Пиковый детектор, Кто делал - помогите советом Опции

[TheMad]

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!

[TheMad]

smk:
Транзистором, как на первых трех схемах.

Stanislav:
Да, при сигнале в 200-300мВ 3мВ разницы ощутимы вполне. Можно также нулевой уровень загнать за край экрана и ощутить меньшую разницу.

[Stanislav]

Stanislav:
Да, при сигнале в 200-300мВ 3мВ разницы ощутимы вполне. Можно также нулевой уровень загнать за край экрана и ощутить меньшую разницу .

А на 5В как 3 мВ увидеть? Или это не надо?

Нее , ну это уже абсолютная чушь ! Нету тут никакого ТОКОВОГО ЗЕРКАЛА . И не было никогда . В конце концов , да посмотрите вы в интернете описание токового зеркала , чтобы не нести откровеный бред ! Да вот хотя бы тут -
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%BE%...%B0%D0%BB%D0%BE
И с какого бодуна токи в диодах D2 и D3 должны быть одинаковыми , если сопротивления в цепи там разные ? Есть же закон Ома , в конце концов .... его ещё никто не отменял

.

Уважаемый, ознакомьтесь с Правилами форума, прежде, чем писать следующий пост.
Если я ошибся, покажите, где именно.

ЗЫ. Предлагаю рассмотреть случай малых токов, ближе к концу заряда, чтобы не путаться.

Сообщение отредактировал Alexandr - Oct 12 2007, 07:17

[deemon]

Уважаемый, ознакомьтесь с Правилами форума, прежде, чем писать следующий пост.
Если я ошибся, покажите, где именно.

Так я же конкретно указал , ГДЕ и КАК вы ошиблись . Если в цепи стоят два диода и два разных сопротивления , то токи в этих цепях НЕ МОГУТ быть одинаковыми , это прямое следствие закона Ома .
Далее , токовым зеркалом называется вполне определённый класс схем , на это есть чёткое определение , даваемое в ЛЮБОМ учебнике по электронике . Моя схема не относится к этому классу схем , называть её так - это явная ОШИБКА .
Далее , вы ошиблись в определении постоянной времени заряда конденсатора , я вам на эту ошибку ещё ранее указал . Зачем повторяться ?

Сообщение отредактировал Alexandr - Oct 12 2007, 07:49

[Stanislav]

Так я же конкретно указал , ГДЕ и КАК вы ошиблись . Если в цепи стоят два диода и два разных сопротивления , то токи в этих цепях НЕ МОГУТ быть одинаковыми , это прямое следствие закона Ома .
Далее , токовым зеркалом называется вполне определённый класс схем , на это есть чёткое определение , даваемое в ЛЮБОМ учебнике по электронике . Моя схема не относится к этому классу схем , называть её так - это явная ОШИБКА .

Правильно, не относится. Но так уж вышло.
Основной принцип "токового зеркала" - управление током p-n перехода падением напряжения на другом переходе.

В данном случае, имеет место быть именно это явление.
Для примера: возьмите входное напряжение 20 мВ и посчитайте ток, который будет течь в кондёр, а также время, за которое он зарядится от 0 до 17 мВ.
Единственное, что нужно было упомянуть - я рассматривал именно случай малых разностей напряжений, потому как Автору темы нужно фиксировать импульсы, начиная от десятков милливольт.
Ну, и ещё ошибся с величиной токов - в D3 он, в общем случае, будет больше, чем в D2.

Далее , вы ошиблись в определении постоянной времени заряда конденсатора , я вам на эту ошибку ещё ранее указал . Зачем повторяться ?

Для больших токов - согласен, погорячился. Но я рассматравал случай именно малых сигналов, и точности в 3 мВ. Вот и поясните, как Вы собираетесь её получить.

Вообще , насколько я понимаю - вы считаете выходной повторитель ИДЕАЛЬНЫМ . Я же рассматриваю случай , когда его запаздывание соизмеримо с постоянной времени заряда конденсатора , как это может быть в реальном скоростном пиковом детекторе .

Что-о? А это ещё почему?

Только в этом случае данная схема имеет смысл , ибо с идеальным повторителем и вовсе проблем нет . С идеальным повторителем не нужно никаких извращений - достаточно применить обычную цепь ООС , как нарисовано в том же Хоровице-Хилле .

Это абсолютно неверно. Даже при идеальном повторителе схема будет плохо- или даже неустойчивой, что будет приводить к большому выбросу перерегулирования.

...Далее , в случае квазистатического приближения , действительно , напряжение с выхода повторителя действует на цепь ООС и уменьшает скорость заряда конденсатора . Изначально я так и хотел , чтобы заряд вначале был быстрым , а потом , в верхней части экспоненты - замедлялся при подходе к точному значению , для устранения выброса .

Это делается именно так, как предлагаю я, а не так, как предлагаете Вы. У Вас, даже при идеальных диодах, тау цепи будет чересчур большим для условий задачи, что нетрудно показать на моделяторе.

...Но , что характерно , если схема в реальности будет слишком МЕДЛЕННО заряжать кондёр - никто не мешает нам её чуть изменить . Например - поставить диод D2 обычный , а D3 - Шоттки . Разница прямых напряжений между ними создаст дополнительное падение напряжения на резисторе R1 и увеличит ток заряда даже в статике . Или же , как вариант , можно поставить последовательно с D2 резистор , и регулируя его , добиться нужного тока заряда для конкретной величины ёмкости конденсатора . Как бы там ни было , окончательное решение по этой схеме можно принять лишь после её испытаний на практике , ибо строгий численный анализ тут затруднителен

Плохая мысль. Шоттку ставить нельзя - обратные токи большие. Кроме того, опять получите импульс перерегулирования, о котором я уже писал.
Предлагаю другую идею.:-)
Вместо диода D2 ставим последовательно 2, потом 3, и так до количества, при котором падение напряжения на них сравнится с напряжением питания. После этого цепочку выбрасываем за ненадобностью.

Сообщение отредактировал Alexandr - Oct 12 2007, 07:50

[deemon]

Это абсолютно неверно. Даже при идеальном повторителе схема будет неустойчивой.

А вот это - совсем не факт , тут всё зависит от соотношения разных параметров ОУ и ёмкости конденсатора ! Причём , случай идеального повторителя равносилен схеме вообще БЕЗ повторителя . А схема , которую применял автор темы сначала - была БЕЗ повторителя и , заметьте , НЕ имела выброса , следовательно - была устойчива . Неустойчивость ( и как следствие - выброс ) появилась у неё после введения именно повторителя , как результат запаздывания в нём . Тут нет ничего странного . Очень часто бывает , что устойчивая схема начинает возбуждаться при введении относительно небольшого запаздывания ..........

Правильно, не относится. Но так уж вышло.
Основной принцип "токового зеркала" - управление током p-n перехода падением напряжения на другом переходе.
В данном случае, имеет место быть именно это явление.

Если уж быть совсем точным , то токовое зеркало - есть ИСТОЧНИК ТОКА , управляемый другим током , причём током той же полярности , в этом суть дела . И дело тут даже не в переходах , так как есть токовые зеркала на мосфетах , у которых нет переходов . У нас же , согласен , есть два диода , ток одного влияет косвенно на ток другого ( через цепь ООС ) ..... но источника тока - нет ( ток у нас зависит ещё и от сопротивления цепи ) , поэтому нет и токового зеркала как СХЕМЫ .

[Stanislav]

А вот это - совсем не факт , тут всё зависит от соотношения разных параметров ОУ и ёмкости конденсатора ! Причём , случай идеального повторителя равносилен схеме вообще БЕЗ повторителя . А схема , которую применял автор темы сначала - была БЕЗ повторителя и , заметьте , НЕ имела выброса , следовательно - была устойчива .

Уверен, что автор темы слегка ошибся. Переходные процессы он не снимал - наверное, в этом всё дело.
Я уже советовал посмотреть на осциллограммы данного ОУ при подключении выхода к ёмкостной нагрузке. 10 нФ примерно соответствуют границе устойчивости - декремент затухания переходного процесса очень мал. 3,3 нФ, несомненно, также приведут к значительному выбросу, который испортит всё измерение.
Введение резистора R1 в цепь заряда кондёра только усугубит всё дело - полюс отодвинется в область НЧ, в зону бОльшего усиления ОУ.

...Неустойчивость ( и как следствие - выброс ) появилась у неё после введения именно повторителя , как результат запаздывания в нём . Тут нет ничего странного . Очень часто бывает , что устойчивая схема начинает возбуждаться при введении относительно небольшого запаздывания ..........

Я не спорю с тем, что введение дополнительной задержки ухудшает устойчивость в данном случае, а говорю лишь о том, что она будет плохой и при идеальном повторителе. А лихое предположение о сравнимости времён задержек в цепи кондёра и в повторителе не выдерживает просто никакой критики.

...Если уж быть совсем точным , то токовое зеркало - есть ИСТОЧНИК ТОКА , управляемый другим током , причём током той же полярности , в этом суть дела . И дело тут даже не в переходах , так как есть токовые зеркала на мосфетах , у которых нет переходов . У нас же , согласен , есть два диода , ток одного влияет косвенно на ток другого ( через цепь ООС ) ..... но источника тока - нет ( ток у нас зависит ещё и от сопротивления цепи ) , поэтому нет и токового зеркала как СХЕМЫ .

Простите, Вы уже посчитали время установления? Или хотите, чтобы я это сделал за Вас?
Дело в том, что диод - это не просто ключ. Ток через него описывается соотношением I=I0*exp(U/kT).
Напряжение на цепочке D3R1, а, следовательно, и ток через неё, будет определяться падением напряжения на цепи D2R2. В этом смысле, первая из них и является источником зарядного тока кондёра.
Воспользуйтесь формулой, и посчитайте время установления напряжения от 0 до хотя бы 17 мВ при 20 входных. А потом продолжим.

...А вот по поводу резистора - интересно было бы услышать почему. Вообще у меня выходное сопротивление источника сигнала достаточно велико (килоомы), поэтому в моем случае этого можно и не делать.

Нужны уточнения.
1. Источник имеет чисто активный импеданс, или заметную реактивную составляющую?
2. Какова длина проводов от источника до детектора?

Перевод ОУ в режим класса А заданием начального тока в его выходной каскад благотворно сказывается на форме переходных процессов.

Сообщение отредактировал Stanislav - Oct 12 2007, 10:35

[deemon]

Простите, Вы уже посчитали время установления? Или хотите, чтобы я это сделал за Вас?
Дело в том, что диод - это не просто ключ. Ток через него описывается соотношением I=I0*exp(U/kT).
Напряжение на цепочке D3R1, а, следовательно, и ток через неё, будет определяться падением напряжения на цепи D2R2. В этом смысле, первая из них и является источником зарядного тока кондёра.
Воспользуйтесь формулой, и посчитайте время установления напряжения от 0 до хотя бы 17 мВ при 20 входных. А потом продолжим.

Строго считать - чур меня ! Там нелинейный дифур получается даже в квазистатическом приближении , ну его нафиг .....
Но приближённый анализ показывает , что при разнице между входным напряжением и выходным более некоего порога ( порядка 100-200 мв ) постоянная времени стремится к R1*C , а при меньших значениях - к R2*C . Таким образом и выходит , что схема очень быстро зарядит кондёр до некоего уровня , близкого ко входному напряжению , а потом заряд плавно замедлится , и мы медленно "подъезжаем" к точке назначения ....... позволит ли это получить необходимую точность в нашем случае ? Сразу сказать не могу , это зависит от разных обстоятельств ....... возможно , что и нет . Далее , как я мыслю , при реальной отладке этой схемы возникнет необходимость УМЕНЬШИТЬ этот самый порог , чтобы схема быстрее заряжала кондёр до нужной точности . Тут я склоняюсь к тому решению , про которое писал раньше - добавлению небольшого резистора последовательно с D2 , или же ещё одного диода . Падение напряжения на нём приведёт к более резкому открыванию D3 при малых напряжених на входе и соответственно - к более "шустрому" установлению выходного напряжения . Тут , короче , испытывать надо ....... будет время - я это дело проверю . Правда , точно таких ОУ у меня нет , есть похожие .... так что результат по времени установления будет несколько другим , понятное дело .

Перевод ОУ в режим класса А заданием начального тока в его выходной каскад благотворно сказывается на форме переходных процессов.

Кстати , этот фокус тут пользы не даст , ибо он в других случаях полезен . Перевод в класс А нужен для уменьшения искажений , возникающих от переключения выходных транзисторов ОУ при усилении переменного тока . Так иногда делают , например , в звуковых усилителях . А у нас тут происходит только ЗАРЯД кондёра , а значит - внутри ОУ при этом будут работать транзисторы , подсоединённые к + питания . То есть - во время заряда переключения нет , а значит и класс А пользы не даст , ИМХО .

Сообщение отредактировал deemon - Oct 11 2007, 17:27