Jump to content

    
TheMad

Пиковый детектор

Recommended Posts

Приветствую всех!

Столкнулся с необходимостью сделать пиковый детектор для импульсных сигналов. Форма входного импульса-колоколообразная, длительность - единицы микросекунд, амплитуда от единиц мВ до 5В. Необходимо чтобы на выходе моего детектора пиковое значение держалось с точностью хотя бы 1% в течение 250мкс. "классическая" схема на операционнике и диоде с конденсатором была отметена сразу - когда диод закрывается, через его емкость часть заряда конденсатора (3,3 нф) "стекала" обратно, это особенно заметно было при низких уровнях сигналов (до вольта).

Далее было предпринята попытка улучшить ситуацию: ставим 2 диода последовательно, на точку их соединения даем через резистор на 20ком (не принципиально) сигнал с выходного повторителя. Ситуация меняется на противоположную - появляется ошибка "вверх" из-за того что операционники не успевают отрабатывать. Операционники - все AD8610, довольно шустрые и с высоким водным сопротивлением. По величине ошибки (примерно на треть или чуть больше, зависит от уровня сигнала) понятно что заменой операционника даже (гипотетически) на в 10 раз более быстрый проблему не решить.

Внутреннее ощущение такое что проблема решается просто. Натолкните на путь истинный, кто сталкивался. Спасибо!

Share this post


Link to post
Share on other sites

А какого типа диод стоит ? Просто странно получается - у самых обычных импульсных диодов ёмкость закрытого перехода порядка единиц пикофарад , по сравнению с ёмкостью детектора - мизер , что через неё может стечь ? Непонятно .............

И кондёр , действительно , неплохо бы проверить . Бывают у них разные нехорошие явления , вроде диэлектрической абсорбции , например .

Share this post


Link to post
Share on other sites

Посмотрите, не возбуждается ли ОУ, когда он находится в стадии накопления заряда- он работает в этот момент на большую емкость, быстродействующие ОУ этого особенно не любят. У меня нечто подобное в пиковом детекторе когда-то было.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Rezident: Что вы имеете в виду под "сбалансированностью входных токов"? Конденсатор пленочный. Кстати, керамические NP0 работают так же.

 

Deemon:

Конденсатор пленочный, 3300 пф. С утечкой у него все нормально.

Диоды пробовал: кд522, bav99, HSMS286(свч). Как ни странно, наилучший результат дал кд522. Его емкость - около 2 пф+пока происходит рассасывание он проводит немного. Когда операционник "улетает" в насыщение вниз (питание +- 9В) через эти 2 пф вполне нормально "стекают" десятки мВ с накопительного конденсатора, и это видно на осциллографе по форме выходного напряжения.

 

Designer56: Нет, все нормально. Между выходом операционника и конденсатором стоит диод и резистор на 180 Ом. Я с этим тоже когда-то в глубуком детстве сталкивался.

 

--- Основная причина ошибки той схемы которая есть сейчас (см. исходный пост) - ограниченное быстродействие операционников. Пока до него "доходит" обратная связь, конденсатор успевает еще немного зарядиться. Конденсатор бОльшей емкости ставить нельзя: он не будет успевать заряжаться когда надо. Может что-то в консерватории поправить? Есть у меня ощущение что с такого плана задачами сталкивались разработчики еще в 60-х годах, когда даже таких операционников не было...

Share this post


Link to post
Share on other sites

Много раз делал подобные вещи- и все работало. Значит, вот что посмотрите: Каков входной ток ОУ- именно он, а не вх. сопротивление, в данном случае вх. сопротивление не поможет. Посмотрите скорость нарастания ОУ в сравнении со скоростью нарастания сигнала на фронтах/спадах- она должна быть больше, чем у сигнала. И последнее: вы котролируете сигнал на конденсаторе осциллографом? Учтите, что его пробник обычно имеет вх. сопротивление около 10 МОм, если это стандартный 1/10. А если просто открытый вход- то 1 МОм.При ваших 250 мксек это даст существенную утечку, с учетом, разумеется, 1%- погрешности.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Давно уже (поэтому тонкостей не помню) видел схему: микросхема УВХ (Uin, EN, Uout) + компаратор (один вход на входной сигнал, другой на на Uout УВХ, а выход на EN УВХ и на IRQ МК).

Смысл был таков, что как только входной сигнал превышает значение, хранимое в УВХ, компаратор выдаёт сигнал захвата для УВХ и "дёргает" МК по прерыванию на очередной максимум. Далее МК оцифровывает (встроенным или внешним АЦП) и сравнивает с прошлым максимумом - если больше, то заменяет.

Share this post


Link to post
Share on other sites

post-24888-1191926959_thumb.jpg

Deemon:

Конденсатор пленочный, 3300 пф. С утечкой у него все нормально.

Диоды пробовал: кд522, bav99, HSMS286(свч). Как ни странно, наилучший результат дал кд522. Его емкость - около 2 пф+пока происходит рассасывание он проводит немного. Когда операционник "улетает" в насыщение вниз (питание +- 9В) через эти 2 пф вполне нормально "стекают" десятки мВ с накопительного конденсатора, и это видно на осциллографе по форме выходного напряжения.

 

Так у вас схема с одним диодом ? Понятно ....... попробуйте схему , в которой ОУ не улетает в насыщение , это должно помочь ! Вот например так .

 

Вообще-то , самая простая схема пикового детектора , в которой ОУ насыщается при закрывании диода - предъявляет неоправданные требования к быстродействию ОУ и параметрам диода . Поэтому я , например , её вообще никогда не применяю , да и другим не советую :)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Designer56 : конечно же, я и не думаю тыкать осциллографом на накомительный конденсатор. Смотрится все это после повторителя на том же AD8610 с пикоамперными входными токами.

Скорость нарастания у ОУ в разЫ больше чем скорость нарастания входного напряжения: 50 В\мкс против 2-3 в\мкс макс.

 

Евгений Николаев: А что за микросхема УВХ была? Я тут смотрел пиковый детектор от аналоговых девиц - у него скорость нарастания мне не подходит в большие разЫ - там порядок сотен мВ\мкс. В принципе, наличие такого УВХ изменит мою схему, но заставит ее работать - я поставлю на вход дифцепочку и компаратор, и импульс в УВХ буду давать когда сигнал перестает нарастать.

 

Deemon: Такая схема была опробована еще неделю назад, толчком к ней послужила соответствующая глава из Хоровца-Хилла. Реально не дает она разницы, проблема _не_в_насыщении_ОУ! При таком ОУ и этих частотах сигнала он из него относительно шустро выходит, при необходмости:)

Проблема в том что пока ОУ поймет что конденсатор заряжен, он успевает еще немного зарядиться. Хэлп!

Share this post


Link to post
Share on other sites
Deemon: Такая схема была опробована еще неделю назад, толчком к ней послужила соответствующая глава из Хоровца-Хилла. Реально не дает она разницы, проблема _не_в_насыщении_ОУ! При таком ОУ и этих частотах сигнала он из него относительно шустро выходит, при необходмости:)

Проблема в том что пока ОУ поймет что конденсатор заряжен, он успевает еще немного зарядиться. Хэлп!

 

А Вы можете нарисовать в точности ту схему ( с номиналами ) , которая у вас давала выброс ? А также , неплохо бы знать , какой величины получался выброс , и при каких уровнях сигнала . Вообще , случай любопытный ..... есть одна мыслишка , но надо точно знать , что вы делали .....

Share this post


Link to post
Share on other sites

Вообще , надо рассудить логически . Если у вас с одним ОУ проблемы выброса нет , то причина выброса - задержка сигнала в повторителе . Либо в слишком большой величине резистора , через который подаётся ООС с выхода повторителя в той схеме , которую рисовал я . Если уменьшение резистора не помогает , то причина однозначно в повторителе . Если же брать ООС с самого кондёра , то возникает другая проблема - разряд кондёра после импульса через этот резистор и потеря точности нашего детектора . МОжно применить достаточно радикальное решение , изображённое на схеме :post-24888-1191939835_thumb.jpg

 

Здесь у нас два одинаковых пиковых детектора . С одного снимается ООС , с другого - выходной сигнал . Впрочем , можно придумать и несколько компромиссных решений , связанных с цепью ООС ...... над этим можно ещё помозговать .....

Share this post


Link to post
Share on other sites
Designer56: Нет, все нормально. Между выходом операционника и конденсатором стоит диод и резистор на 180 Ом. Я с этим тоже когда-то в глубуком детстве сталкивался...
Именно такое включение и может привести к возбуждению.

Для того, чтобы выяснить, так ли это, нужна схема. Потрудитесь предъявить, если не хотите бессмысленного флейма на добрый десяток страниц.

 

Проблема в том что пока ОУ поймет что конденсатор заряжен, он успевает еще немного зарядиться. Хэлп!
Насколько я понял, об этой проблеме уже упомянул Designer56. Причина - размыкание ОС в процессе заряда кондёра, и, возможно, вхождение внутренних каскадов усиления ОУ в насыщение, с долгим последующим выходом из него.

Для предотвращения этого явления нужно сделать коррекцию АЧХ детектора. В простейшем случае - кондёр с выхода ОУ на его вход "-" в несколько десятков пикофарад. Но такая коррекция уменьшает быстродействие, поэтому, с ней нужно обращаться аккуратно.

Далее, последовательно с кондёром нужно поставить резистор в несколько десятков ом. Это увеличит устойчивость системы, т.к. такая цепочка, в отличие от "просто" кондёра, не будет вертеть фазу на ВЧ.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Схема 1 - классическая, с ней ошибка "вниз".

Схема 2 - попробовал уменьшить ошибку "вниз" таким способом - она переросла в ошибку "вверх", примерно 10-20% от уровня сигнала. Уровни сигнала - от 10 мв до 4в.

Схема 3 - то на что меня натолкнул Хоровиц и Хилл. Ошибка "вверх" еще больше, я подозреваю что из-за того что сигнал обратной связи проходит еще через один ОУ и задерживается. Ой, только что заметил - забыл нарисовать резистор между выходом второго ОУ и точкой соединения диода и инверсного входа первого ОУ. Номинал его - 20ком)

post-18770-1191944340_thumb.jpg

Share this post


Link to post
Share on other sites
Именно такое включение и может привести к возбуждению.

Для того, чтобы выяснить, так ли это, нужна схема.

И даже необязательно, собственно к возбуждению- для некорректной работы схемы достаточно, чтобы затухание колебаний в переходном процессе было сравнимым с длительностью импульса, пик которого требуется запомнить. Судя по последним объяснениям автора,он возится с ПД, охваченным общей ОС. Для быстродействующих ПД часто бывает лучше её (общую ОС) не использовать. Кстати, в справочных данных по применению скоростных ОУ в быстродействующих ПД и СВХ чаще всего приводят именно схемы без общей ОС. Я тоже (давно уже) делал СВХ для группового кодека с временем выборки 2,4 мксек- схема с общей ОС не пошла. Именно по времени установления.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Схема 1 - классическая, с ней ошибка "вниз".

Схема 2 - попробовал уменьшить ошибку "вниз" таким способом - она переросла в ошибку "вверх", примерно 10-20% от уровня сигнала. Уровни сигнала - от 10 мв до 4в.

Схема 3 - то на что меня натолкнул Хоровиц и Хилл. Ошибка "вверх" еще больше, я подозреваю что из-за того что сигнал обратной связи проходит еще через один ОУ и задерживается. Ой, только что заметил - забыл нарисовать резистор между выходом второго ОУ и точкой соединения диода и инверсного входа первого ОУ. Номинал его - 20ком)

Ясно.

Для начала, включите между нижним выводом кондёра и "землёй" резистор, скажем, в 20-50 Ом, а 180 Ом уменьшите до 120. Амплитуда выброса должна сильно упасть.

Далее, резистор 20 кОм - великоват. Замените на 2-3кОм.

Если это не поможет, или возникнет самобуд - будем корректировать далее. :)

 

И даже необязательно, собственно к возбуждению- для некорректной работы схемы достаточно, чтобы затухание колебаний в переходном процессе было сравнимым с длительностью импульса, пик которого требуется запомнить. Судя по последним объяснениям автора,он возится с ПД, охваченным общей ОС. Для быстродействующих ПД часто бывает лучше её (общую ОС) не использовать. Кстати, в справочных данных по применению скоростных ОУ в быстродействующих ПД и СВХ чаще всего приводят именно схемы без общей ОС. Я тоже (давно уже) делал СВХ для группового кодека с временем выборки 2,4 мксек- схема с общей ОС не пошла. Именно по времени установления.
Можно и с общей ООС работать, только нужно делать это аккуратно. Автор темы внёс полюс в общую петлю; понятно, что устойчивость будет никакой, из-за этого и выброс (если замкнуть диод, вероятно, будет даже генерация). Но если скомпенсировать его нулём (вроде того, как я предложил), общую ООС можно также сделать устойчивой.

 

2 TheMad

Замкните диод, который перед кондёром, и добейтесь устойчивости работы системы в таком режиме. Необходимо снять переходный процесс - он должен быть гладким и без выбросов. Только в этом случае детектор будет работоспособным.

Edited by Stanislav

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.