ダイオード倍圧回路のご質問です

Question

ダイオード倍圧回路のご質問です
2倍の倍圧回路を作りました、シミュレーション結果より大丈夫ですが、
実際に測定しますと、入力側（黄色）に正弦波がなくなり、出力側（緑）もDC上に大きなリップルが乗っかっています。

信号源は２W １０MHｚを使用しています
（手持ちはこれしかないので、これを使用した）
ダイオードの逆耐電圧を上昇させるために2段構造されています。

疑問なのは、なぜ入力側は正弦波が崩れて、出力側が大きなリップルが出るでしょう

信号源は５０Ω系であり、倍圧回路が手作りだから非50Ωです。
その間に反射が起きたかな？？と思たが、
10MHz信号の波長は30メートルとなり、反射起こる可能性が低いと思います。

全然ヒント出ないですが、有識の方がございましたらご見解を頂きたいです。
よろしくお願いいたします。

xs200 · Accepted Answer

アンプとかそういう問題ではなく、それ以前にダイオードです。質問のいちばん初めの回路でかなりの逆電流が流れているはずです。ダイオードをクリックして確認してください。スペックによれば1 MHzにおいて逆電圧10 Vでキャパシタンスは80 pFほどあります。10 MHzでのリアクタンスはいくらですか? ダイオードで電流を食われたら後ろの負荷までは電流は回りません。初めの回路では負荷が110 Ωでも110 kΩでも大した変化はないのでは?
コンデンサにチャージされた電荷はダイオードを逆に通ってシグナルに戻されます。ですから理想通りに電圧は上昇しないし、シグナルの波形は歪みます。

画像のV2, V3に流れる電流と該当するショットキダイオードの電流を比較ください。ほぼ同じです。これでわかるようにSBD内のコンデンサに電流が流れているから高い周波数では理想通りに動きません。
※V2, V3は電流検出用で電圧は0 Vです

SBDには原理上、逆回復時間はないのでスペックに記載はありません。これに代わるものは端子間容量Ctです。

それから高周波ではダイオードの直列は推奨できません。trr, Ctのバラツキで電圧が偏ります。

m-jiro · Answer

#3です。

アンプはたぶんこんな回路でしょう。（下のリンク、冒頭の回路図）
https://www.henteko.org/wpress/ham_radio/rd06hvf1_wide-band_linear_amplifire/
シングルエンドのアンプですね。出力が正相の時と負相の時で出力インピーダンスが大きく変動するので負荷は抵抗負荷に限られるはずです。
貴殿がやっているような負荷が整流回路だと出力のサイクル位置によってインピーダンスが大幅に変わるでしょ。0V付近ではダイオードが導通しないのでアンプから見れば無負荷であり、正ピークや負ピークではダイオードが導通するので負荷抵抗は低くなります。正弦波を増幅させても歪むのはあたりまえです。またC1、C2も負荷になります。一般にどんなアンプでも容量性の負荷は非常にマズイですね。波形が乱れるだけでなく寄生振動を生じやすくなります。添付の波形写真に細かい振動がありますが寄生振動を起こしかけているのかもしれません。
ダイオードはショットキーバリア（SBD）のようですがスイッチング電源の出力整流用ですね。カタログに逆回復時間が書いてありません。10MHzで使うにはよほど高速のものでないと無理です。電極間の静電容量も大きいのでたぶん500KHz程度が限界と思います。

「出力インピーダンス」という言葉について。
定義的に言えば図２の回路図にあるように信号源と直列に存在する抵抗のことです。しかし、しばしば「負荷インピーダンス」の意味で使われます。つまり50Ωの負荷を接続して初めて正規の動作をするということです。もし本当に「出力インピーダンス」が50Ωであって「負荷インピーダンス」も50Ωであるなら能率（出力電力と電源の消費電力の比）は50%以上にはなりません。なぜだかわかりますか？　能率が50%を越えているなら出力インピーダンスはもっと低いのです。
本件のアンプはシングルエンド型ですから出力インピーダンスは正相と負相で変動することは想像できますが、どの程度なのかはわからないと思います。だからシミュレーターへの入力はできないと思います。

倍電圧整流回路の実験をしたいならもっと低い周波数でするべきです。もしどうしても10MHzにこだわるなら50Ωの抵抗負荷にしたうえで整流回路の負荷をごく軽くして行なうとよいでしょう。ダイオードも10MHzに十分耐える検波用のものを使いましょう。

kanta2006 · Answer

信号源が50Ω系だと言われているのに、シミュレーションでは出力インピーダンスを入れずにシミュレーションしているように見えますが違いますか？

シミュレーションの電圧源シンボルは、Series Resistance [Ω]を設定出来るはず。
50Ωを設定して下さい。

m-jiro · Answer

信号源は試験用の発振器（SG）ですね。信号レベル（出力電力）が2Wなので負荷が50Ωなら実効値で10Vが出ていることになる。これを倍電圧整流すると理論的には2√2倍の約28Vの直流が得られることになる。負荷抵抗は110Ωなのでここでの消費電力は7Wという計算になる。
能力が2Wしかない信号源に7Wの負荷をつなげば無茶苦茶な波形になるでしょう。要するにオーバーロードです。
SGの出力波形は確認してないでしょ。正弦波ではなくなっているはず。これを確認しながら実検しないと何をしているのかわからない。
それに一般論としてオーバーロードでなくても高周波SGに非線形の負荷をつないだのではこれまた波形は無茶苦茶になる。信号源は非線形負荷を接続しても問題ない性能の装置を使うこと。

angkor_h · Answer

> 信号源は５０Ω系であり、
であるならば、電源と左上「IN」との間に50Ωを入れて、
シミュレーションしてください。

taunamlz · Answer

回路を間違えてる気がしますので、見直しては？

R1から先を隠して回路を見てください。
これは電源から出た信号が、ダイオード2本とコンデンサ1～2個を通って戻って来る回路です。
コンデンサのインピーダンスも、10MHzで0.1uだと0.16Ωと低いので、出力インピーダンスが50Ωだと歪んで当然な気がします。

ダイオード倍圧回路のご質問です

アンプとかそういう問題ではなく、それ以前にダイオードです。

#3です。

信号源が50Ω系だと言われているのに、シミュレーションでは出力インピーダンスを入れずにシミュレーションしているように見えますが違いますか？

信号源は試験用の発振器（SG）ですね。

> 信号源は５０Ω系であり、

回路を間違えてる気がしますので、見直しては？

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