Salida reducida del circuito de retención y detección de picos del amplificador operacional

He utilizado el detector de picos del amplificador operacional y el circuito de retención para encontrar el pico de voltaje obtenido del detector de centelleo y el preamplificador.detector de picos opamp

Observé que la salida de pico y retención observada era de 700 mV, en lugar de los 1,5 V esperados y que cuando el preamplificador se conectaba al circuito de pico y retención, la parte de la forma de onda de salida del preamplificador por encima de 700 mV se recortaba. Para depurar el problema, se verificaron los siguientes puntos:

  1. El circuito Op-Amp no está cargando la fuente extrayendo un exceso de corriente.
  2. La velocidad de respuesta del amplificador operacional es de 125 V/us y la velocidad de carga del condensador con un límite de 1 uF y una corriente de cortocircuito de 100 mA es de 100 V/us. El pulso del detector aumenta de 0 a 1,5 V en 100 ns, por lo que la tasa requerida es de 15 V/us
  3. Se proporcionó una onda triangular de 20 kHz con 1,7 V al circuito de retención de picos. La salida de retención de pico fue de 1 V y la onda triangular de entrada se recortó a 1 V pico a pico. Las simulaciones de SPICE muestran resultados similares, pero menos severos. El efecto es mínimo si la entrada es una onda cuadrada o si la frecuencia es mínima.
  4. El circuito funciona para la entrada de CC (proporcione 3,3 V y desconéctelo, el voltaje del capacitor comenzó a caer de 3,3 V)

Todas las observaciones anteriores se han realizado con nMOSFET en estado abierto.

¿Alguien puede decirme dónde me estoy equivocando en el diseño?

Aplique su dv/dt a su capacitor de retención y calcule la corriente de carga requerida. ¿15 amperios suenan como una salida de amplificador operacional razonable? Además, un AD825 tiene un tiempo de establecimiento nominal de 80 nseg, lo que significa que la salida apenas habrá comenzado a establecerse antes de que desaparezca el pulso de entrada. Y dado que este circuito tiene 2 amperios en serie, sus requisitos de velocidad son extremadamente exigentes.

Respuestas (2)

Tiene dos errores que afectan su simulación de 20 kHz.

El primero es su condensador de retención. A 1 uF, una velocidad de respuesta de 15 V/usec requiere una corriente de carga

d V d t = i C
i = C × d V d t = 10 − 6 × 15 × 10 6 = 15  amperios
y simplemente no hay forma de que obtenga eso de un AD825. Una onda triangular de 20 kHz y 3,4 voltios requiere
d V d t = 2 × 3.4 × 2 × 10 4 = 1.3 × 10 5 V / m s mi C
Esto es unas 100 veces menos que el requisito de pulso, pero sigue siendo demasiado para el AD825. Si presta mucha atención a la salida de su simulador, verá que la razón por la que la salida es baja es que la salida se retrasa notablemente con respecto a la entrada y el condensador de retención deja de cargarse mientras el voltaje es demasiado bajo.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Puede ver que la salida (roja) no se carga lo suficientemente rápido como para seguir a la entrada (verde), y la salida se nivela cuando la entrada cae por debajo de la salida. En otras palabras, el detector de picos está funcionando tan bien como puede dada la respuesta lenta en el capacitor.

La respuesta es simple: reduzca su condensador de retención. Un 1 nF funcionará muy bien en su circuito.

Una vez que haga eso, verá un nuevo problema: caída en la salida. Esto también es bastante simple. Cuando configuró su simulación, usó los diodos iN1183 predeterminados, e incluso para los estándares de 40 años, el 1183 es ​​bastante malo. Específicamente, su corriente de polarización inversa es horrible. Reemplace los diodos con 1N4148 y vea si le gusta eso.

Ahora cambie su entrada de simulación a un pulso de 100 nseg y siéntase decepcionado. El capacitor se sobrecarga y una vez que eso sucede, no tiene otra forma de descargarlo que usar el FET. Reducir aún más el capacitor de retención reducirá el problema, pero es una solución artificial y no funcionará de manera confiable si varía el ancho o la amplitud del pulso de entrada. Su problema es simplemente que el AD825 es demasiado lento para manejar pulsos de 100 nseg en esta configuración. Aunque la hoja de datos muestra que se asienta aceptablemente para amplificar pulsos de 100 nseg, eso no es lo que está haciendo. Entre la demora de tiempo asociada con la carga del capacitor de retención y la demora intrínseca causada por el segundo AD825, simplemente no puede hacer con precisión lo que desea con este amplificador operacional.

EDITAR: también, solo por diversión, intente cambiar el condensador de retención a 100 nF, para ver que este no es un amplificador simple.

Esto es sólo una sugerencia. ¿Por qué no usar un componente de muestreo/retención como LF398? Hace todo el trabajo. Agregue solo un capacitor. Menos de 10 μs de tiempo de adquisición. Si es demasiado lento, hay otros componentes mucho más rápidos. También puede usar un ADC, como un convertidor flash. 1 us tiempo de conversión o más rápido.

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