- Mi az a precíziós egyenirányító áramkör?
- Precíziós egyenirányító működése
- A módosított precíziós egyenirányító áramkör
- Precíziós teljes hullámú egyenirányító Op-Amp segítségével
- Szükséges alkatrészek
- Sematikus ábrája
- További fejlesztés
Az egyenirányító olyan áramkör, amely átalakítja a váltakozó áramot (AC) egyenárammá (DC). A váltakozó áram idővel mindig megváltoztatja az irányát, de az egyenáram folyamatosan áramlik egy irányba. Egy tipikus egyenirányító áramkörben diódákat használunk az AC és DC egyenirányításához. De ez az egyenirányítási módszer csak akkor alkalmazható, ha az áramkör bemeneti feszültsége nagyobb, mint a dióda előrefeszültsége, amely jellemzően 0,7 V. Korábban elmagyaráztuk a dióda alapú félhullámú egyenirányítót és a teljes hullámú egyenirányító áramkört.
Ennek a problémának a kiküszöbölésére bevezették a Precision Rectifier áramkört. A precíziós egyenirányító egy másik egyenirányító, amely átalakítja az AC-t DC-vé, de a precíziós egyenirányítóban egy op-amp-ot használunk a dióda feszültségesésének kompenzálására, ezért nem veszítjük el a 0,6 V vagy 0,7 V feszültségesést dióda, az áramkör is kialakítható úgy, hogy az erősítő kimenetén is legyen némi erősítés.
Tehát ebben az oktatóanyagban megmutatom, hogyan lehet op-amp segítségével precíziós egyenirányító áramkört felépíteni, tesztelni, alkalmazni és hibakeresést végezni. Emellett megvitatom ennek az áramkörnek néhány előnyét és hátrányát is. Tehát minden további nélkül kezdjük.
Mi az a precíziós egyenirányító áramkör?
Mielőtt megtudnánk a Precíziós egyenirányító áramkört, tisztázzuk az egyenirányító áramkör alapjait.
A fenti ábra az ideális egyenirányító áramkör jellemzőit mutatja átviteli jellemzőivel. Ez azt jelenti, hogy amikor a bemeneti jel negatív, a kimenet nulla volt, és ha a bemeneti jel pozitív, akkor a kimenet követi a bemeneti jelet.
A fenti ábra egy praktikus egyenirányító áramkört mutat átviteli jellemzőivel. Egy gyakorlati egyenirányító áramkörben a kimeneti hullámforma 0,7 volttal lesz kisebb, mint az alkalmazott bemeneti feszültség, és az átviteli karakterisztika úgy fog kinézni, mint az ábrán. Ezen a ponton a dióda csak akkor vezet, ha az alkalmazott bemeneti jel valamivel nagyobb, mint a dióda előremenő feszültsége.
Most az alapok nincsenek útban, fordítsuk vissza a fókuszt a precíziós egyenirányító áramkörre.
Precíziós egyenirányító működése
A fenti áramkör egy alapvető, félhullámú precíziós egyenirányító áramkört mutat, LM358 Op-Amp és 1n4148 diódával. Az op-amp működésének megismeréséhez kövesse ezt az op-amp áramkört.
A fenti áramkör megmutatja a precíziós egyenirányító áramkör bemeneti és kimeneti hullámformáját is, amely pontosan megegyezik a bemenettel. Ez azért van, mert a dióda kimenetéről visszacsatolást veszünk, és az op-amp kompenzálja a dióda keresztmetszetén bekövetkező esetleges feszültségesést. Tehát a dióda ideális diódaként viselkedik.
Most a fenti képen jól látható, hogy mi történik, ha a bemenő jel pozitív és negatív fél ciklusát alkalmazzuk az Op-Amp bemeneti terminálján. Az áramkör megmutatja az áramkör átviteli jellemzőit is.
De egy gyakorlati áramkörben nem kapja meg a kimenetet a fenti ábra szerint, hadd mondjam el, miért?
Oszcilloszkópomban a sárga jel a bemenetben és a zöld jel a kimenet. Félhullámú egyenirányítás helyett egyfajta teljes hullámú egyenirányítást kapunk.
A fenti kép megmutatja, amikor a dióda ki van kapcsolva, a negatív félciklus az ellenálláson keresztül a jel kimenetre áramlik, ezért kapjuk a teljes hullámú egyenirányítást, mint a kimenet, de ez nem a tényleges ügy.
Lássuk, mi történik, ha 1K terhelést csatlakoztatunk .
Az áramkör úgy néz ki, mint a fenti kép.
A kimenet úgy néz ki, mint a fenti kép.
A kimenet így néz ki, mert gyakorlatilag kialakítottunk egy feszültségosztó áramkört két 9,1K-os és 1K-os ellenállással, ezért a jel bemeneti pozitív fele éppen enyhült.
Ez a fenti kép ismét megmutatja, mi történik, amikor a terhelési ellenállás értékét 1K-ról 220R-re változtatom.
Nem ez a legkevesebb probléma, ami ennek az áramkörnek van.
A fenti kép egy alulteljesítési állapotot mutat, amikor az áramkör kimenete nulla volt alá esik, és egy bizonyos csúcs után emelkedik.
A fenti kép a fent említett áramkörök alulteljesítési állapotát mutatja terheléssel és terhelés nélkül. Ennek oka, hogy amikor a bemeneti jel nulla alá megy, az op-amp negatív telítettségi tartományba kerül, és az eredmény a bemutatott kép lesz.
Egy másik ok, amellyel azt mondhatjuk, hogy amikor a bemeneti feszültség pozitívról negatívra változik, eltart egy ideig, mire az op-erősítők visszajelzése beindul és stabilizálja a kimenetet, és ezért kapjuk a nulla volt alatti tüskéket a Kimenet.
Ez azért történik, mert kocsonyás bab LM358 op-amp-ot használok, alacsony fordulatszámmal. Megúszhatja ezt a problémát, csak úgy, hogy egy op-amp-ot állít be magasabb fordulatszámmal. De ne feledje, hogy ez az áramkör magasabb frekvenciatartományában is bekövetkezik.
A módosított precíziós egyenirányító áramkör
A fenti ábra egy módosított precíziós egyenirányító áramkört mutat be, amelyen keresztül csökkenthetjük az összes fent említett hibát és hátrányt. Vizsgáljuk meg az áramkört, és derítsük ki, hogyan működik.
Most a fenti áramkörben láthatja, hogy a D2 dióda akkor fog vezetni, ha bemenetként a szinuszos jel pozitív felét alkalmazzák. Most a fent bemutatott út (a sárga vonallal) elkészült, és az Op-erősítő invertáló erősítőként működik, ha a P1 pontot nézzük, a feszültség 0 V, mivel ezen a ponton virtuális föld képződik, így az áram nem tud áramlik át az R19 ellenálláson, és a P2 kimeneti pontban a feszültség negatív 0,7 V, mivel az op-erősítő kompenzálja a dióda esését, így nincs mód arra, hogy az áram a P3 pontba menjen. Tehát így értünk el 0 V kimenetet, amikor a jel pozitív félciklusát alkalmazzuk az Op-amp bemenetére.
Most tegyük fel, hogy a szinuszos AC jel negatív felét alkalmaztuk az op-amp bemenetére. Ez azt jelenti, hogy az alkalmazott bemeneti jel kisebb, mint 0 V.
Ezen a ponton a D2 dióda fordított előfeszített állapotban van, ami azt jelenti, hogy nyitott áramkörről van szó. A fenti kép pontosan ezt mondja neked.
Mivel a D2 dióda fordított előfeszített állapotban van, az áram átfolyik az R22 ellenálláson, és virtuális földet képez a P1 pontban. Most, amikor a bemeneti jel negatív felét alkalmazzuk, pozitív jelet kapunk a kimenetben, mint invertáló erősítőt. És a dióda vezet, és megkapjuk a kompenzált kimenetet a P3 pontban.
Most a kimeneti feszültség -Vin / R2 = Vout / R1 lesz
Tehát a kimeneti feszültség Vout = -R2 / R1 * Vin lesz
Most figyeljük meg az áramkör kimenetét az oszcilloszkópban.
Az áramkör gyakorlati kimenete terhelés nélkül a fenti képen látható.
Most, amikor az áramkör elemzéséről van szó, a félhullámú egyenirányító áramkör elég jó, de amikor egy gyakorlati áramkörről van szó, a félhullámú egyenirányítónak egyszerűen nincs értelme.
Emiatt egy teljes hullámú egyenirányító áramkört vezettek be, a teljes hullámú precíziós egyenirányító eléréséhez csak egy összegző erősítőt kell készítenem, és alapvetően ennyi.
Precíziós teljes hullámú egyenirányító Op-Amp segítségével
A teljes hullámú precíziós egyenirányító áramkör elkészítéséhez most összeadtam egy erősítőt a korábban említett félhullámú egyenirányító áramkör kimenetéhez. A ponttól a P1 pontig a P2 pont az alapvető precíziós egyenirányító áramkör, és a dióda annyira konfigurált, hogy negatív feszültséget kapunk a kimeneten.
P2-től P3-ig a pont az összegző erősítő, a precíziós egyenirányító kimenete az R3 ellenálláson keresztül kerül az összegző erősítőbe. Az R3 ellenállás értéke az R5 fele, vagy mondhatjuk, hogy ez R5 / 2, így állítjuk be az op-amp-ból 2X erősítést.
A P1 pontból érkező bemenetet az R4 ellenállás segítségével az összegző erősítőbe is táplálják, az R4 és R5 ellenállások felelősek azért, hogy az op-erősítő erősítését 1X-re állítsák.
Mivel a P2 kimenet 2X erősítéssel közvetlenül az összegző erősítőbe kerül, ez azt jelenti, hogy a kimeneti feszültség kétszerese lesz a bemeneti feszültségnek. Tegyük fel, hogy a bemeneti feszültség 2V csúcs, tehát 4V csúcsot kapunk a kimeneten. Ugyanakkor a bemenetet közvetlenül az összegző erősítőbe tápláljuk 1X erősítéssel.
Amikor az összegző művelet megtörténik, a kimeneten egy összegzett feszültséget kapunk, amely (-4V) + (+ 2V) = -2V, és mint a kimenet op-erősítője. Mivel az op-amp invertáló erősítőként van konfigurálva, + 2V-ot kapunk a kimeneten, amely a P3 pont.
Ugyanez történik a bemeneti jel negatív csúcsának alkalmazásakor.
A fenti képen a végső kibocsátás az áramkör, a hullámforma kék az Input és a hullámformát sárga a kimenet a félhullámú egyenirányító áramkör és a hullámformát zöld a kimenet a teljes hullámú egyenirányító áramkör.
Szükséges alkatrészek
- LM358 op-amp IC - 2
- 6,8K, 1% ellenállás - 8
- 1K ellenállás - 2
- 1N4148 Dióda - 4
- Kenyérlap - 1
- Jumper huzalok - 10
- Tápegység (± 10V) - 1
Sematikus ábrája
Az op-amp- ot használó félhullámú és teljes hullámú precíziós egyenirányító kapcsolási rajza az alábbiakban látható:
Ehhez a bemutatáshoz az áramkört forrasztás nélküli kenyérlemezben építik fel, a vázlat segítségével; A parazita induktivitás és a kapacitás csökkentése érdekében a lehető legközelebb csatlakoztattam az alkatrészeket.
További fejlesztés
Az áramkör tovább módosítható a teljesítményének javítása érdekében, például hozzáadhatunk egy további szűrőt a nagyfrekvenciás zajok elutasításához.
Ez az áramkör csak demonstrációs célokra készült. Ha ennek az áramkörnek a gyakorlati alkalmazásán gondolkodik, akkor az abszolút stabilitás eléréséhez chopper típusú op-amp és nagy pontosságú 0,1 ohmos ellenállást kell használnia.
Remélem tetszett ez a cikk, és valami újat tanultál belőle. Ha kétségei vannak, kérje az alábbi megjegyzéseket, vagy használhatja fórumunkat a részletes megbeszéléshez.