[TheMad 0]

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!

[rezident 0]

Похоже у вас просто схема не сбалансирована по входным токам. Конденсатор в УВХ надеюсь пленочный поставили, а не обычную глину?

[deemon 0]

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 .

[Designer56 0]

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.

[TheMad 0]

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...

[Designer56 0]

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.

[EvgenyNik 0]

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.

[deemon 0]

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 :)

[TheMad 0]

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!

[deemon 0]

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 .....

[deemon 0]

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 :

 

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 .....

[Stanislav 0]

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.

[TheMad 0]

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)

[Designer56 0]

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.

[Stanislav 0]

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.

Изменено 9 октября, 2007 пользователем Stanislav