Reduzierte Ausgabe der Spitzenerkennungs- und Halteschaltung des Operationsverstärkers

Ich habe eine Operationsverstärker-Spitzendetektor- und Halteschaltung verwendet, um die Spannungsspitze zu finden, die vom Szintillationsdetektor und Vorverstärker erhalten wird.Opamp-Peak-Detektor

Ich beobachtete, dass der beobachtete Peak-and-Hold-Ausgang 700 mV anstelle der erwarteten 1,5 V betrug und dass, wenn der Vorverstärker an die Peak-and-Hold-Schaltung angeschlossen war, der Teil der Ausgangswellenform des Vorverstärkers über 700 mV abgeschnitten wurde. Zur Fehlersuche wurden folgende Punkte geprüft:

  1. Die Op-Amp-Schaltung lädt die Quelle nicht, indem sie überschüssigen Strom zieht.
  2. Die Anstiegsrate des Operationsverstärkers beträgt 125 V / us und die Laderate des Kondensators mit einer Kappe von 1 uF und einem Kurzschlussstrom von 100 mA beträgt 100 V / us. Der Detektorimpuls steigt in 100 ns von 0 auf 1,5 V an, sodass die erforderliche Rate 15 V/us beträgt
  3. Eine 20-kHz-Dreieckswelle mit 1,7 V wurde an die Spitzenhalteschaltung geliefert. Der Peak-Hold-Ausgang betrug 1 V und die dreieckige Eingangswelle wurde auf 1 V Spitze-Spitze begrenzt. SPICE-Simulationen zeigen ähnliche, aber weniger schwerwiegende Ergebnisse. Der Effekt ist am geringsten, wenn der Eingang eine Rechteckwelle ist oder die Frequenz am geringsten ist.
  4. Die Schaltung arbeitet für DC-Eingang (liefern Sie 3,3 V und trennen Sie sie, die Kondensatorspannung begann von 3,3 V abzufallen)

Alle obigen Beobachtungen wurden mit nMOSFET im offenen Zustand gemacht.

Kann mir jemand sagen, wo ich beim Design falsch liege?

Wenden Sie Ihr dv/dt auf Ihren Haltekondensator an und berechnen Sie den erforderlichen Ladestrom. Klingt 15 Ampere wie ein vernünftiger Operationsverstärkerausgang? Außerdem hat ein AD825 eine nominelle Einschwingzeit von 80 ns, was besagt, dass der Ausgang kaum mit dem Einschwingen begonnen hat, bevor der Eingangsimpuls verschwindet. Und da diese Schaltung 2 Ampere in Reihe hat, sind Ihre Geschwindigkeitsanforderungen extrem hoch.

Antworten (2)

Sie haben zwei Fehler, die sich auf Ihre 20-kHz-Simulation auswirken.

Der erste ist Ihr Haltekondensator. Bei 1 uF erfordert eine Anstiegsgeschwindigkeit von 15 V/usec einen Ladestrom

D v D T = ich C
ich = C × D v D T = 10 − 6 × 15 × 10 6 = 15  Verstärker
und es gibt einfach keine Möglichkeit, das aus einem AD825 herauszuholen. Eine 20 kHz, 3,4 Volt Dreieckwelle erfordert
D v D T = 2 × 3.4 × 2 × 10 4 = 1.3 × 10 5 v / μ S e C
Das ist etwa 100-mal weniger als der Impulsbedarf, aber immer noch zu viel für den AD825. Wenn Sie den Ausgang Ihres Simulators genau beobachten, werden Sie feststellen, dass der Ausgang niedrig ist, weil der Ausgang dem Eingang merklich hinterherhinkt und der Ladekondensator aufhört zu laden, während die Spannung zu niedrig ist.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Sie können sehen, dass der Ausgang (rot) nicht schnell genug aufgeladen wird, um dem Eingang (grün) zu folgen, und der Ausgang abfällt, wenn der Eingang unter den Ausgang fällt. Mit anderen Worten, der Spitzenwertdetektor arbeitet so gut wie er aufgrund der langsamen Reaktion am Kondensator kann.

Die Antwort ist einfach: Reduzieren Sie Ihren Haltekondensator. Ein 1 nF wird auf Ihrer Schaltung sehr gut funktionieren.

Sobald Sie das getan haben, werden Sie ein neues Problem sehen: Droop in der Ausgabe. Dies ist auch ziemlich einfach. Als Sie Ihre Simulation eingerichtet haben, haben Sie die Standard-iN1183-Dioden verwendet, und selbst nach 40 Jahre alten Maßstäben ist die 1183 ziemlich beschissen. Insbesondere sein Sperrstrom ist schrecklich. Ersetzen Sie die Dioden durch 1N4148s und sehen Sie, wie Ihnen das gefällt.

Ändern Sie jetzt Ihren Simulationseingang auf einen 100-ns-Impuls und seien Sie enttäuscht. Der Kondensator überlädt und sobald dies passiert, haben Sie keine andere Möglichkeit, ihn zu entladen, als den FET zu verwenden. Eine weitere Verringerung des Haltekondensators verringert das Problem, ist jedoch eine künstliche Lösung und funktioniert nicht zuverlässig, wenn die Eingangsimpulsbreite oder -amplitude variiert. Ihr Problem ist einfach, dass der AD825 zu langsam ist, um 100-ns-Impulse in dieser Konfiguration zu verarbeiten. Obwohl das Datenblatt zeigt, dass es sich für die Verstärkung von 100-ns-Impulsen akzeptabel einpendelt, ist dies nicht das, was Sie tun. Zwischen der Zeitverzögerung, die mit dem Laden des Haltekondensators verbunden ist, und der durch den zweiten AD825 verursachten Eigenverzögerung können Sie mit diesem Operationsverstärker einfach nicht genau das tun, was Sie wollen.

BEARBEITEN - Versuchen Sie auch nur zum Spaß, den Haltekondensator auf 100 nF zu ändern, um zu sehen, dass dies kein einfacher Verstärker ist.

Dies ist nur ein Vorschlag. Warum verwenden Sie keine Sample/Hold-Komponente als LF398? Es macht den ganzen Job. Fügen Sie nur einen Kondensator hinzu. Weniger als 10 μs Erfassungszeit. Wenn zu langsam, gibt es andere Komponenten viel schneller. Sie können auch einen ADC wie einen Flash-Konverter verwenden. 1 US-Konvertierungszeit oder schneller.

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