Halvbølge- og fuldbølge-præcisionsretter med op

En ensretter er et kredsløb, der konverterer vekselstrøm (AC) til jævnstrøm (DC). En vekselstrøm ændrer altid sin retning over tid, men jævnstrømmen flyder kontinuerligt i en retning. I et typisk ensretterkredsløb bruger vi dioder til at rette AC til DC. Men denne udbedringsmetode kan kun bruges, hvis indgangsspændingen til kredsløbet er større end diodens fremadspænding, som typisk er 0,7V. Vi har tidligere forklaret diode-baseret halvbølge ensretter og fuldbølge ensretter kredsløb.

For at løse dette problem blev Precision Rectifier Circuit introduceret. Præcisionsretteren er en anden ensretter, der konverterer vekselstrøm til jævnstrøm, men i en præcisionsretter bruger vi en op-forstærker til at kompensere for spændingsfaldet over dioden, det er derfor, vi ikke mister spændingsfaldet på 0,6V eller 0,7V over diode, kan kredsløbet også konstrueres til at have en vis forstærkning ved forstærkerens output.

Så i denne vejledning skal jeg vise dig, hvordan du kan opbygge, teste, anvende og debugge et præcisionsretterkredsløb ved hjælp af op-amp. Desuden vil jeg også diskutere nogle fordele og ulemper ved dette kredsløb. Så uden videre, lad os komme i gang.

Hvad er et præcisionsretterkredsløb?

Inden vi ved om Precision Rectifier Circuit, lad os afklare det grundlæggende i ensretterkredsløbet.

Ovenstående figur viser karakteristikaene for et ideelt ensretterkredsløb med dets overførselsegenskaber. Dette indebærer, at når indgangssignalet er negativt, vil udgangen være nul volt, og når indgangssignalet er positivt, vil udgangen følge indgangssignalet.

Ovenstående figur viser et praktisk ensretterkredsløb med dets overførselsegenskaber. I et praktisk ensretterkredsløb vil udgangsbølgeformen være 0,7 volt mindre end den anvendte indgangsspænding, og overførselskarakteristikken vil ligne figuren vist i diagrammet. På dette tidspunkt vil dioden kun lede, hvis det påførte indgangssignal er lidt større end diodens fremadspænding.

Nu er det grundlæggende ude af vejen, lad os vende vores fokus tilbage til præcisionens ensretterkredsløb.

Arbejde af præcisionsretter

Ovenstående kredsløb viser et grundlæggende, halvbølge præcisions ensretter kredsløb med en LM358 Op-Amp og en 1n4148 diode. For at lære, hvordan en op-amp fungerer, kan du følge dette op-amp-kredsløb.

Ovenstående kredsløb viser dig også indgangs- og udgangsbølgeformen til præcisionsretterkredsløbet, som er nøjagtigt lig med indgangen. Det er fordi vi tager feedback fra output fra dioden, og op-amp kompenserer for ethvert spændingsfald på tværs af dioden. Så dioden opfører sig som en ideel diode.

Nu i ovenstående billede kan du tydeligt se, hvad der sker, når der anvendes en positiv og negativ halvcyklus af indgangssignalet i indgangsterminalen på Op-Amp. Kredsløbet viser også overførselsegenskaberne for kredsløbet.

Men i et praktisk kredsløb får du ikke output som vist i ovenstående figur, lad mig fortælle dig hvorfor?

I mit oscilloskop er det gule signal i input og det grønne signal output. I stedet for at få en halvbølge-berigtigelse får vi en slags fuldbølge-berigtigelse.

Ovenstående billede viser dig, når dioden er slukket, den negative halve cyklus er af signalet strømmer gennem modstanden til udgangen, og det er derfor, vi får fuldbølge-opretning ligesom udgangen, men dette er ikke den faktiske sag.

Lad os se, hvad der sker, når vi forbinder en 1K belastning.

Kredsløbet ligner ovenstående billede.

Outputtet ligner ovenstående billede.

Outputtet ser sådan ud, fordi vi praktisk talt har dannet et spændingsdelerkredsløb med to 9,1K og en 1K-modstand, det er derfor, den indgangs positive halvdel af signalet lige blev dæmpet.

Igen viser dette ovenstående billede dig, hvad der sker, når jeg ændrer belastningsmodstandsværdien til 220R fra 1K.

Dette er ikke mindst et problem, som dette kredsløb har.

Ovenstående billede viser dig en undershoot-tilstand, hvor udgangen af ​​kredsløbet går under nul volt og stiger efter en bestemt stigning.

Ovenstående billede viser dig en undershoot-tilstand for begge de ovennævnte kredsløb, med belastning og uden belastning. Det er fordi, når indgangssignalet går under nul, går op-forstærkeren ind i den negative mætningsregion, og resultatet er det viste billede.

En anden grund til, at vi kan sige, at når indgangsspændingen svinger fra positiv til negativ, vil det tage noget tid, før feedback fra op-ampere kommer i spil og stabiliserer output, og det er derfor, vi får pigge under nul volt på produktion.

Dette sker, fordi jeg bruger en gelébønne LM358 op-amp med en lav svinghastighed. Du kan slippe af med dette problem bare ved at sætte en op-forstærker med en højere svinghastighed. Men husk at dette også vil ske i kredsløbets højere frekvensområde.

Det modificerede præcisionsretterkredsløb

Ovenstående figur viser et modificeret præcisionsretterkredsløb, hvorigennem vi kan reducere alle de ovennævnte mangler og ulemper. Lad os studere kredsløbet og finde ud af, hvordan det fungerer.

Nu i ovenstående kredsløb kan du se, at dioden D2 vil lede, hvis den positive halvdel af det sinusformede signal anvendes som en indgang. Nu er den ovennævnte vej (med den gule linje) afsluttet, og Op-amp fungerer som en inverterende forstærker, hvis vi ser på punkt P1, er spændingen 0V, da der dannes en virtuel jord på det punkt, så strømmen kan ikke strømme gennem modstanden R19, og i udgangspunktet P2 er spændingen negativ 0,7V, da op-forstærkeren kompenserer for diodefaldet, så der er ingen måde, at strøm kan gå til punkt P3. Så det er sådan, vi har opnået en 0V-udgang, hver gang en positiv halvcyklus af signalet påføres input til Op-amp.

Lad os nu antage, at vi har anvendt den negative halvdel af det sinusformede vekselstrømssignal på indgangen på op-amp. Det betyder, at det anvendte indgangssignal er mindre end 0V.

På dette tidspunkt er Diode D2 i omvendt forspændt tilstand, hvilket betyder, at det er et åbent kredsløb. Billedet ovenfor fortæller dig præcis det.

Da dioden D2 er i omvendt forspændt tilstand, strømmer strømmen gennem modstanden R22 og danner en virtuel jord ved punkt P1. Nu når den negative halvdel af indgangssignalet anvendes, får vi et positivt signal i udgangen, da det er en inverterende forstærker. Og dioden vil lede, og vi får det kompenserede output ved punkt P3.

Nu vil udgangsspændingen være -Vin / R2 = Vout / R1

Så udgangsspændingen bliver Vout = -R2 / R1 * Vin

Lad os nu observere output af kredsløbet i oscilloskopet.

Den praktiske udgang fra kredsløbet uden belastning er vist i ovenstående billede.

Nu når det kommer til analysen af ​​kredsløbet, er et halvbølge-ensretterkredsløb godt nok, men når det kommer til et praktisk kredsløb, giver halvbølge-ensretteren ikke praktisk mening.

På grund af den grund blev der indført et fuldbølge-ensretterkredsløb for at opnå en fuldbølge-præcisionsretter, skal jeg bare lave en summeringsforstærker, og det er dybest set det.

Precision Full Wave-ensretter ved hjælp af Op-Amp

For at lave et fuldbølge-præcisionsretter, har jeg netop tilføjet en summeringsforstærker til udgangen af ​​det tidligere nævnte halvbølge-ensretterkredsløb. Fra punktet er P1 til punkt P2 det grundlæggende præcisionsretterkredsløb, og dioden er så konfigureret, at vi får en negativ spænding ved udgangen.

Fra punktet er P2 til punkt P3 summeringsforstærkeren, output fra præcisionsensretteren føres til summeringsforstærkeren gennem modstanden R3. Værdien af ​​modstanden R3 er halvdelen af ​​R5, eller du kan sige, at det er R5 / 2, det er sådan, vi indstiller en 2X forstærkning ud af op-forstærkeren.

Indgangen fra punktet P1 føres også til summeringsforstærkeren ved hjælp af modstanden R4, modstandene R4 og R5 er ansvarlige for at indstille forstærkningen af ​​op-amp til 1X.

Da udgangen fra punktet P2 tilføres direkte til summeringsforstærkeren med forstærkning på 2X, betyder det, at udgangsspændingen vil være 2 gange indgangsspændingen. Lad os antage, at indgangsspændingen er 2V spids, så vi får en 4V spids ved udgangen. Samtidig fodrer vi indgangen direkte til summeringsforstærkeren med en forstærkning på 1X.

Nu når summeringsoperationen sker, får vi en opsummeret spænding ved udgangen, som er (-4V) + (+ 2V) = -2V og som op-forstærker ved udgangen. Da op-forstærkeren er konfigureret som en inverterende forstærker, får vi + 2V ved udgangen, som er punktet P3.

Den samme ting sker, når den negative top for indgangssignalet anvendes.

Ovenstående billede viser den endelige udgang af kredsløbet, bølgeformen i blåt er indgangen, og bølgeformen i gul er udgangen fra halvbølge-ensretterkredsløbet, og bølgeformen i grøn er udgangen af ​​fuldbølge-ensretterkredsløbet.

Komponenter, der kræves

• LM358 op-amp IC - 2
• 6,8K, 1% modstand - 8
• 1K modstand - 2
• 1N4148 Diode - 4
• Brødbræt - 1
• Jumper Wires - 10
• Strømforsyning (± 10V) - 1

Skematisk diagram

Kredsløbsdiagram for præcisionsretter med halvbølge og fuldbølge med op-amp er angivet nedenfor:

Til denne demonstration er kredsløbet konstrueret i et loddet brødbræt ved hjælp af skematisk; For at reducere parasitisk induktans og kapacitans har jeg tilsluttet komponenterne så tæt som muligt.

Yderligere forbedring

Kredsløbet kan ændres yderligere for at forbedre dets ydeevne, ligesom vi kan tilføje et ekstra filter for at afvise højfrekvente lyde.

Dette kredsløb er kun lavet til demonstrationsformål. Hvis du overvejer at bruge dette kredsløb i en praktisk anvendelse, er du nødt til at bruge en helikopter-op-amp og 0,1 ohm modstand med høj præcision for at opnå absolut stabilitet.

Jeg håber, du kunne lide denne artikel og lærte noget nyt ud af den. Hvis du er i tvivl, kan du spørge i kommentarerne nedenfor eller bruge vores fora til detaljeret diskussion.