Двуполупериодный выпрямитель собран по традиционной схеме (ОУ и 2 диода) на сдвоенном AD8552. Питание однополярное. Первая половинка ОУ выпрямляет входной входной синус 4 кГц, вторая работает как фильтр с интегрирующим конденсатором в обратной связи.
Эффект: при нулевом входном сигнале все в порядке, а при наличии входного сигнала DC-выход сильно плывет со временем (в течение часа или нескольких часов). При фильтрующей емкости 10uF (электролит тантал) плывет сильно (до 20%), при
1uF (керамика 0805) намного меньше и т.д. Если все выключить на пару минут, дать всему разрядиться, то при новом включении DC-выхода возрастает и опять начинает плыть в меньшую сторону.
Вопрос: Вроде, такого быть не должно. Не может ли это быть связано с тем, что это ОУ с автокоррекцией нуля, и его неизбежно присутствующие на выходе пички с внутренней частотой коммутации (думаю, около 4 кГц) как-то заряжают конденсатор фильтра и уводят выход со временем (когда выход при наличии входного сигнала отличается от уровня виртуальной земли +2.5В)? Менять AD8552 на какой-нибудь обычный ОУ пока не пробовал, но, может, вообще не стоит применять такие ОУ как интеграторы и выпрямители?
Hello, Yuri! You wrote on Mon, 6 Oct 2003 07:22:47 +0000 (UTC):
YK> выпрямляет входной входной синус 4 кГц, вторая работает как фильтр с [...] YK> с внутренней частотой коммутации (думаю, около 4 кГц)
Ты явно выбрал не тот ОУ. Сильно не тот.
YK> Двуполупериодный выпрямитель собран по традиционной схеме (ОУ и YK> 2 диода) YK> на сдвоенном AD8552. Питание однополярное. Первая половинка ОУ YK> выпрямляет входной входной синус 4 кГц, вторая работает как фильтр с YK> интегрирующим конденсатором в обратной связи.
Не знаю, что называется "традиционной" схемой, но в схеме с с расщеплённой ООС (резистор с выхода на инвертирующий вход первого ОУ расщеплён на резисторно-диодный мост, выходной сигнал снимается с его диагонали) одного ОУ в качестве второго каскада мало. Там нужен т.н. измерительный усилитель на трёх ОУ, иначе входное сопротивлление этого каскада сказывается на работе выпрямителя и нарушает симметрию. Соответственно, использовать его в качестве фильтра не представляется возможным.
Alexander,Derazhne@adic,kiev,ua (replace commas with dots) Alexander Derazhne
"Alexander Derazhne" snipped-for-privacy@adic.kiev.ua> сообщил/сообщила в новостях следующее:
Вот и у меня сомнения - связал ли сильный дрейф именно с неправильным ОУ?
ПОхоже, мы описываем одинаковую схему. Собрано точно как, например, в National Semiconductor LB-08 "Precision AC/DC converters", только с однополярным питанием (еще много где встречается такая схема, сразу не вспомню где): к выходу первого ОУ подключены только анод и катод двух диодов. Катод первого диода идет на инв вход ОУ1, анод второго диода идет на тот же инв вход, но через резистор. На инв вход ОУ2 сигнал идет через резистор от точки соединения диода (анода) с резистором, а также от самого входа схемы. В обратной связи ОУ2 стоит резистор и параллельно ему фильтрующий конденсатор.
Если убрать ОУ2 и все с ним связанное, то получится то, что литература называет 'Fast half wave rectifier', а так получается 'full wave rect'.
Есть ли линк, где можно посмотреть эту схему или хорошо работающий выпрямитель при однополярном питании?
В той схеме, что сейчас собрана у меня, действительно нужна тонкая подстройка резисторов для симметричного выпрямления и получения одинаковой амплитуды полуволн (которые видны на выходе второго ОУ, если убрать интегрирующий конденсатор). И есть еще проблема текущей схемы - даже при rail-to-rail усилителях выпрямленное DC мах может быть 4В, а не 5В (т.е. span=2.5...4В, где 2.5В есть виртуальная земля), т.к. иначе нарушается линейность выпрямления и видно (без конденсатора), что начинаются ограничения полуволн сверху.
Hello, Yuri! You wrote to Alexander Derazhne on Mon, 6 Oct 2003 10:04:57 +0000 (UTC):
Не уверен, но а) по частотным свойствам он оставляет желать лучшего; б) если у тебя входные сигналы сравнимы с питанием, то зачем столь малодрейфующий ОУ? У него заявлено время восстановления после насыщения 50мкс, т.е. после насыщения (помеха) ты теряешь 1/5 периода при 4кГц. Опять-же, при его заявленной полосе ты работаешь на грани возможностей - такой нелинейный процесс как выпрямление требует хорошего запаса по полосе.
Нет, это слегка разные схемы. НО!! У интегрируещего включения ОУ существенно разное поведение по инвертирующему и неинвертирующему входам!! Второй ОУ можно использовать только как суммирующий, фильтр придётся лепить отдельно.
YK> Если убрать ОУ2 и все с ним связанное, то получится то, что YK> литература называет 'Fast half wave rectifier', а так получается YK> 'full wave rect'.
Не знаю. Я нашёл эту схему в справочнике и долго выяснял почему она работает не совсем так, как хотелось бы. Оказалось, что виновато входное сопротивление второго каскада, точнее, его резисторной схемы. Применённая тобой лишена этого недостатка, резисторы второго каскада в ней работают, а не являются паразитными.
YK> В той схеме, что сейчас собрана у меня, действительно нужна тонкая YK> подстройка резисторов для симметричного выпрямления и получения YK> одинаковой амплитуды полуволн
Достаточно подстроить один.
YK> (которые видны на выходе второго ОУ, если убрать интегрирующий YK> конденсатор).
А вот тут плохо. Резисторы должны удовлетворять соотношению
2*R1*R3=R2*R4 (если выстроить их в линию и пронумеровать от виртуальной земли до выхода). А ты используешь R4/(1+j*w*tau) вместо R4...
YK> И есть еще проблема текущей схемы - даже при rail-to-rail YK> усилителях выпрямленное DC мах может быть 4В, а не 5В (т.е. YK> span=2.5...4В, где 2.5В есть виртуальная земля), т.к. иначе YK> нарушается линейность выпрямления и видно (без конденсатора), что YK> начинаются ограничения полуволн сверху.
"Alexander Derazhne" snipped-for-privacy@i.com.ua> сообщил/сообщила в новостях следующее:
б)
Сейчас получается, что выпрямленный DC-сигнал меняется в диапазоне
0.5-1.5 Vdc относительно Vref +2.5В (всего 1В span выхода при изменении входного АС-сигнала), и его меряет АЦП 16 бит. ПОэтому я хотел минимизировать DC-дрейфы.
Видимо, ты прав для случая импульсной помехи. И стоит уйти на более быстрый ОУ. Но дрейф я вижу и на столе в лаборатории, где помех нет (или немного), и помехи не могут определить медленный дрейф. Я пока так и не понял, откуда он берется - либо что-то прогревается (но очень уж сильно!), либо емкость фильтра течет, либо еще что-нибудь.
лепить
Не очень понял (попробую изобразить): второй ОУ (фильтр-интегратор) получает сигнал ТОЛЬКО на инвертирующий вход как сумма двух сигналов - через
Да, всего один - тот, который в моей схеме Ra (малая подстройка около значения R)
У меня все как нарисовано выше все R=11K, 2R=22K, Ra подстраивается около 11К, а Rb меняется как угодно для обеспечения необходимого усиления. Разве это не соответствует описанным тобою требованиям?
Вот я и думал, каким образом после выпрямителя разогнать имеющиеся изменения в 1.5В до ~5В - можно будет поставить INA. ПРидумать подходящую схему однополярного выпрямителя (на 2-х ОУ), который бы давал выход от истинных 0 до +5В (или 1В---4В), не получилось.
Hello, Yuri! You wrote to Alexander Derazhne on Tue, 7 Oct 2003 07:51:03 +0000 (UTC):
YK> Сейчас получается, что выпрямленный DC-сигнал меняется в YK> диапазоне YK> 0.5-1.5 Vdc относительно Vref +2.5В (всего 1В span выхода при YK> изменении входного АС-сигнала), и его меряет АЦП 16 бит. ПОэтому я YK> хотел минимизировать DC-дрейфы.
Ээээ... А не проще ли оцифровать и "выпрямить" в цифровой форме? Чтобы подавить пульсации после выпрямителя потребуется хааароший такой фильтрец (а иначе зачем 16 бит?), одним конденсатором ты не отделаешься.
YK> прогревается (но очень уж сильно!), либо емкость фильтра течет, либо YK> еще что-нибудь.
Вполне возможно, её утечки стоят впараллель с резистором, определяющим усиление. Т.е. вполне возможно, что ты видишь не дрейф, а изменение Ку.
YK> Не очень понял (попробую изобразить): второй ОУ YK> (фильтр-интегратор) YK> получает сигнал ТОЛЬКО на инвертирующий вход как сумма двух сигналов YK> - через 2R от входа и через R с выхода выпрямителя.
YK> У меня все как нарисовано выше все R=11K, 2R=22K, Ra YK> подстраивается около 11К, а Rb меняется как угодно для обеспечения YK> необходимого усиления. YK> Разве это не соответствует описанным тобою требованиям?
Не-а. Схема не та.
YK>>> И есть еще проблема текущей схемы - даже при rail-to-rail YK>>> усилителях выпрямленное DC мах может быть 4В, а не 5В (т.е. YK>>> span=2.5...4В, где 2.5В есть виртуальная земля), т.к. иначе YK>>> нарушается линейность выпрямления и видно (без конденсатора), что YK>>> начинаются ограничения полуволн сверху.
Я боюсь, что 16 бит будет трудно вытянуть. И вообще - откуда сигнал-то берётся? Каково выходное сопротивление источника и насколько он линеен (симметричен)? Он "работает" относительно земли? Или виртуальной земли? Придумать схему двухполупериодного выпрямителя на одном ОУ можно, и виртуальная земля не нужна, и даже Ку = 1 можно попытаться вытянуть (впрочем, за ним всё равно потребуется буферный повторитель, кооторый может и усилить сигнал), но, главное, - какую точность ты получишь в результате? Какие фильтры с каким временем установления потребуется для этого нагородить? IMHO, в цифре проще.
Alexander,Derazhne@adic,kiev,ua (replace commas with dots) Alexander Derazhne
"Alexander Derazhne" snipped-for-privacy@adic.kiev.ua> сообщил/сообщила в новостях следующее:
(а
Естественно, что там стоит еще активный фильтр - одного конденсатора, безусловно, мало. Что касается цифрового выпрямления, то я уже думал над этим. Но это следующий этап - сейчас я хочу доделать все как есть. В цифре думал сделать так (потом для пробы просто закоротить все, что связано с выпрямителем и фильтрами): поскольку фактически нужно измерить размах усиленного входного AC-сигнала (сейчас синус, но можно сделать и меандр), а входной сигнал генерится и управляется тем же микроконтроллером, то я подаю сигнал (ON), оцифровываю (0.2 мсек), затем снимаю сигнал (OFF) и опять оцифровываю. В цифре вычитаю и получаю размах. Единственно, что смущает - что будет с наводками 50 Гц, которые давятся сейчас выпрямителем и фильтрами (плюс программно). Надо будет посчитать.
Может быть. Но почему - есть утечка и есть. Пока температура не меняется, входной сигнал также постоянен. Т.е. напряжение на емкости также постоянно - почему бы утечке меняться?
Исходный сигнал - с засвечиваемого фотодиода после AC-усилителя на ОУ в неинвертирующем включении. Затем стоит HPF фильтр на ~2-3кГц для подавления
50 Гц. Размах на выходе - до 3V p-p (Vref +/-1.5V). Все работает относительно чистой виртуальной земли +2.5В (после буфера от точного Vref).
Разве имеет значение чистота входного синуса - это ведь может быть и меандр с любой степенью сглаженности фронтов. Выпрямитель все равно должен работать одинаково хорошо. Насчет прямого цифрового выпрямления - в данном варианте не идет, т.к. стоит сигма-дельта АЦП (достаточно медленный), и время одного измерения около 200 usec. Максимум что можно - подавать меандр, и мерять уровени его установившихся верхних и нижних значений (для вычитания).
Hello, Yuri! You wrote to Alexander Derazhne on Tue, 7 Oct 2003 13:23:03 +0000 (UTC):
YK> В цифре думал сделать так (потом для пробы просто закоротить YK> все, что связано с выпрямителем и фильтрами): поскольку фактически YK> нужно измерить размах усиленного входного AC-сигнала (сейчас синус, YK> но можно сделать и меандр), а входной сигнал генерится и управляется YK> тем же микроконтроллером, то я подаю сигнал (ON), оцифровываю (0.2 YK> мсек), затем снимаю сигнал (OFF) и опять оцифровываю. В цифре YK> вычитаю и получаю размах.
:-)))) Проверь сдвиг фаз входного усилителя и сделай синхронный детектор. Если речь идёт о меандре, то можно привязаться и к самому сигналу.
YK> Единственно, что смущает - что будет с наводками 50 Гц, которые YK> давятся сейчас выпрямителем и фильтрами (плюс программно). Надо YK> будет посчитать.
Привяжи всё это (время накопления) к 50 Гц и замени фильтрацию выпрямленного интегрированием.
YK>>> прогревается (но очень уж сильно!), либо емкость фильтра течет, YK>>> либо еще что-нибудь.
Дык конденсатор-то ты поставил не "измерительный". Мало ли какие электрохимические процессы в нём происходят. Как блокировочный годится, а сюда нет. В hardw.schemes была дискуссия на эту тему: какие куда можно ставить. Вообще, по моему мнению, измерительной схеме электролитам не место. Если я не прав - пусть меня поправят, только с указанием конкретных типов.
YK> Разве имеет значение чистота входного синуса - это ведь может YK> быть и меандр с любой степенью сглаженности фронтов. Выпрямитель все YK> равно должен работать одинаково хорошо.
Вопрос в том - нужно ли тебе 16 бит и что ты намеряешь. После выпрямителя с хорошим фильтром получится средневыпрямленное. Результат будет зависеть от характеристик фильтра в полосе пропускания (16 бит!). Это то что тебе нужно? Вообще, многое упирается именно в эту точность. 16 бит -> 1lsb ~= 1.5е-5. Т.е. один старательно выверенный резистор уплыл (а может быть и не он? Может быть дорожка окислилась, пайка чуть поменяла характеристики? Или влажность поменялась?) и всё, прощай хвостовые биты :-))).
YK> Насчет прямого цифрового выпрямления - в данном варианте не YK> идет, т.к. YK> стоит сигма-дельта АЦП (достаточно медленный), и время одного YK> измерения около 200 usec. Максимум что можно - подавать меандр, и YK> мерять уровени его установившихся верхних и нижних значений (для YK> вычитания).
Подумай ещё раз - что ты хочешь измерить и чем можешь пренебречь.
Alexander,Derazhne@adic,kiev,ua (replace commas with dots) Alexander Derazhne
"Alexander Derazhne" snipped-for-privacy@adic.kiev.ua> сообщил/сообщила в новостях
место.
Электролит я просто пробовал - согласен, что там ему не место. Сейчас стоит керамика (0.33uF), правда пока с неизвестными параметрами. Куплю получше - попробую. Дискуссию читал.
будет
что
Частота изменения среднего уровня измеряемого сигнала (то, что нужно уловить), не превышает 10-20 Гц. А бит - сколько получится. Сейчас 14-16 бит rms вполне получается (по шумам, проблема дрейфов - отдельная, т.к. система во многом дифференциальная).
Это уже отдельный философский разговор. Я же пока хотел понять (может кто сталкивался?), почему я вижу ОЧЕНЬ сильный дрейф DC-выхода моего выпрямителя на временах от десятков минут безотносительно того, что меряем. То ли проблема связана с выбранным ОУ (с автозанулением), то ли еще с чем (конденсатор фильтра)?
Попробую сменить ОУ на обычный и посмотреть что будет. При том же самом no name керамическом конденсаторе. С подобными задачами точного аналогового выпрямления пока не сталкивался. И в I-net какого-нибудь примера синхронного детектора. Может, есть линки, или примеры в каком-нибудь datasheet на микросхему?
Hello, Yuri! You wrote to Alexander Derazhne on Wed, 8 Oct 2003 06:20:22 +0000 (UTC):
YK> Сейчас стоит керамика (0.33uF), правда пока с неизвестными YK> параметрами.
Дык с ней-то - плывёт?
YK> Это уже отдельный философский разговор. Я же пока хотел понять YK> (может кто сталкивался?), почему я вижу ОЧЕНЬ сильный дрейф YK> DC-выхода моего выпрямителя на временах от десятков минут YK> безотносительно того, что меряем. YK> То ли проблема связана с выбранным ОУ (с автозанулением), то ли еще YK> с чем (конденсатор фильтра)?
Вряд ли ты сможешь получить однозначный ответ в эхе. Разве что кто-то уже именно на эти грабли наступал. Скорее стоит рассчитывать на перечень _возможных_ причин, которые ты проверишь и ... станешь экспертом в данном вопросе.
YK> Попробую сменить ОУ на обычный и посмотреть что будет. При том же YK> самом no name керамическом конденсаторе. YK> С подобными задачами точного аналогового выпрямления пока не YK> сталкивался. И в I-net какого-нибудь примера синхронного детектора. YK> Может, есть линки, или примеры в каком-нибудь datasheet на YK> микросхему?
Тебе-ж не обычная схема, а прецизионная нужна. Т.е. или долго искать придётся, или изобретать самому.
"Alexander Derazhne" snipped-for-privacy@i.com.ua> сообщил/сообщила в новостях следующее:
В том то и дело, что плывет. Много меньше чем с танталом на 10uF. Ставлю
0.1uF - плывет еще (пропорционально) меньше.
Похоже на то - я, например, думал, что если кто-то уже наступал на такие грабли, то мог ответить типа "парень, ты неправ, и никогда не используй ОУ с автокоррекцией нуля в интеграторах".
Казалось странным самому изобретать прецизионный выпрямитель. Но в I-net нет ничего более разумного (или упоминания возможных граблей) чем то, как сделал я.
Спасибо за обсуждение. В качестве заключения попробую 2 решения -
1)сменить ОУ на стандартный линейный 2)выбросить все выпрямители и фильтры и измерять размах меандра прямо с помощью ADC, синхронно управляя меандром.
Будут результаты - сообщу в эху для общего интереса.
ElectronDepot website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here.
All logos and trade names are the property of their respective owners.