- Τι είναι ένα κύκλωμα ανορθωτή ακριβείας;
- Εργασία ανορθωτή ακριβείας
- Το τροποποιημένο κύκλωμα ανορθωτή ακριβείας
- Ανορθωτής πλήρους κύματος ακριβείας με χρήση Op-Amp
- Απαιτούμενα στοιχεία
- Σχηματικό διάγραμμα
- Περαιτέρω βελτίωση
Ο ανορθωτής είναι ένα κύκλωμα που μετατρέπει εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) σε συνεχές ρεύμα (DC). Ένα εναλλασσόμενο ρεύμα αλλάζει πάντα την κατεύθυνσή του με την πάροδο του χρόνου, αλλά το συνεχές ρεύμα ρέει συνεχώς προς μία κατεύθυνση. Σε ένα τυπικό κύκλωμα ανορθωτή, χρησιμοποιούμε διόδους για τη διόρθωση AC σε DC. Αλλά αυτή η μέθοδος διόρθωσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο εάν η τάση εισόδου στο κύκλωμα είναι μεγαλύτερη από την τάση προώθησης της διόδου που είναι συνήθως 0,7V. Είχαμε εξηγήσει προηγουμένως κύκλωμα ανορθωτή μισού κύματος με διόδους και ανορθωτή πλήρους κύματος.
Για να ξεπεραστεί αυτό το ζήτημα, παρουσιάστηκε το Precision Rectifier Circuit. Ο ανορθωτής ακριβείας είναι ένας άλλος ανορθωτής που μετατρέπει AC σε DC, αλλά σε έναν ανορθωτή ακριβείας χρησιμοποιούμε ένα op-amp για να αντισταθμίσουμε την πτώση τάσης κατά τη δίοδο, γι 'αυτό δεν χάνουμε την πτώση τάσης 0,6V ή 0,7V κατά μήκος του δίοδος, επίσης το κύκλωμα μπορεί να κατασκευαστεί ώστε να έχει κάποιο κέρδος στην έξοδο του ενισχυτή επίσης.
Έτσι, σε αυτό το σεμινάριο, θα σας δείξω πώς μπορείτε να δημιουργήσετε, να δοκιμάσετε, να εφαρμόσετε και να διορθώσετε ένα κύκλωμα ανορθωτή ακριβείας χρησιμοποιώντας op-amp. Παράλληλα, θα συζητήσω επίσης ορισμένα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα αυτού του κυκλώματος. Έτσι, χωρίς άλλη παραλλαγή, ας ξεκινήσουμε.
Τι είναι ένα κύκλωμα ανορθωτή ακριβείας;
Πριν μάθουμε για το κύκλωμα ανορθωτή ακριβείας, ας διευκρινίσουμε τα βασικά του κυκλώματος ανορθωτή.
Η παραπάνω εικόνα δείχνει τα χαρακτηριστικά ενός ιδανικού κυκλώματος ανορθωτή με τα χαρακτηριστικά μεταφοράς του. Αυτό σημαίνει ότι όταν το σήμα εισόδου είναι αρνητικό, η έξοδος θα είναι μηδέν βολτ και όταν το σήμα εισόδου είναι θετικό, η έξοδος θα ακολουθήσει το σήμα εισόδου.
Η παραπάνω εικόνα δείχνει ένα πρακτικό κύκλωμα ανορθωτή με τα χαρακτηριστικά μεταφοράς του. Σε ένα πρακτικό κύκλωμα ανορθωτή, η κυματομορφή εξόδου θα είναι 0,7 βολτ μικρότερη από την εφαρμοζόμενη τάση εισόδου και το χαρακτηριστικό μεταφοράς θα μοιάζει με το σχήμα που φαίνεται στο διάγραμμα. Σε αυτό το σημείο, η δίοδος θα διεξαχθεί μόνο εάν το εφαρμοζόμενο σήμα εισόδου είναι ελαφρώς μεγαλύτερο από την εμπρόσθια τάση της διόδου.
Τώρα τα βασικά δεν είναι, ας επιστρέψουμε την εστίασή μας στο κύκλωμα ανορθωτή ακριβείας.
Εργασία ανορθωτή ακριβείας
Το παραπάνω κύκλωμα δείχνει ένα βασικό κύκλωμα ανορθωτή ακριβείας μισού κύματος με LM358 Op-Amp και 1n4148 δίοδο. Για να μάθετε πώς λειτουργεί ένα op-amp, μπορείτε να ακολουθήσετε αυτό το κύκλωμα op-amp.
Το παραπάνω κύκλωμα σας δείχνει επίσης την κυματομορφή εισόδου και εξόδου του κυκλώματος ανορθωτή ακριβείας, η οποία είναι ακριβώς ίση με την είσοδο. Αυτό συμβαίνει επειδή παίρνουμε τα σχόλια από την έξοδο της διόδου και το op-amp αντισταθμίζει οποιαδήποτε πτώση τάσης στη δίοδο. Έτσι, η δίοδος συμπεριφέρεται σαν μια ιδανική δίοδος.
Τώρα στην παραπάνω εικόνα, μπορείτε να δείτε καθαρά τι συμβαίνει όταν ένας θετικός και αρνητικός μισός κύκλος του σήματος εισόδου εφαρμόζεται στο τερματικό εισόδου του Op-Amp. Το κύκλωμα δείχνει επίσης τα χαρακτηριστικά μεταφοράς του κυκλώματος.
Αλλά σε ένα πρακτικό κύκλωμα, δεν θα λάβετε την έξοδο όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα, επιτρέψτε μου να σας πω γιατί;
Στο παλμογράφο μου, το κίτρινο σήμα στην είσοδο και το πράσινο σήμα είναι η έξοδος. Αντί να κάνουμε διόρθωση μισού κύματος, λαμβάνουμε ένα είδος διόρθωσης πλήρους κύματος.
Η παραπάνω εικόνα σας δείχνει όταν η δίοδος είναι απενεργοποιημένη, ο αρνητικός μισός κύκλος είναι ότι το σήμα ρέει μέσω της αντίστασης στην έξοδο και γι 'αυτό λαμβάνουμε την διόρθωση πλήρους κύματος όπως η έξοδος, αλλά αυτό δεν είναι το πραγματικό υπόθεση.
Ας δούμε τι συμβαίνει όταν συνδέουμε ένα φορτίο 1K.
Το κύκλωμα μοιάζει με την παραπάνω εικόνα.
Η έξοδος μοιάζει με την παραπάνω εικόνα.
Η έξοδος μοιάζει έτσι επειδή έχουμε ουσιαστικά σχηματίσει ένα κύκλωμα διαχωριστή τάσης με δύο αντίσταση 9.1K και 1K, γι 'αυτό το θετικό μισό του σήματος εισόδου μόλις εξασθενηθεί.
Και πάλι, αυτή η παραπάνω εικόνα σας δείχνει τι συμβαίνει όταν αλλάζω την τιμή της αντίστασης φορτίου σε 220R από 1K.
Αυτό δεν είναι το μικρότερο πρόβλημα που έχει αυτό το κύκλωμα.
Η παραπάνω εικόνα σάς δείχνει μια κατάσταση λήψης κάτω από την οποία η έξοδος του κυκλώματος πηγαίνει κάτω από μηδέν βολτ και αυξάνεται μετά από μια συγκεκριμένη ακίδα.
Η παραπάνω εικόνα σάς δείχνει μια κατάσταση λήψης και για τα δύο παραπάνω κυκλώματα, με φορτίο και χωρίς φορτίο. Αυτό συμβαίνει επειδή, όταν το σήμα εισόδου πηγαίνει κάτω από το μηδέν, το op-amp πηγαίνει στην περιοχή αρνητικού κορεσμού και το αποτέλεσμα είναι η εικόνα που εμφανίζεται.
Ένας άλλος λόγος που μπορούμε να πούμε ότι, όποτε η τάση εισόδου αλλάζει από θετική σε αρνητική, θα χρειαστεί λίγος χρόνος για να ξεκινήσει η ανατροφοδότηση των op-amps και να σταθεροποιήσει την έξοδο, και αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο λαμβάνουμε τις αιχμές κάτω από το μηδέν βολτ στο παραγωγή.
Αυτό συμβαίνει επειδή χρησιμοποιώ ένα ζελέ φασολιών LM358 op-amp με χαμηλό ρυθμό. Μπορείτε να ξεφύγετε από αυτό το πρόβλημα, απλώς τοποθετώντας έναν ενισχυτή με υψηλότερο ρυθμό αναμονής. Ωστόσο, λάβετε υπόψη ότι αυτό θα συμβεί και στο υψηλότερο εύρος συχνοτήτων του κυκλώματος.
Το τροποποιημένο κύκλωμα ανορθωτή ακριβείας
Η παραπάνω εικόνα δείχνει ένα τροποποιημένο κύκλωμα ανορθωτή ακριβείας μέσω του οποίου μπορούμε να μειώσουμε όλα τα προαναφερθέντα ελαττώματα και μειονεκτήματα. Ας μελετήσουμε το κύκλωμα και να καταλάβουμε πώς λειτουργεί.
Τώρα στο παραπάνω κύκλωμα, μπορείτε να δείτε ότι η δίοδος D2 θα διεξαχθεί εάν το θετικό μισό του ημιτονοειδούς σήματος εφαρμόζεται ως είσοδος. Τώρα η παραπάνω διαδρομή (με την κίτρινη γραμμή) έχει ολοκληρωθεί και το Op-amp ενεργεί ως αντιστρεπτικός ενισχυτής, αν κοιτάξουμε στο σημείο P1, η τάση είναι 0V καθώς σχηματίζεται μια εικονική γείωση σε αυτό το σημείο, έτσι το ρεύμα δεν ρέει μέσω της αντίστασης R19 και στο σημείο εξόδου P2, η τάση είναι αρνητική 0,7V καθώς το op-amp αντισταθμίζει την πτώση της διόδου, οπότε δεν υπάρχει τρόπος το ρεύμα να φτάσει στο σημείο P3. Έτσι, έτσι έχουμε επιτύχει έξοδο 0V κάθε φορά που ένας θετικός μισός κύκλος του σήματος εφαρμόζεται στην είσοδο του Op-amp.
Τώρα ας υποθέσουμε ότι έχουμε εφαρμόσει το αρνητικό μισό του ημιτονοειδούς σήματος AC στην είσοδο του op-amp. Αυτό σημαίνει ότι το εφαρμοζόμενο σήμα εισόδου είναι μικρότερο από 0V.
Σε αυτό το σημείο, η δίοδος D2 βρίσκεται σε αντίστροφη προκατάληψη, που σημαίνει ότι είναι ανοιχτό κύκλωμα Η παραπάνω εικόνα σας λέει ακριβώς αυτό.
Καθώς η δίοδος D2 βρίσκεται στην αντίστροφη προκατάληψη, το ρεύμα θα ρέει μέσω της αντίστασης R22 σχηματίζοντας μια εικονική γείωση στο σημείο Ρ1. Τώρα όταν εφαρμόζεται το αρνητικό μισό του σήματος εισόδου, θα λάβουμε ένα θετικό σήμα στην έξοδο ως αντιστρεπτικό ενισχυτή. Και η δίοδος θα διεξαχθεί και θα λάβουμε την αντισταθμισμένη έξοδο στο σημείο P3.
Τώρα η τάση εξόδου θα είναι -Vin / R2 = Vout / R1
Έτσι, η τάση εξόδου γίνεται Vout = -R2 / R1 * Vin
Τώρα ας παρατηρήσουμε την έξοδο του κυκλώματος στον παλμογράφο.
Η πρακτική έξοδος του κυκλώματος χωρίς προσαρτημένο φορτίο φαίνεται στην παραπάνω εικόνα.
Τώρα όταν πρόκειται για την ανάλυση του κυκλώματος, ένα κύκλωμα ανορθωτή μισού κύματος είναι αρκετά καλό, αλλά όταν πρόκειται για ένα πρακτικό κύκλωμα, ο ανορθωτής μισού κύματος απλά δεν έχει πρακτική σημασία.
Για αυτόν τον λόγο, παρουσιάστηκε ένα κύκλωμα ανορθωτή πλήρους κύματος, για να επιτευχθεί ένας ανορθωτής ακριβείας πλήρους κύματος, απλά πρέπει να κάνω έναν ενισχυτή αθροίσματος, και αυτό είναι βασικά.
Ανορθωτής πλήρους κύματος ακριβείας με χρήση Op-Amp
Για να κάνω ένα κύκλωμα ανορθωτή ακριβείας πλήρους κύματος, μόλις πρόσθεσα έναν ενισχυτή αθροίσματος στην έξοδο του προηγουμένως αναφερθέντος κυκλώματος ανορθωτή μισού κύματος. Από το σημείο, το P1 στο σημείο P2 είναι το βασικό κύκλωμα ανορθωτή ακριβείας και η δίοδος είναι τόσο διαμορφωμένη ώστε να έχουμε αρνητική τάση στην έξοδο.
Από το σημείο, το P2 στο σημείο P3 είναι ο ενισχυτής αθροίσματος, η έξοδος από τον ανορθωτή ακριβείας τροφοδοτείται στον ενισχυτή αθροίσματος μέσω της αντίστασης R3. Η τιμή της αντίστασης R3 είναι το μισό από το R5 ή μπορείτε να πείτε ότι είναι R5 / 2 έτσι ρυθμίζουμε ένα κέρδος 2Χ από το op-amp.
Η είσοδος από το σημείο Ρ1 τροφοδοτείται επίσης στον ενισχυτή αθροίσματος με τη βοήθεια της αντίστασης R4, οι αντιστάσεις R4 και R5 είναι υπεύθυνες για τη ρύθμιση του κέρδους του op-amp σε 1X.
Δεδομένου ότι η έξοδος από το σημείο P2 τροφοδοτείται απευθείας στον ενισχυτή αθροίσματος με το κέρδος 2Χ, αυτό σημαίνει ότι η τάση εξόδου θα είναι 2 φορές μεγαλύτερη από την τάση εισόδου. Ας υποθέσουμε ότι η τάση εισόδου είναι κορυφή 2V, οπότε θα έχουμε κορυφή 4V στην έξοδο Ταυτόχρονα, τροφοδοτούμε άμεσα την είσοδο στον ενισχυτή αθροίσματος με κέρδος 1Χ.
Τώρα, όταν συμβαίνει η λειτουργία αθροίσματος, λαμβάνουμε μια άθροιση τάσης στην έξοδο που είναι (-4V) + (+ 2V) = -2V και ως το op-amp στην έξοδο. Καθώς το op-amp έχει διαμορφωθεί ως ενισχυτής αντιστροφής, θα έχουμε +2V στην έξοδο που είναι το σημείο P3.
Το ίδιο συμβαίνει όταν εφαρμόζεται η αρνητική κορυφή του σήματος εισόδου.
Η παραπάνω εικόνα δείχνει την τελική έξοδο του κυκλώματος, η κυματομορφή με μπλε χρώμα είναι η είσοδος και η κυματομορφή με κίτρινο χρώμα είναι η έξοδος από το κύκλωμα ανορθωτή μισού κύματος και η κυματομορφή με πράσινο χρώμα είναι η έξοδος του κυκλώματος ανορθωτή πλήρους κύματος.
Απαιτούμενα στοιχεία
- LM358 op-amp IC - 2
- 6,8K, 1% Αντίσταση - 8
- Αντίσταση 1K - 2
- 1N4148 Δίοδος - 4
- Πίνακας ψωμιού - 1
- Καλώδια βραχυκυκλωτήρα - 10
- Τροφοδοσία (± 10V) - 1
Σχηματικό διάγραμμα
Το διάγραμμα κυκλώματος για ανορθωτή ακριβείας μισού κύματος και πλήρους κύματος χρησιμοποιώντας op-amp δίνεται παρακάτω:
Για αυτήν την επίδειξη, το κύκλωμα είναι κατασκευασμένο σε μια πλακέτα χωρίς ψωμί, με τη βοήθεια του σχηματικού. Για να μειώσω την παρασιτική επαγωγή και χωρητικότητα, έχω συνδέσει τα εξαρτήματα όσο το δυνατόν πιο κοντά.
Περαιτέρω βελτίωση
Το κύκλωμα μπορεί να τροποποιηθεί περαιτέρω για να βελτιώσει την απόδοσή του, όπως μπορούμε να προσθέσουμε ένα επιπλέον φίλτρο για να απορρίψουμε τους θορύβους υψηλής συχνότητας.
Αυτό το κύκλωμα κατασκευάζεται μόνο για σκοπούς επίδειξης μόνο. Εάν σκέφτεστε να χρησιμοποιήσετε αυτό το κύκλωμα σε μια πρακτική εφαρμογή, θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε ένα op-amp τύπου ελικόπτερο και αντίσταση υψηλής ακρίβειας 0,1 ohms για να επιτύχετε απόλυτη σταθερότητα.
Ελπίζω να σας άρεσε αυτό το άρθρο και να μάθετε κάτι νέο από αυτό. Εάν έχετε οποιαδήποτε αμφιβολία, μπορείτε να ρωτήσετε στα παρακάτω σχόλια ή να χρησιμοποιήσετε τα φόρουμ μας για λεπτομερή συζήτηση.