Determinación de la amplitud de una onda sinusoidal de 2 MHz

Aquí hay una idea: una solución simple y aproximada al cargar un diodo con una pequeña corriente. Se vuelve no lineal y rectifica incluso voltajes de CA bastante pequeños.

He dibujado un posible circuito. Usted podría refinar todos los valores para satisfacer sus requerimientos exactos. D_A y D_B son un par en un caso SOT23. R1 y R3 suministran la corriente de polarización a los diodos, desde un riel de 3.3 V. R2 y C2 son un filtro para rechazar los 2 MHz y proporcionar una salida estable; tienen una constante de tiempo muy por debajo de 1 ms, muy poco 2 MHz llega a través. Un R2 más grande o un C2 más grande puede ser una buena idea, dependiendo de la velocidad de su circuito de control. Para usar este circuito, debe muestrear y procesar tanto la salida de RF rectificada como la salida de detección de temperatura, y hacer algunos cálculos sobre los resultados. (El interruptor solo me permite ver la diferencia entre RF activado y RF desactivado).

Ventajasdeestecircuito:

• Baratoamenosde$0.10paracomponentes(excluyendolaresistenciasensorial)
• Sincomponentesexóticos:soloundoble1N4148yalgunasRyC.
• Sensiblehasta50mVCA,peroloserroressearrastrarán
• Muypocasensibilidadparcial,siemprequelosdosdiodoscoincidanyesténalamismatemperaturaoenelmismopaquete.Utiliceresistenciasdel1%.
• Muypocasensibilidaddefrecuencia
• Muypocasensibilidadalatemperatura,unavezcompensada(nosensiblealtempcodeloscondensadores)
• Recuentobajodecomponentes
• Tambiénactúacomountermómetro

Desventajas:

• Tambiénesuntermómetro.Debeprobarregularmenteelotrodiodo,paraverificarelvoltajedelaunióndebidoalatemperaturasolo.
• Algunoscálculosqueserealizaránenelsoftware,podríansertansimplescomounaresta.
• Singananciadevoltaje.ElVoutcaeaproximadamente270mVconunaentradadeCAde240mV(RMS)
• Respuestaligeramentenolineal,elvoltajedeCCnoeslinealconelvoltajedeCA.

Funcionaasí:

Y trazando solo los voltajes de CC de salida (aquí con una señal de pico de CA de 100 mV):

BOM, (carretes de menor costo de DigiKey)

• 1 x par de diodos: $ 0.01560
• 3 x 100k resistencias: $ 0.00093 cada una
• 2 x capacitores de cerámica NP0: $ 0.03914 cada uno Lista de materiales total: alrededor de $ 0.09667

Una investigación rápida sobre la sensibilidad del circuito a las variaciones de los parámetros muestra que una vez que se elaboran las ecuaciones, no debe ser sensible a la temperatura, frecuencia o cambios en la capacitancia.

Comenzando con 2 MHz, 10 grados C y 100 mV CA (pico):

• Configuración de la base: 539 (Vtemp) a 492 mV (Vout), diferencia de 47 mV
• 40 ° C: 449 a 406 mV, 42 mV Sin sensibilidad a la temperatura (después de restar)
• 1.5 MHz: 539 a 492 mV, 47 mV. Sin sensibilidad a la frecuencia
• R1 / R3 22K: 599 a 553 mV, 46 mV. Sin sensibilidad a la corriente, funciona bien con más corriente de polarización. La impedancia de la fuente del rectificador ahora también cae, ahora se estabiliza en 0.3 ms en lugar de 0.6. R1 y R3 aún deben coincidir ...
• 50 mV CA: 539 a 525 mV, 14 mV (límite inferior práctico de voltaje)
• 200 mV CA: 539 a 409 mV, 130 mV
• 339 mV CA: 539 a 284 mV, 255 mV (Este es su punto de operación, 240 mV RMS)
• 356 mV CA: 539 a 268 mV, 271 mV (punto de operación + 5%)

En resumen

• Este circuito rectifica un voltaje de CA de 240 mV RMS para proporcionar un cambio de 250 mV en el voltaje de CC.
• Si la tensión de CA cambia en un 5%, la tensión de CC cambia en aproximadamente un 6%, un delta de 16 mV.
• No tiene sensibilidad a las tolerancias típicas de los componentes, lo que causaría errores por encima del 5%.
• El valor de CC exacto depende de la temperatura, pero esto se calibra fácilmente en comparación con un segundo diodo en el mismo paquete, con el mismo sesgo pero sin CA.
• Un A / D de 12 bits dará una resolución de aproximadamente 0.25% por LSB, aunque en la práctica la tolerancia de la resistencia y la coincidencia del diodo limitarán la precisión mucho antes de esto.

Casi cualquier BJT discreto puede amplificar fácilmente 2MHz, o (dada la muy baja impedancia de la fuente) puede usar un inductor o transformador con toma para aumentar el voltaje a algo más razonable para que lo maneje un diodo Schottky. Con la degeneración del emisor puede obtener una precisión de ganancia bastante buena con el BJT. Yo esperaría algo como una sola vuelta primaria y tal vez 20 vueltas secundaria para el transformador, a través de un pequeño toroide de ferrita.

Creo que una precisión no ajustada de 1% a 2MHz es posiblemente una especificación demasiado estricta para una luz y dará como resultado costos muy altos. Una precisión del 5% o incluso del 10% y una estabilidad del ~ 1% sobre cierta temperatura, etc. podrían tener más sentido.

Como alternativa, ya que la corriente estará dentro de un rango bastante estrecho, puedes probar algo como

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

La idea es que, aunque 170 mV es demasiado pequeño para rectificar, no hay razón para que no puedas amplificarlo hasta que sea lo suficientemente grande. R4, R5 y C3 forman una tierra virtual a 2,5 voltios (para un sistema de 5 voltios), y C1 y R1 acoplan la señal a esta tierra virtual. OA1 es un amplificador operacional de riel a riel bastante rápido como un AD8655. La salida se rectifica en R6 y C2.

Hay dos posibles áreas problemáticas. El paso alto de entrada introducirá algún cambio de fase, pero esperaría que a 2 MHz eso no sea un problema. El filtro de paso bajo de salida es más problemático. No conozco su dinámica de bucle, por lo que no puedo decir si la respuesta sería lo suficientemente rápida. Ciertamente, usted puede cambiar la velocidad de la onda, pero realmente no sé si el resultado final sería satisfactorio. El tiempo de ataque se establece por la dinámica del diodo / capacitor, y el tiempo de caída por resistencia / capacitor.

La rectificación sincrónica con interruptores analógicos podría funcionar. Tiene una señal sinusoidal de 2MHz que se puede convertir en una onda cuadrada para controlar el interruptor analógico. El interruptor analógico se abriría y cerraría a la misma frecuencia y fase de la onda sinusoidal que se medirá. Básicamente, esto le da un rectificador de media onda y creo que la rectificación de media onda es todo lo que puede necesitar. Un filtro de paso bajo RC lo convierte en un valor de CC. Se puede convertir a onda completa.

Posiblemente puede resolver este problema con un circuito de muestreo y retención: si puede obtener la sincronización correcta, puede muestrear el pico de la señal que desea medir y esto le da directamente una señal de CC. Para obtener la sincronización correcta, diferencie la señal y use un detector de cruce por cero para producir un pulso que active la muestra y mantenga en espera.