Про пиковые детекторы

[shkal]

Пару недель тут занимался макетированием пикового детектора. Обычно его достаточно тяжело сделать точным на частотах порядка мегегерца. От первого ОУ требуется очень высокая скорость нарастания и возможность работы на ёмкостную нагрузку без перерегулирования с минимальным значением последовательного резистора. Пришла в голову идея использовать ОУ с ТОС. Таким образом мы получаем вторую степень свободы при корректировке АЧХ. Результат получился неплохой.
На картинке схема и установление детектора на синусе 1МГц и 10 КГц при размахе примерно 2.5 Вольта
Единственный недостаток - амплитуда на выходе первого ОУ в два раза больше входной.

[viktor8m]

Поиграйтесь с номиналом R22 (схема из поста 16), может это он гадит. Ещё можно проверить параллельно этому резистору небольшую ёмкость (возможно через небольшой последовательный резистор).

[viktor8m]

А ещё я бы убрал резистор R11 (схема из поста 16), а такой же резистор поставил бы последовательно с D4, а ещё лучше, выбрал бы ВЧ ОУ, который может непосредственно работать на нагрузку в 1000 пФ, есть такие.

[shkal]

Таких ОУ не существует, все известные мне быстрые ОУ будут иметь пик АЧХ порядка 6-15дб. Перенос R11 последовательно с диодом приведет к перемещению полюса (Rвых+Rд)*С на более низкую частоту, что только ухудьшит устойчивость.

[viktor8m]

все известные мне быстрые ОУ будут иметь пик АЧХ порядка 6-15дб.

Зависит от усиления, напр., если для какого-то ОУ при усилении -1 пик 6дБ будет при 10пФ нагрузки, то большая вероятность, что при усилении -5 пик 6дБ будет уже при нагрузке более 100пФ, так что Вам стОит поднять усиление.

Перенос R11 последовательно с диодом приведет к перемещению полюса (Rвых+Rд)*С на более низкую частоту, что только ухудьшит устойчивость.

В любом случае надо выбрать ОУ с сильноточным выходом (не менее 100мА), у них выходное сопротивление без ООС как правило менее 10 Ом, думаю им для 1000пФ нагрузки хватит последовательного резистора 10 Ом при приемлемом пике (менее 1%), если усиление поднять до -5.

[shkal]

Зависит от усиления, напр., если для какого-то ОУ при усилении -1 пик 6дБ будет при 10пФ нагрузки, то большая вероятность, что при усилении -5 пик 6дБ будет уже при нагрузке более 100пФ, так что Вам стОит поднять усиление.



В любом случае надо выбрать ОУ с сильноточным выходом (не менее 100мА), у них выходное сопротивление без ООС как правило менее 10 Ом, думаю им для 1000пФ нагрузки хватит последовательного резистора 10 Ом при приемлемом пике (менее 1%), если усиление поднять до -5.

В даташитах есть графики Rs-Cн. Чем меньше - тем лучше. Напрямую от полосы и выходного тока не зависит.

Зависит от усиления, напр., если для какого-то ОУ при усилении -1 пик 6дБ будет при 10пФ нагрузки, то большая вероятность, что при усилении -5 пик 6дБ будет уже при нагрузке более 100пФ, так что Вам стОит поднять усиление.

Ты имеешь в виду усиление по шумам поднимать, не меняя усиление по сигналу? Это не хорошо, ОУ за счёт него исправляет падение на двух диодах.

[viktor8m]

Напрямую от полосы и выходного тока не зависит.

От полосы понятно нет, а вот от выходного тока зависит, все ОУ с макс. током более 100мА, что я видел, имеют выход. сопр. ниже 10 Ом, а для ОУ с макс. током 50мА и менее меньше 25 Ом не видел.

Ты имеешь в виду усиление по шумам поднимать, не меняя усиление по сигналу?

И то и то можно, а проблему падения глубины ООС решить выбором ОУ с бОльшим усилением и большей верхней частотой (при усилении -5 выбор ВЧ ОУ резко расширяется), да и мы не говорим о точности 0.01%, глубины ООС в 1000 на пост. напряжении и большой верхней частоты ОУ должно хватить.

[shkal]

Оу должне устанавливаться за 1\8 периода входного, т.е мы говорим об усилении на характерных частотах порядка 10 Мгц.

[viktor8m]

т.е мы говорим об усилении на характерных частотах порядка 10 Мгц.

Я вот не уверен, что в пиковом детекторе применим расчёт глубины ООС по АЧХ (всё таки разговор про нелинейную систему с насыщением на какое-то время), но даже, если и так, то что мешает буфер Х8 (схема из поста 16) сделать не на единич. усиление, а на большее усиление (применив ADA4817-1 на 1ГГц) и тем самым скомпенсировав падение усиления первого ОУ при соответствующем увеличении общего усиления (да и уменьшится напряжение на накопительном конденсаторе, что равносильно увеличению скорости нарастания первого ОУ), но и из-за компенсатора утечек (R22) придётся оставить и единичный буфер (т.е. к накопительному конденсатору подключить два разных буфера), но он не будет в цепи ООС.

[shkal]

А вот никому не попадался подробный рассчёт пикового детектора? С вычислением требований к ОУ в зависимости от полосы и ошибки, и с методикой рассчёта частотной коррекции? В частности, резистора последовательно с накопительным конденсатором.

[shkal]

Моделирование говорит, что при изменении усиления первого ОУ по шумам от 2 до 4 (в инвертирующей схеме резистором с инв. входа на землю) форма переходного процесса принципиально не меняется. И у меня никак не наступит понимание зависимости ошибки от параметров элементов схемы.

[viktor8m]

Попробуйте поменять оба ОУ, у Вас, во-первых, на входе нужен ОУ, допускающий на своём выходе значительную ёмкость при малом значении посл. резистора (он добавляет ошибку) и не имеющий выброса на АЧХ при усилении максимум 2, в этом смысле AD811 мне не нравится, во-вторых, в буфере нужен ОУ, не имеющий выброса на АЧХ при усилении 1, что AD8065\6 не обеспечивают, намного лучше должны быть AD8033\4. Я бы сделал (как уже писАл в посте 28) несколько иначе согласно рисунка, здесь на входе AD825, который без проблем работает на нагрузку 1 нФ и имеет время установления 0.1% менее 90 нс при +-2.5 В, а т.к. в моей схеме из-за усиления буфера размах на выходе AD825 в 5 раз меньше, то время установления 0.1% будет десятки нс и даже в сумме с буфером будет менее дозволенных для Вас 125 нс, усиление AD825 равно 2 (за счёт R2), в буфере ADA4817-1 (имеет время установления 0.1% 9 нс) с усилением 5 (тогда нет выброса), третий ОУ (AD8033) компенсирует токи утечки (кстати диоды я бы выбрал с меньшими ёмкостями, что-то типа BAT81), питание +-5 В. Кстати, все три ОУ в течении недели можно получить без проблем в качестве сэмплов (из-за корпуса вместо AD8033 лучше заказать AD8034).

[shkal]

В этой схеме есть очень жёсткие требования к скорости наростания первого ОУ. Он должен успеть закрыть D1 и D2 и открыть D3 на пике синуса за время, пока сигнал не успел измениться больше, чем на ошибку (по схеме поста 1). Это порядка 1.5В на 5нс т.е > 300В\мкс. И я в этом месте не только AD811 применял, но и LM6172 и THS3001. И шоттки применить в качестве D1 не получается - очень сильно текут.

[viktor8m]

Это порядка 1.5В на 5нс т.е > 300В\мкс.

Тогда 825 не пойдёт, но попробуйте сначало поменять ОУ буфера (на 8033\4), может и с 811 всё выйдет (я бы ещё попробывал ADA4899-1 и THS4041).

[misha88]

А почему 825 не подходит? В Вашей схеме буфер же усиливает в 5 раз, значит на выходе 825 размах будет не 1.5 В, а 0.3 В, значит для 5 нс хватает быстродействия 60 В\мкс?

[shkal]

Падение напряжения на диодах от усиления буфера никак не зависит.

[shkal]

viktor8m, Покрутил в микрокапе вариант с усилением в выходном буфере. На вид переходного процесса на верхушке синусойды почти не влияет. Даже при использовании в качестве него идеального ОУ с бесконечной полосой.

[shkal]

А вот модель детектора на идеальных оу, первый V-to-V Ку=10E8, второй ОУ - единичный буфер. Реальные только диоды. Всё равно имеем +2мв выброс на пике и -5мв ошибки после перехода в хранение. Откуда?

[viktor8m]

А вот модель детектора на идеальных оу, первый V-to-V Ку=10E8, второй ОУ - единичный буфер. Реальные только диоды. Всё равно имеем +2мв выброс на пике и -5мв ошибки после перехода в хранение. Откуда?

При увеличении усиления (пробывал от 2 до 5 на частоте 1 МГц) ошибка уменьшается, но меньше 0.1% не получилось (хотя в большинстве случаев и это не плохо). Может скоростные свойства диодов (или ёмкость) виноваты, проверьте, как обстоит дело на килогерцах.

[shkal]

Виктор, на мой взгляд, увеличения усиления второго ОУ - тупиковый путь, полезут выше 0 дб все полюса первого ОУ, его потребуется локально корректировать и т.д. Переходить на +-5вольтовое питание и делить на входе сильно не хочется.
Кроме того, Агеев в своё время писал на электрониксе, что быстрые и точно пиковые детекторы делают по другому принципу - используя токовый выход ОУ. Я нашёл несколько документов с рассчётами, но применимо это к CMOS и дизайну на кристалле. Вот, например

[viktor8m]

И шоттки применить в качестве D1 не получается - очень сильно текут.

Наверное ёмкость накопительного конденсатора мала, что если увеличить в несколько раз (скажем 4.7-5 нФ и лучше всего полистирол), должна уменьшиться чувствительность к утечке, возможно и ошибка хранения уменьшится. И как Вам на входе LT1206?