348,362,1.04
2M,348,395,1.14
3M,349,474,1.35
可见随着频率升高增益在增大。
当频率升高到3.4MHz~3.5MHz时,输出突然变大,且输出波形变成接近三角波。根据前面增益变化的趋势,判断电路有自激。
翻看TLC072的数据手册,按照手册提示在反馈电阻上并联10pF补偿电容,在运放输出接入600欧负载电阻,但是基本无效。将反馈电容从10pF改成30p、47p直至100p,情况基本照旧。
仔细一想就恍然大悟了。TLC072的开环增益大约是120~140dB,在1Hz~10Hz之间有一个主极点,在10MHz以上存在高阶极点。手册给出的补偿电容在大约十几MHz位置提供一个零点以补偿运放的高阶极点。
但是本电路在第一个运放之后接入第二个运放跟随器,第一个运放在10MHz附近至少有一个极点,跟随器在10MHz左右至少有两个极点,其闭环频率特性在高频段有很大的过冲,很容易自激。而仅仅靠一个补偿电容当然最多只能补偿一个极点,无法补偿所有极点。
所以,上述电路根本就是一个不稳定的电路,更别提完成高频整流功能了。从网站贴出的图片看此电路应该出自某本书,估计原作者也就是拍脑袋想当然地提出这个电路,说这个电路能够工作到10MHz也就是个笑话。

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gmchen|  楼主 | 2019-6-11 09:04 | 只看该作者
尽管如此,考虑到电路已经焊接完毕,且在低频时并未自激,我还是决定继续将实验做下去。实验结果(频率、输入电压有效值mV、输出电压平均值mV、说明)如下:
50Hz,356,311,波形很好
1kHz,350,306,波形正常
10kHz,350,331,有自激
50kHz,350,336,自激严重
频率继续升高到100kHz则自激严重到已经完全没法应用了。



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gmchen|  楼主 | 2019-6-11 09:10 | 只看该作者

下图是1kHz与100kHz的波形图,黄色是输入,蓝色是输出。



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gmchen|  楼主 | 2019-6-11 09:12 | 只看该作者
另外,在做完上述实验后,顺手加了一个二极管构成双二极管电路如下图。


双二极管电路的实验结果(频率、输入电压有效值mV、输出电压平均值mV、说明)如下:
10kHz,354,307,波形正常
50kHz,354,303,开始有自激
100kHz,354,301,自激严重
200kHz,354,192,自激严重
大于500kHz后,自激严重到无法测量了。

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gmchen|  楼主 | 2019-6-11 09:15 | 只看该作者
另外,实验中还顺手测量了第一个运放的输出波形,据此可以比较单二极管与双二极管两种电路的延时情况。
下图第一个波形是单管电路中第一个运放的输出波形,第二个波形是双管电路中第一个运放的输出波形。可见单二极管工作时,由于运放要进入深度饱和,所以运放的延时将远大于由二极管死区引起的延时。




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gmchen|  楼主 | 2019-6-11 09:26 | 只看该作者
king5555 发表于 2019-6-11 09:11
我看帖经常瞄一眼,前面瞄到2×Vbe/3,就知道您是正确的,昨天查了书作者写约0.7Vbe,用意在于降低运放输 ...

根据你的这个电路,以及我昨天的实验,估计降低二极管压降的想法本身就是不对的,还是要从叠加偏压(降低死区电压)入手。

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叶春勇| | 2019-6-11 16:13 | 只看该作者
感谢gmchen提供的实验心得

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xukun977| | 2019-6-11 16:19 | 只看该作者


前几天说你测量方法不对,自尊心太强说这是公**,还说有几十年示波器使用经验。

相关问题已经在以前本人负责的板块说过,不想老是重复。有的地方本人故意卖关子,给个"错误"演示,让观众印象深刻。

使用正确测量方法,才能测量出芯片手册中典型曲线。这个都没办法重复出来,就没办法设计电路了。




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gmchen|  楼主 | 2019-6-11 19:36 | 只看该作者
xukun977 发表于 2019-6-11 16:19
前几天说你测量方法不对,自尊心太强说这是公**,还说有几十年示波器使用经验。

相关问题已经在以前本人 ...

本人才疏学浅,请你给个演示,如何?

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