Circuit redresor de precizie pe undă și undă completă folosind op

Un redresor este un circuit care convertește curent alternativ (AC) în curent continuu (DC). Un curent alternativ își schimbă întotdeauna direcția în timp, dar curentul continuu curge continuu într-o singură direcție. Într-un circuit tipic de redresare, folosim diode pentru a rectifica AC la DC. Dar această metodă de rectificare poate fi utilizată numai dacă tensiunea de intrare în circuit este mai mare decât tensiunea directă a diodei, care este de obicei 0,7V. Am explicat anterior redresorul pe jumătate de undă pe bază de diode și circuitul de redresare cu undă completă.

Pentru a depăși această problemă, a fost introdus circuitul redresor de precizie. Redresorul de precizie este un alt redresor care convertește AC în DC, dar într-un redresor de precizie folosim un amplificator op pentru a compensa căderea de tensiune din diodă, de aceea nu pierdem căderea de tensiune de 0,6 V sau 0,7 V pe diodă, de asemenea, circuitul poate fi construit pentru a avea un câștig și la ieșirea amplificatorului.

Deci, în acest tutorial, vă voi arăta cum puteți construi, testa, aplica și depana un circuit de redresare de precizie folosind op-amp. Pe lângă aceasta, voi discuta și despre câteva argumente pro și contra acestui circuit. Deci, fără alte întrebări, să începem.

Ce este un circuit de redresare de precizie?

Înainte de a ști despre circuitul redresor de precizie, să clarificăm elementele de bază ale circuitului redresor.

Figura de mai sus prezintă caracteristicile unui circuit redresor ideal cu caracteristicile sale de transfer. Acest lucru implică când semnalul de intrare este negativ, ieșirea va fi zero volți și când semnalul de intrare este pozitiv, ieșirea va urma semnalul de intrare.

Figura de mai sus prezintă un circuit redresor practic cu caracteristicile sale de transfer. Într-un circuit redresor practic, forma de undă de ieșire va fi cu 0,7 volți mai mică decât tensiunea de intrare aplicată, iar caracteristica de transfer va arăta ca figura prezentată în diagramă. În acest moment, dioda va conduce numai dacă semnalul de intrare aplicat este puțin mai mare decât tensiunea directă a diodei.

Acum noțiunile de bază, să ne întoarcem focalizarea înapoi la circuitul de redresare de precizie.

Funcționarea redresorului de precizie

Circuitul de mai sus prezintă un circuit redresor de precizie de bază, cu jumătate de undă, cu un amplificator opțional LM358 și o diodă 1n4148. Pentru a afla cum funcționează un amplificator op, puteți urmări acest circuit de amplificator op.

Circuitul de mai sus vă arată, de asemenea, forma de undă de intrare și ieșire a circuitului redresor de precizie, care este exact egal cu intrarea. Acest lucru se datorează faptului că luăm feedback-ul de la ieșirea diodei, iar amplificatorul operațional compensează orice cădere de tensiune pe diodă. Deci, dioda se comportă ca o diodă ideală.

Acum, în imaginea de mai sus, puteți vedea clar ce se întâmplă atunci când se aplică un semiciclu pozitiv și unul negativ al semnalului de intrare în terminalul de intrare al Op-Amp. Circuitul arată, de asemenea, caracteristicile de transfer ale circuitului.

Dar într-un circuit practic, nu veți obține ieșirea așa cum se arată în figura de mai sus, permiteți-mi să vă spun de ce?

În osciloscopul meu, semnalul galben din intrare, iar semnalul verde este ieșirea. În loc să obținem o rectificare cu jumătate de undă, primim un fel de rectificare cu undă completă.

Imaginea de mai sus vă arată când dioda este oprită, semiciclul negativ este al semnalului care curge prin rezistor la ieșire și de aceea primim rectificarea cu undă completă ca ieșirea, dar aceasta nu este reala caz.

Să vedem ce se întâmplă când conectăm o încărcare de 1K.

Circuitul arată ca imaginea de mai sus.

Ieșirea arată ca imaginea de mai sus.

Ieșirea arată astfel, deoarece practic am format un circuit divizor de tensiune cu două rezistențe de 9,1K și 1K, de aceea jumătatea pozitivă a semnalului de intrare tocmai s-a atenuat.

Din nou, imaginea de mai sus vă arată ce se întâmplă când schimb valoarea rezistenței de încărcare la 220R de la 1K.

Aceasta nu este cea mai mică problemă pe care o are acest circuit.

Imaginea de mai sus vă arată o stare de depășire în care ieșirea circuitului scade sub zero volți și crește după un anumit vârf.

Imaginea de mai sus vă arată o condiție de depășire pentru ambele circuite menționate mai sus, cu sarcină și fără sarcină. Acest lucru se datorează faptului că, ori de câte ori semnalul de intrare coboară sub zero, amplificatorul operațional intră în regiunea de saturație negativă și rezultatul este imaginea afișată.

Un alt motiv pentru care putem spune că, ori de câte ori tensiunea de intrare se schimbă de la pozitiv la negativ, va dura ceva timp până când feedback-ul amplificatorului opțional va intra în joc și va stabiliza ieșirea, și acesta este motivul pentru care obținem vârfurile sub zero volți pe ieșire.

Acest lucru se întâmplă deoarece folosesc un amplificator opțional LM358 de fasole cu o rată redusă de rotire. Puteți scăpa de această problemă, doar prin punerea unui amplificator operațional cu o rată de rotire mai mare. Dar rețineți că acest lucru se va întâmpla și în gama de frecvențe mai ridicată a circuitului.

Circuitul redresorului de precizie modificat

Figura de mai sus prezintă un circuit redresor de precizie modificat prin care putem reduce toate defectele și dezavantajele menționate mai sus. Să studiem circuitul și să ne dăm seama cum funcționează.

Acum, în circuitul de mai sus, puteți vedea că dioda D2 va conduce dacă jumătatea pozitivă a semnalului sinusoidal este aplicată ca intrare. Acum traseul prezentat mai sus (cu linia galbenă) este finalizat, iar amplificatorul Op acționează ca un amplificator inversor, dacă ne uităm la punctul P1, tensiunea este 0V, deoarece un punct virtual se formează în acel punct, deci curentul nu poate curge prin rezistorul R19 și, în punctul de ieșire P2, tensiunea este negativă de 0,7 V, deoarece amplificatorul opțional compensează căderea diodei, deci nu există nicio modalitate în care curentul să poată ajunge la punctul P3. Deci, așa am obținut o ieșire de 0V ori de câte ori se aplică un semiciclu pozitiv al semnalului la intrarea amplificatorului op.

Acum să presupunem că am aplicat jumătatea negativă a semnalului AC sinusoidal la intrarea amplificatorului op. Asta înseamnă că semnalul de intrare aplicat este mai mic de 0V.

În acest moment, dioda D2 se află în condiții de polarizare inversă, ceea ce înseamnă că este un circuit deschis. Imaginea de mai sus îți spune exact asta.

Deoarece dioda D2 este în condiții de polarizare inversă, curentul va curge prin rezistorul R22 formând o masă virtuală în punctul P1. Acum, când se aplică jumătatea negativă a semnalului de intrare, vom obține un semnal pozitiv în ieșire ca amplificator inversor. Iar dioda va conduce și vom obține ieșirea compensată în punctul P3.

Acum tensiunea de ieșire va fi -Vin / R2 = Vout / R1

Deci tensiunea de ieșire devine Vout = -R2 / R1 * Vin

Acum, să observăm ieșirea circuitului în osciloscop.

Ieșirea practică a circuitului fără sarcină atașată este prezentată în imaginea de mai sus.

Acum, când vine vorba de analiza circuitului, un circuit redresor cu jumătate de undă este suficient de bun, dar când vine vorba de un circuit practic, redresorul cu jumătate de undă nu are sens practic.

Din acest motiv, a fost introdus un circuit de redresare cu undă completă, pentru a obține un redresor de precizie cu undă completă, trebuie doar să fac un amplificator sumator, și asta este practic.

Redresor cu undă completă de precizie folosind Op-Amp

Pentru a realiza un circuit de redresare cu precizie cu undă completă, tocmai am adăugat un amplificator sumator la ieșirea circuitului redresor cu jumătate de undă menționat anterior. Din punct, P1 până la punctul P2 este circuitul redresor de precizie de bază, iar dioda este atât de configurată încât obținem o tensiune negativă la ieșire.

Din punct, P2 până la punctul P3 este amplificatorul sumator, ieșirea de la redresorul de precizie este alimentată către amplificatorul sumator prin rezistorul R3. Valoarea rezistorului R3 este jumătate din R5 sau puteți spune că este R5 / 2, astfel stabilim un câștig de 2X din amplificatorul op.

Intrarea din punctul P1 este, de asemenea, alimentată către amplificatorul sumator cu ajutorul rezistorului R4, rezistențele R4 și R5 sunt responsabile pentru setarea câștigului amplificatorului opțional la 1X.

Deoarece ieșirea de la punctul P2 este alimentată direct către amplificatorul sumator cu câștig de 2X, aceasta înseamnă că tensiunea de ieșire va fi de 2 ori mai mare decât tensiunea de intrare. Să presupunem că tensiunea de intrare este de 2V de vârf, deci vom obține un vârf de 4V la ieșire. În același timp, alimentăm direct intrarea amplificatorului sumator cu un câștig de 1X.

Acum, când se întâmplă operația de însumare, obținem o tensiune însumată la ieșire, care este (-4V) + (+ 2V) = -2V și ca amplificator operațional la ieșire. Deoarece amplificatorul opțional este configurat ca amplificator inversor, vom obține + 2V la ieșire, care este punctul P3.

Același lucru se întâmplă atunci când se aplică vârful negativ al semnalului de intrare.

Imaginea de mai sus arată ieșirea finală a circuitului, forma de undă în albastru este intrarea, iar forma de undă în galben este ieșirea din circuitul redresor cu jumătate de undă, iar forma de undă în verde este ieșirea circuitului redresorului cu undă completă.

Componente necesare

• LM358 op-amp IC - 2
• 6,8K, rezistență 1% - 8
• Rezistor 1K - 2
• 1N4148 Diodă - 4
• Pâine - 1
• Sârme jumper - 10
• Sursa de alimentare (± 10V) - 1

Diagramă schematică

Diagrama circuitului pentru redresorul de precizie cu undă completă și cu undă completă utilizând op-amp este prezentată mai jos:

Pentru această demonstrație, circuitul este construit într-o placă fără sudură, cu ajutorul schemei; Pentru a reduce inductanța și capacitatea parazită, am conectat componentele cât mai aproape posibil.

Îmbunătățire suplimentară

Circuitul poate fi modificat în continuare pentru a-și îmbunătăți performanțele, așa cum putem adăuga un filtru suplimentar pentru a respinge zgomotele de înaltă frecvență.

Acest circuit este realizat doar în scop demonstrativ. Dacă vă gândiți să utilizați acest circuit într-o aplicație practică, trebuie să utilizați un op-amp de tip chopper și un rezistor de înaltă precizie de 0,1 ohmi pentru a obține stabilitate absolută.

Sper că ți-a plăcut acest articol și ai învățat ceva nou din el. Dacă aveți vreo îndoială, puteți întreba în comentariile de mai jos sau puteți folosi forumurile noastre pentru discuții detaliate.