- Čo je obvod presného usmerňovača?
- Pracovanie presného usmerňovača
- Modifikovaný obvod presného usmerňovača
- Presný usmerňovač plnej vlny využívajúci Op-Amp
- Súčasti sú povinné
- Schematický diagram
- Ďalšie vylepšenie
Usmerňovač je obvod, ktorý prevádza striedavý prúd (AC) na jednosmerný prúd (DC). Striedavý prúd vždy časom mení svoj smer, ale jednosmerný prúd tečie nepretržite jedným smerom. V typickom obvode usmerňovača používame diódy na usmernenie striedavého prúdu na jednosmerný prúd. Túto metódu nápravy je však možné použiť, iba ak je vstupné napätie pre obvod väčšie ako dopredné napätie diódy, ktoré je zvyčajne 0,7 V. Predtým sme vysvetlili obvod polovodičového usmerňovača a usmerňovač s plnou vlnou na báze diód.
Na prekonanie tohto problému bol predstavený obvod Precision Rectifier Circuit. Presný usmerňovač je ďalší usmerňovač, ktorý prevádza striedavé napätie na jednosmerné, ale v presnom usmerňovači používame operačný zosilňovač na kompenzáciu poklesu napätia na dióde, preto nestrácame pokles napätia 0,6 V alebo 0,7 V na dióda, tiež obvod môže byť zostrojený tak, aby mal nejaký zisk aj na výstupe zosilňovača.
V tomto návode vám teda ukážem, ako môžete zostaviť, otestovať, použiť a odladiť obvod presného usmerňovača pomocou operačného zosilňovača. Popri tom budem diskutovať aj o niektorých kladoch a záporoch tohto okruhu. Takže bez ďalších okolkov začnime.
Čo je obvod presného usmerňovača?
Predtým, ako budeme vedieť o obvode presného usmerňovača, poďme si ujasniť základy obvodu usmerňovača.
Vyššie uvedený obrázok zobrazuje charakteristiky ideálneho obvodu usmerňovača s jeho charakteristikami prenosu. To znamená, že keď je vstupný signál záporný, výstup bude mať nulové volty a keď je vstupný signál kladný, bude výstup nasledovať vstupný signál.
Vyššie uvedený obrázok ukazuje praktický usmerňovací obvod s jeho charakteristikami prenosu. V praktickom obvode usmerňovača bude výstupná krivka o 0,7 voltu menšia ako použité vstupné napätie a prenosová charakteristika bude vyzerať ako na obrázku znázornenom na diagrame. V tomto okamihu bude dióda pracovať iba vtedy, ak je aplikovaný vstupný signál o niečo väčší ako dopredné napätie diódy.
Teraz máme základy z cesty, obráťme sa späť na obvod presného usmerňovača.
Pracovanie presného usmerňovača
Vyššie uvedený obvod zobrazuje základný presný usmerňovací obvod s polovičnou vlnou s LM358 Op-Amp a diódou 1n4148. Ak sa chcete dozvedieť, ako operačný zosilňovač funguje, môžete postupovať podľa tohto obvodu operačného zosilňovača.
Vyššie uvedený obvod tiež zobrazuje vstupný a výstupný priebeh vlny obvodu presného usmerňovača, ktorý sa presne rovná vstupu. Je to preto, že odoberáme spätnú väzbu z výstupu diódy a operačný zosilňovač kompenzuje akýkoľvek pokles napätia na dióde. Dióda sa teda chová ako ideálna dióda.
Teraz na vyššie uvedenom obrázku môžete jasne vidieť, čo sa stane, keď sa na vstupný terminál Op-Amp použije pozitívny a negatívny polcyklus vstupného signálu. Obvod tiež zobrazuje prenosové charakteristiky obvodu.
Ale v praktickom obvode nebudete mať výstup, ako je znázornené na obrázku vyššie, poviem vám prečo?
V mojom osciloskope je žltý signál na vstupe a zelený signál je výstup. Namiesto toho, aby sme dostali polvlnovú nápravu, dostávame akúsi celovlnovú nápravu.
Vyššie uvedený obrázok ukazuje, že keď je dióda vypnutá, v negatívnom polovičnom cykle je tok signálu cez rezistor na výstup, a preto dostávame usmernenie celej vlny ako výstup, ale toto nie je skutočná hodnota prípade.
Pozrime sa, čo sa stane, keď pripojíme 1K záťaž.
Obvod vyzerá ako na obrázku vyššie.
Výstup vyzerá ako obrázok vyššie.
Výstup vyzerá takto, pretože sme prakticky vytvorili obvod rozdeľovača napätia s dvoma odpormi 9,1K a 1K, preto sa vstupná kladná polovica signálu práve zoslabila.
Tento obrázok opäť ukazuje, čo sa stane, keď z 1K zmením hodnotu odporu záťaže na 220R.
Toto nie je najmenší problém, ktorý tento obvod má.
Vyššie uvedený obrázok zobrazuje stav podkročenia, pri ktorom výstup obvodu klesne pod nulu a po určitom hrote stúpa.
Vyššie uvedený obrázok zobrazuje stav podkročenia pre obidva vyššie uvedené okruhy, so zaťažením aj bez zaťaženia. Je to tak preto, že vždy, keď vstupný signál klesne pod nulu, operačný zosilňovač ide do oblasti so zápornou saturáciou a výsledkom je zobrazený obraz.
Ďalším dôvodom, ktorý môžeme povedať, je, že kedykoľvek sa vstupné napätie zmení z kladného na záporné, bude chvíľu trvať, kým sa do hry zapojí spätná väzba op-zosilňovačov a stabilizuje výstup, a preto na špičke zosilňovača dosahujeme hroty pod nulou. výkon.
To sa deje preto, lebo používam operačný zosilňovač Jelly Bean LM358 s nízkou rýchlosťou zabitia . Tento problém môžete prekonať jednoduchým nasadením operačného zosilňovača s vyššou rýchlosťou zabitia. Nezabudnite však, že sa to stane aj vo vyššom frekvenčnom rozsahu obvodu.
Modifikovaný obvod presného usmerňovača
Vyššie uvedený obrázok ukazuje upravený presný obvod usmerňovača, prostredníctvom ktorého môžeme znížiť všetky vyššie uvedené nedostatky a nevýhody. Poďme študovať obvod a zistiť, ako to funguje.
Teraz vo vyššie uvedenom obvode môžete vidieť, že dióda D2 bude fungovať, ak sa ako vstup použije pozitívna polovica sínusového signálu. Teraz je dokončená vyššie zobrazená cesta (so žltou čiarou) a operačný zosilňovač funguje ako invertujúci zosilňovač, ak sa pozrieme na bod P1, napätie je 0 V, pretože v tomto bode sa vytvorí virtuálna zem, takže prúd nemôže prietok cez odpor R19 a vo výstupnom bode P2 je napätie záporné 0,7 V, pretože operačný zosilňovač kompenzuje pokles diódy, takže neexistuje spôsob, ako môže prúd ísť do bodu P3. Takto sme dosiahli výstup 0V vždy, keď sa na vstup operačného zosilňovača aplikuje pozitívna polovica cyklu signálu.
Teraz predpokladajme, že sme na vstup operačného zosilňovača použili zápornú polovicu sínusového striedavého signálu. To znamená, že použitý vstupný signál je menší ako 0V.
V tomto okamihu je dióda D2 v reverznom predpätí, čo znamená, že je otvorený obvod. Obrázok vyššie to presne hovorí.
Pretože je dióda D2 v stave s reverzným predpätím, bude prúd pretekať cez odpor R22 a vytvára virtuálnu zem v bode P1. Teraz, keď sa použije záporná polovica vstupného signálu, dostaneme na výstupe pozitívny signál ako jeho invertujúci zosilňovač. A dióda bude viesť a v bode P3 dostaneme kompenzovaný výstup.
Teraz bude výstupné napätie -Vin / R2 = Vout / R1
Takže výstupné napätie sa stane Vout = -R2 / R1 * Vin
Teraz sledujme výstup obvodu v osciloskope.
Praktický výstup obvodu bez pripojeného zaťaženia je znázornený na obrázku vyššie.
Teraz, keď dôjde na analýzu obvodu, je obvod polovodičového usmerňovača dosť dobrý, ale pokiaľ ide o praktický obvod, polovodičový usmerňovač nemá praktický zmysel.
Z tohto dôvodu bol zavedený obvod plného vlnenia usmerňovača. Aby som dosiahol presný usmerňovač plnej vlny, musím vyrobiť sčítací zosilňovač, a to je v podstate všetko.
Presný usmerňovač plnej vlny využívajúci Op-Amp
Aby som vytvoril obvod presného usmerňovača s plnou vlnou, pridal som na výstup predtým spomínaného obvodu s polovičnými usmerňovačmi sčítací zosilňovač. Z bodu P1 do bodu P2 je základný presný obvod usmerňovača a dióda je nakonfigurovaná tak, aby sme na výstup dostali záporné napätie.
Z bodu P2 do bodu P3 je sčítací zosilňovač, výstup z presného usmerňovača je privádzaný do sčítacieho zosilňovača cez odpor R3. Hodnota odporu R3 je polovica z R5, alebo môžete povedať, že je to R5 / 2, a tým nastavujeme dvojnásobný zisk z operačného zosilňovača.
Vstup z bodu P1 sa tiež privádza do sčítacieho zosilňovača pomocou odporu R4, odpory R4 a R5 sú zodpovedné za nastavenie zosilnenia operačného zosilňovača na 1X.
Pretože výstup z bodu P2 je privádzaný priamo do sčítacieho zosilňovača so ziskom 2X, znamená to, že výstupné napätie bude dvojnásobné ako vstupné napätie. Predpokladajme, že vstupné napätie je vrchol 2V, takže na výstupe dostaneme vrchol 4V. Zároveň priamo napájame vstup do sčítacieho zosilňovača so ziskom 1X.
Teraz, keď dôjde k operácii sčítania, dostaneme na výstupe sčítané napätie, ktoré je (-4V) + (+ 2V) = -2V a ako operačný zosilňovač na výstupe. Pretože je operačný zosilňovač konfigurovaný ako invertujúci zosilňovač, dostaneme + 2 V na výstupe, ktorý je bodom P3.
To isté sa stane, keď sa použije záporný vrchol vstupného signálu.
Vyššie uvedený obrázok zobrazuje konečný výstup obvodu, tvar vlny v modrej farbe je vstup a tvar vlny v žltej farbe je výstup z polovodičového usmerňovacieho obvodu a tvar zelenej vlny je výstupom obvodu s plnou vlnou usmerňovača.
Súčasti sú povinné
- Integrovaný obvod zosilňovača LM358 - 2
- 6,8 tis., 1% rezistor - 8
- 1K rezistor - 2
- Dióda 1N4148 - 4
- Chlebová doska - 1
- Prepojovacie vodiče - 10
- Napájanie (± 10 V) - 1
Schematický diagram
Schéma zapojenia presného usmerňovača s polovičnými a plnými vlnami pomocou operačného zosilňovača je uvedená nižšie:
Pre túto ukážku je obvod skonštruovaný v nepájivom nepájivom poli pomocou schémy; Aby som znížil parazitnú indukčnosť a kapacitu, pripojil som komponenty čo najbližšie.
Ďalšie vylepšenie
Obvod je možné ďalej upravovať, aby sa zlepšil jeho výkon, pretože môžeme pridať ďalší filter, aby sme vylúčili vysokofrekvenčné zvuky.
Tento obvod je vyrobený iba na demonštračné účely. Ak uvažujete o použití tohto obvodu v praktickej aplikácii, musíte na dosiahnutie absolútnej stability použiť zosilňovač operačného zosilňovača a vysoko presný 0,1 ohmový rezistor.
Dúfam, že sa vám tento článok páčil a dozvedeli ste sa z neho niečo nové. Ak máte pochybnosti, môžete sa opýtať v komentároch nižšie alebo môžete využiť naše fóra na podrobnú diskusiu.