- Що таке точний випрямний контур?
- Робота прецизійного випрямляча
- Модифікована схема точного випрямляча
- Точний повно хвильовий випрямляч з використанням Op-Amp
- Потрібні компоненти
- Принципова схема
- Подальше вдосконалення
Випрямляч - це схема, яка перетворює змінний струм (змінний) у постійний (постійний). Змінний струм з часом завжди змінює свій напрямок, але постійний струм постійно тече в одному напрямку. У типовій схемі випрямляча ми використовуємо діоди для випрямлення змінного та постійного струму. Але цей метод випрямлення може бути використаний лише в тому випадку, якщо вхідна напруга в ланцюзі перевищує пряму напругу діода, яка зазвичай становить 0,7 В. Раніше ми пояснювали діодний напівхвильовий випрямляч і повнохвильову схему випрямляча.
Для подолання цієї проблеми було введено схему точного випрямляча. Прецизійний випрямляч - ще один випрямляч, який перетворює змінний струм на постійний, але в прецизійному випрямлячі ми використовуємо підсилювач для компенсації падіння напруги на діоді, тому ми не втрачаємо падіння напруги 0,6 В або 0,7 В на діод, також схема може бути побудована так, щоб мати певний коефіцієнт підсилення на виході підсилювача.
Отже, у цьому підручнику я збираюся показати вам, як ви можете побудувати, протестувати, застосувати та налагодити точну схему випрямляча за допомогою операційного підсилювача. Поряд з цим, я також обговорюватиму деякі плюси і мінуси цієї схеми. Отже, без зайвих сумнівів, давайте почнемо.
Що таке точний випрямний контур?
Перш ніж ми дізнаємося про точну схему випрямляча, давайте пояснимо основи схеми випрямляча.
На наведеному малюнку показано характеристики ідеальної схеми випрямляча з його передавальними характеристиками. Це означає, що коли вхідний сигнал негативний, вихід буде нульовим вольт, а коли вхідний сигнал позитивний, вихід буде слідувати за вхідним сигналом.
На наведеному малюнку показано практичну схему випрямляча з її передавальними характеристиками. У практичній схемі випрямляча вихідна форма сигналу буде на 0,7 вольта менше поданої вхідної напруги, а передавальна характеристика буде виглядати так, як показано на малюнку. У цей момент діод буде проводитись лише в тому випадку, якщо поданий вхідний сигнал трохи перевищує пряму напругу діода.
Тепер основи не на шляху, давайте повернемо наш фокус назад на точний випрямний контур.
Робота прецизійного випрямляча
Наведена схема показує базову напівхвильову точну випрямну схему з LM358 Op-Amp і діодом 1n4148. Щоб дізнатися, як працює операційний підсилювач, ви можете слідувати цій схемі підсилювача.
Наведена схема також показує вхідну та вихідну форму сигналу схеми прецизійного випрямляча, яка точно дорівнює вхідній. Це тому, що ми беремо зворотний зв'язок з виходу діода, а операційний підсилювач компенсує будь-яке падіння напруги на діоді. Отже, діод поводиться як ідеальний діод.
Тепер на наведеному вище зображенні ви можете чітко побачити, що відбувається, коли позитивний і негативний напівцикл вхідного сигналу подається у вхідний термінал Op-Amp. Схема також показує передавальні характеристики схеми.
Але в практичній схемі ви не отримаєте результату, як показано на малюнку вище, дозвольте сказати, чому?
У моєму осцилографі жовтий сигнал на вході, а зелений сигнал - це вихід. Замість того, щоб отримати напівхвильове випрямлення, ми отримуємо своєрідне полноволновое випрямлення.
На наведеному вище зображенні показано, коли діод вимкнений, негативний напівперіод сигналу протікає через резистор на вихід, і саме тому ми отримуємо повне випрямлення, як вихід, але це не фактично справа.
Давайте подивимося, що відбувається, коли ми підключаємо навантаження 1K.
Схема виглядає як на зображенні вище.
Вихідні дані виглядають як зображення вище.
Вихід виглядає так, оскільки ми практично сформували ланцюг дільника напруги з двома 9,1 К і резистором 1 К, тому вхідна позитивна половина сигналу щойно ослабла.
Знову ж, це зображення вище показує вам, що відбувається, коли я зміню значення резистора навантаження на 220R з 1K.
Це не найменша проблема, яку має ця схема.
На наведеному вище зображенні показано стан зниження, коли вихідний сигнал схеми опускається нижче нуля вольт і піднімається після певного стрибка.
На наведеному вище зображенні показано стан недопущення для обох вищезазначених ланцюгів з навантаженням і без навантаження. Це пояснюється тим, що, коли вхідний сигнал опускається нижче нуля, операційний підсилювач переходить у область негативного насичення, і результатом є показано зображення.
Ще однією причиною можна сказати, що коли вхідна напруга змінюється з позитивної на негативну, пройде деякий час, перш ніж зворотний зв'язок операційних підсилювачів вступить у дію та стабілізує вихід, і саме тому ми отримуємо стрибки нижче нуля вольт на вихід.
Це відбувається тому, що я використовую желе-бобовий підсилювач LM358 з низьким рівнем зростання. Ви можете уникнути цієї проблеми, просто поставивши підсилювач з вищим показником зниження. Але майте на увазі, що це також відбуватиметься у більш високочастотному діапазоні схеми.
Модифікована схема точного випрямляча
На наведеному малюнку показано модифіковану точну схему випрямляча, завдяки якій ми можемо зменшити всі вищезазначені недоліки та недоліки. Давайте вивчимо схему і з’ясуємо, як вона працює.
Тепер у наведеній вище схемі ви можете бачити, що діод D2 буде проводитись, якщо позитивна половина синусоїдального сигналу подається як вхід. Тепер показаний вище шлях (з жовтою лінією) закінчений, а Op-підсилювач виконує функцію інвертуючого підсилювача, якщо поглянути на точку P1, напруга дорівнює 0 В, оскільки віртуальна земля формується в цій точці, тому струм не може протікають через резистор R19, і в вихідній точці P2 напруга від'ємна 0,7 В, оскільки ОУ компенсує падіння діода, тому струм не може перейти до точки Р3. Отже, таким чином ми досягли вихідного напруги 0 В, коли позитивний напівперіод сигналу подається на вхід ОУ.
Тепер припустимо, що ми застосували негативну половину синусоїдального сигналу змінного струму на вхід операційного підсилювача. Це означає, що застосовуваний вхідний сигнал менше 0В.
На даний момент діод D2 перебуває у зворотно-зміщеному стані, що означає, що це розімкнута ланцюг. Зображення вище точно говорить вам про це.
Оскільки діод D2 перебуває у зворотно зміщеному стані, струм буде протікати через резистор R22, утворюючи віртуальне заземлення в точці P1. Тепер, коли застосовується негативна половина вхідного сигналу, ми отримаємо позитивний сигнал на виході як його інвертуючий підсилювач. І діод буде проводити, і ми отримаємо компенсований вихід у точці P3.
Тепер вихідна напруга буде -Vin / R2 = Vout / R1
Тож вихідна напруга стає Vout = -R2 / R1 * Vin
А тепер давайте спостерігатимемо вихід схеми в осцилографі.
Практичний вихід схеми без додаткового навантаження показаний на зображенні вище.
Тепер, коли справа стосується аналізу схеми, напівхвильовий випрямний контур досить хороший, але коли справа стосується практичної схеми, напівхвильовий випрямляч просто не має практичного сенсу.
З цієї причини була введена повнохвильова схема випрямляча, для досягнення повно хвильової точності випрямляча мені просто потрібно зробити підсумовуючий підсилювач, і це в основному все.
Точний повно хвильовий випрямляч з використанням Op-Amp
Щоб створити повнохвильову точну схему випрямляча, я щойно додав підсумовуючий підсилювач на вихід раніше згаданої напівхвильової схеми випрямляча. Від точки, P1 до точки P2 - це основна точна схема випрямляча, і діод налаштований настільки, що ми отримуємо негативну напругу на виході.
Від точки, P2 до точки P3, є підсумовуючим підсилювачем, вихід з точного випрямляча подається на підсумовуючий підсилювач через резистор R3. Значення резистора R3 становить половину від R5, або ви можете сказати, що це R5 / 2, саме таким чином ми встановлюємо 2-кратний коефіцієнт посилення від операційного підсилювача.
Вхід з точки P1 також подається на підсумовуючий підсилювач за допомогою резистора R4, резистори R4 і R5 відповідають за встановлення коефіцієнта підсилення операційного підсилювача на 1X.
Оскільки вихід з точки Р2 подається безпосередньо на підсумовуючий підсилювач з коефіцієнтом посилення 2X, це означає, що вихідна напруга буде в 2 рази більше вхідної напруги. Припустимо, що вхідна напруга дорівнює піку 2 В, тому на виході ми отримаємо пік 4 В. У той же час ми безпосередньо подаємо вхід на підсумовуючий підсилювач з коефіцієнтом посилення 1X.
Тепер, коли відбувається операція підсумовування, ми отримуємо підсумовувану напругу на виході, яка дорівнює (-4В) + (+ 2В) = -2В і як підсилювач на виході. Оскільки операційний підсилювач налаштований як інвертуючий підсилювач, ми отримаємо + 2 В на виході, який є точкою P3.
Те саме відбувається, коли застосовується негативний пік вхідного сигналу.
На наведеному вище зображенні показано кінцевий вихід схеми, сигнал хвилі синього кольору - це вхід, а сигнал сигналу жовтого кольору - вихід сигналу з напівхвильової схеми випрямляча, а форма сигналу зеленого кольору - вихід системи повноволнового випрямляча.
Потрібні компоненти
- Операційний підсилювач LM358 - 2
- 6,8 К, 1% резистор - 8
- Резистор 1К - 2
- 1N4148 Діод - 4
- Хлібна дошка - 1
- Провід перемичок - 10
- Блок живлення (± 10 В) - 1
Принципова схема
Принципова схема для напівхвильового і повнохвильового прецизійного випрямляча з використанням операційного підсилювача наведена нижче:
Для цієї демонстрації схема побудована в безпаяній макетній дошці за допомогою схеми; Щоб зменшити паразитну індуктивність та ємність, я підключив компоненти якомога ближче.
Подальше вдосконалення
Схему можна додатково модифікувати для поліпшення її продуктивності, як ми можемо додати додатковий фільтр для відмови від високочастотних шумів.
Ця схема зроблена лише для демонстрації. Якщо ви думаєте про використання цієї схеми в практичному застосуванні, вам доведеться використовувати опт-підсилювач типу вертоліт і високоточний резистор 0,1 Ом для досягнення абсолютної стабільності.
Сподіваюся, вам сподобалась ця стаття і ви дізналися з неї щось нове. Якщо у вас є якісь сумніви, ви можете запитати в коментарях нижче або скористатися нашими форумами для детального обговорення.