06-28-2014, 07:15 AM
Метод измерения петлевого усиления с использованием Network Analyzer'а для оценки стабильности имеет ряд существенных недостатков.
Во первых, требует наличия этого самого аналайзера, прибора довольно дорогого и практически недоступного в домашних условиях.
Во вторых, сам метод имеет ряд существенных ограничений. Самым большим из которых является то, что по сути метод использует предположение о линейности анализируемой системы.
Т.е. метод-слабосигнальный. Но это даёт очень ограниченное представление об устойчивости реальной системы. Во многом он похож на AC анализ в симуляторе. Очень удобно для предварительной оценки и выбора элементов. Но недостаточно для окончательной оценки устойчивости. Особенно в случае "линейного" регулятора напряжения.
К тому же, в отличие от симулятора, всё время приходится оценивать ошибку, которую может дать сам метод инжектирования.
Другим распространенным способом проверки устойчивости регулятора напряжения является оценка его реакции на скачок тока нагрузки. Метод очень удобен, обычно не требует узко специализированного измерительного оборудования и очень показателен. Подумайте, ведь это то что ваш регулятор напряжения должен уметь хорошо делать, т.е. держать выходное напряжение при изменении тока нагрузки. Ничего личного, чистый бизнес. И ничего искусственного. Метод позволяет оценить полосу петли, примерный запас по фазе, линейность и качество регулирования при "большом сигнале", свойства выходной развязки.
Пожалуй, единственным недостатком является то, что он не всегда укажет на конкретного виновника проблемы. Но наличие некоторой доли здравого смысла и такого мощного инструмента как современный симулятор позволяет не очень переживать по этому поводу. К тому-же, необязательно даже знать что внутри регулятора, вы ничего в нем не изменяете и можете проводить измерения на полностью собранном устройстве в параллель с реальной нагрузкой. Главное-не превысить допустимый ток и мощность. Но какой-никакой запас есть всегда.
Существует много различных способов получения этого самого скачка тока. Один из самых простых - средней паршивости полевичок в ключевом режиме, резистор определяющий величину скачка - между стоком и выходом регулятора. Функциональный генератор с хорошими фронтами-на затвор. Таким образом легко получить достаточно большую величину скачка, определяемую резистором и выходным напряжением. А на полевике сеится довольно немного. Если конечно его быстро переключать. Недостаток - существенно разные времена нарастания и спада. К тому же, тяжело обеспечить малую паразитную индуктивность. Что не есть хорошо, так как цель-оценить устойчивость регулятора а не звон самого источника тока.
Поэтому при небольших токах (наш случай) более удобно применять несколько другую схемку.
R1-чтоб избежать звона несогласованного входного кабеля, R2-немного сгладить фронты (в принципе-не обязательно).
R3, выходная амплитуда и смещение функционального генератора - задают выходной ток который измеряется осциллографом на R3 (I=Vr3/R3)
Смещение ФГ желательно подобрать так, чтоб полевик всегда был в активном режиме, т.е. всегда протекал небольшой начальный ток, процентов 5-10 от величины скачка. Тогда фронты получаются относительно ровные.
R4, C1 - небольшой снаббер, чтоб слегка задемпфировать паразитные колебания. Немного замедляет фронты но существенно уменьшает продолжительность звона и слегка-его амплитуду. Без них то-же будет работать.
В качестве полевичка выбран NTD4815 в IPACовской посуде. Собственно то что было под рукой. Выбирать что-то с очень малым сопротивлением (1-8 мОм) не советую. Их сложнее быстро переключать, а преимуществ для подобного применения-никаких. Так-же не советую выбирать что-то в большой посуде. Большая паразитная индуктивность. А нам нужны неплохие фронты при минимальном звоне. Но в принципе, можно применять почти всё в диапазоне 10-100мОм.
Размер скачка 0.1А. При 15В это даст примерно 0.75W, т.е. можно обойтись без радиатора и принудительного охлаждения.
Монтажка и подключение-на фото. Поскольку результаты получились вполне читабельные, дальнейшим укорочением проводов и уменьшением паразиток не заморачивался. Всё равно, к 0 не сведешь. Но существенного небрежения эти вещи не допускают. Если вы конечно хотите получить читабельные результаты в диапазоне до 10-20Мгц. Длина соединительного провода-1см.
Фронт/спад тока - примерно 20-25 нСек. Можно конечно улучшить раза в 2 без особых напрягов, но для данного приложения - достаточно.
Реакция на скачок тока.
Ток нагрузки-100мА, задаётся постоянным резистором 150 Ом на выходе. Скачек тока примерно 100мА. Схема генератора скачка приведена выше. Частота-1Кгц.
Ток мониторится напряжением на истоковом резисторе генератора скачка. Поскольку резистор 10 Ом, 1В напряжения соответствует 100мА тока. График тока отображается голубой кривой в нижней части скриншота (канал 2).
Чувствительности каналов отображаются слева внизу. Временная шкала-первая цифра правого нижнего блока. Выходное напряжение мерилось пассивным пробником, большинство остальных-активными дифференциальными 1Ггц пробами.
Полосы каналов вместе с пробами видны около чувствительности канала.
1 Обзорная картинка. Видны короткие просечки в местах переходов.
2. Задний фронт, спад тока, 500нС/дел.
3. То-же самое, увеличена чувствительность, добавлены вертикальные маркеры, внизу посередине-данные измерения с
маркерами.
4. То-же самое, 50нС/дел.
5, 6, 7. То-же самое, нарастание тока.
По уму надо-бы продолжить разговор про стабильность. Посмотреть и сравнить с тем что предлагается например Linear Technology. И почему в своих рекламных кампаниях они так налегают на то, что их дизайн стабилен при использовании керамики на выходе. И чем приходится расплачиваться даже за эту не слишком хорошую устойчивость. В действительности, у многих так называемых "линейных" регуляторов отклик на скачок существенно нелинеен а стабильность (особенно при работе на керамику) оставляет желать лучшего. Что в общем-то видно если перейти в даташите от первой страницы (описывающей какой их регулятор замечательный, белый и пушистый) к последующим (показывающим реальные измерения реакции на скачок тока). Предложенный способ с применением переключаемого источника тока очень показателен. Так что возможно чуть позже глянем на это поподробней.
Выходное сопротивление.
Как мерилось? Берём сопротивление 100 Ом. Подключаем через электролит в несколько сот микрофарад к генератору. Другой конец резистора - к выходу измеряемого источника. Меряем отношение напряжений с обоих сторон резистора. Чтоб не утонуть в шумах и наводках, сигнал с выхода усиливается в 100 раз. Тем же самым дифференциальным усилителем на SSM2019. Хорошая штучка однако. При таком измерении, выходное сопротивление 1 Ом будет давать 0дБ. А 0.001 Ом соответствует -60 дБ. Нетворк аналайзер используется в режиме с эквивалентной полосой примерно 3 Гц. В принципе, можно использовать полосу и пошире. Но фильтровать при таких выходных сопротивлениях нужно обязательно. К тому-же, естественно, полезно мониторить осциллографом сигнал на выходе SSM2019. Кто его знает, что он там себе насосет.
1. Калибровочная частотка. Измеряется выходное сопротивление 1 Ом. Т.е. делитель 100 Ом - 1 Ом. Вместе с усилителем на SSM2019. Как и ожидалось, около 0 дБ, завал на 1 МГц-2.5 дБ, на 10 МГц - 27 дБ.
2. Одно из первых измерений. Игрища на тему расположения точки съёма обратной связи. По желанию трудящихся, могу сделать 1 милиОм во всём звуковом диапазоне. Правда не понимаю зачем.
3. Собственно выходное сопротивление. Естественно, в общем и целом, обратно пропорционально петлевому. Минимум примерно 30-40 микро Ом. На 20КГц - чуть меньше милиОма.
.
Во первых, требует наличия этого самого аналайзера, прибора довольно дорогого и практически недоступного в домашних условиях.
Во вторых, сам метод имеет ряд существенных ограничений. Самым большим из которых является то, что по сути метод использует предположение о линейности анализируемой системы.
Т.е. метод-слабосигнальный. Но это даёт очень ограниченное представление об устойчивости реальной системы. Во многом он похож на AC анализ в симуляторе. Очень удобно для предварительной оценки и выбора элементов. Но недостаточно для окончательной оценки устойчивости. Особенно в случае "линейного" регулятора напряжения.
К тому же, в отличие от симулятора, всё время приходится оценивать ошибку, которую может дать сам метод инжектирования.
Другим распространенным способом проверки устойчивости регулятора напряжения является оценка его реакции на скачок тока нагрузки. Метод очень удобен, обычно не требует узко специализированного измерительного оборудования и очень показателен. Подумайте, ведь это то что ваш регулятор напряжения должен уметь хорошо делать, т.е. держать выходное напряжение при изменении тока нагрузки. Ничего личного, чистый бизнес. И ничего искусственного. Метод позволяет оценить полосу петли, примерный запас по фазе, линейность и качество регулирования при "большом сигнале", свойства выходной развязки.
Пожалуй, единственным недостатком является то, что он не всегда укажет на конкретного виновника проблемы. Но наличие некоторой доли здравого смысла и такого мощного инструмента как современный симулятор позволяет не очень переживать по этому поводу. К тому-же, необязательно даже знать что внутри регулятора, вы ничего в нем не изменяете и можете проводить измерения на полностью собранном устройстве в параллель с реальной нагрузкой. Главное-не превысить допустимый ток и мощность. Но какой-никакой запас есть всегда.
Существует много различных способов получения этого самого скачка тока. Один из самых простых - средней паршивости полевичок в ключевом режиме, резистор определяющий величину скачка - между стоком и выходом регулятора. Функциональный генератор с хорошими фронтами-на затвор. Таким образом легко получить достаточно большую величину скачка, определяемую резистором и выходным напряжением. А на полевике сеится довольно немного. Если конечно его быстро переключать. Недостаток - существенно разные времена нарастания и спада. К тому же, тяжело обеспечить малую паразитную индуктивность. Что не есть хорошо, так как цель-оценить устойчивость регулятора а не звон самого источника тока.
Поэтому при небольших токах (наш случай) более удобно применять несколько другую схемку.
R1-чтоб избежать звона несогласованного входного кабеля, R2-немного сгладить фронты (в принципе-не обязательно).
R3, выходная амплитуда и смещение функционального генератора - задают выходной ток который измеряется осциллографом на R3 (I=Vr3/R3)
Смещение ФГ желательно подобрать так, чтоб полевик всегда был в активном режиме, т.е. всегда протекал небольшой начальный ток, процентов 5-10 от величины скачка. Тогда фронты получаются относительно ровные.
R4, C1 - небольшой снаббер, чтоб слегка задемпфировать паразитные колебания. Немного замедляет фронты но существенно уменьшает продолжительность звона и слегка-его амплитуду. Без них то-же будет работать.
В качестве полевичка выбран NTD4815 в IPACовской посуде. Собственно то что было под рукой. Выбирать что-то с очень малым сопротивлением (1-8 мОм) не советую. Их сложнее быстро переключать, а преимуществ для подобного применения-никаких. Так-же не советую выбирать что-то в большой посуде. Большая паразитная индуктивность. А нам нужны неплохие фронты при минимальном звоне. Но в принципе, можно применять почти всё в диапазоне 10-100мОм.
Размер скачка 0.1А. При 15В это даст примерно 0.75W, т.е. можно обойтись без радиатора и принудительного охлаждения.
Монтажка и подключение-на фото. Поскольку результаты получились вполне читабельные, дальнейшим укорочением проводов и уменьшением паразиток не заморачивался. Всё равно, к 0 не сведешь. Но существенного небрежения эти вещи не допускают. Если вы конечно хотите получить читабельные результаты в диапазоне до 10-20Мгц. Длина соединительного провода-1см.
Фронт/спад тока - примерно 20-25 нСек. Можно конечно улучшить раза в 2 без особых напрягов, но для данного приложения - достаточно.
Реакция на скачок тока.
Ток нагрузки-100мА, задаётся постоянным резистором 150 Ом на выходе. Скачек тока примерно 100мА. Схема генератора скачка приведена выше. Частота-1Кгц.
Ток мониторится напряжением на истоковом резисторе генератора скачка. Поскольку резистор 10 Ом, 1В напряжения соответствует 100мА тока. График тока отображается голубой кривой в нижней части скриншота (канал 2).
Чувствительности каналов отображаются слева внизу. Временная шкала-первая цифра правого нижнего блока. Выходное напряжение мерилось пассивным пробником, большинство остальных-активными дифференциальными 1Ггц пробами.
Полосы каналов вместе с пробами видны около чувствительности канала.
1 Обзорная картинка. Видны короткие просечки в местах переходов.
2. Задний фронт, спад тока, 500нС/дел.
3. То-же самое, увеличена чувствительность, добавлены вертикальные маркеры, внизу посередине-данные измерения с
маркерами.
4. То-же самое, 50нС/дел.
5, 6, 7. То-же самое, нарастание тока.
По уму надо-бы продолжить разговор про стабильность. Посмотреть и сравнить с тем что предлагается например Linear Technology. И почему в своих рекламных кампаниях они так налегают на то, что их дизайн стабилен при использовании керамики на выходе. И чем приходится расплачиваться даже за эту не слишком хорошую устойчивость. В действительности, у многих так называемых "линейных" регуляторов отклик на скачок существенно нелинеен а стабильность (особенно при работе на керамику) оставляет желать лучшего. Что в общем-то видно если перейти в даташите от первой страницы (описывающей какой их регулятор замечательный, белый и пушистый) к последующим (показывающим реальные измерения реакции на скачок тока). Предложенный способ с применением переключаемого источника тока очень показателен. Так что возможно чуть позже глянем на это поподробней.
Выходное сопротивление.
Как мерилось? Берём сопротивление 100 Ом. Подключаем через электролит в несколько сот микрофарад к генератору. Другой конец резистора - к выходу измеряемого источника. Меряем отношение напряжений с обоих сторон резистора. Чтоб не утонуть в шумах и наводках, сигнал с выхода усиливается в 100 раз. Тем же самым дифференциальным усилителем на SSM2019. Хорошая штучка однако. При таком измерении, выходное сопротивление 1 Ом будет давать 0дБ. А 0.001 Ом соответствует -60 дБ. Нетворк аналайзер используется в режиме с эквивалентной полосой примерно 3 Гц. В принципе, можно использовать полосу и пошире. Но фильтровать при таких выходных сопротивлениях нужно обязательно. К тому-же, естественно, полезно мониторить осциллографом сигнал на выходе SSM2019. Кто его знает, что он там себе насосет.
1. Калибровочная частотка. Измеряется выходное сопротивление 1 Ом. Т.е. делитель 100 Ом - 1 Ом. Вместе с усилителем на SSM2019. Как и ожидалось, около 0 дБ, завал на 1 МГц-2.5 дБ, на 10 МГц - 27 дБ.
2. Одно из первых измерений. Игрища на тему расположения точки съёма обратной связи. По желанию трудящихся, могу сделать 1 милиОм во всём звуковом диапазоне. Правда не понимаю зачем.
3. Собственно выходное сопротивление. Естественно, в общем и целом, обратно пропорционально петлевому. Минимум примерно 30-40 микро Ом. На 20КГц - чуть меньше милиОма.
.
Nobody Is Perfect