Полувълнова и пълновълнова прецизна токоизправителна верига, използваща оп

Изправителят е схема, която преобразува променлив ток (AC) в постоянен ток (DC). Променлив ток винаги променя посоката си във времето, но постоянният ток тече непрекъснато в една посока. В типична токоизправителна верига използваме диоди, за да коригираме AC към DC. Но този метод на коригиране може да се използва само ако входното напрежение на веригата е по-голямо от напрежението на диода, което обикновено е 0.7V. По-рано обяснихме диод-базиран полувълнов токоизправител и верига на изправител на пълни вълни.

За да се преодолее този проблем, беше въведена веригата за прецизен токоизправител. Прецизният токоизправител е друг токоизправител, който преобразува AC в постоянен ток, но в прецизен токоизправител използваме усилвател за компенсиране на спада на напрежението на диода, поради което не губим спада от 0,6 V или 0,7 V през диод, също веригата може да бъде конструирана така, че да има някаква печалба и на изхода на усилвателя.

И така, в този урок ще ви покажа как можете да изградите, тествате, прилагате и отстранявате грешки в прецизна токоизправителна верига, използвайки оп-усилвател. Наред с това ще обсъдя и някои плюсове и минуси на тази схема. Така че, без повече шум, нека започнем.

Какво представлява прецизната токоизправителна схема?

Преди да знаем за прецизната токоизправителна верига, нека изясним основите на токоизправителната верига.

Горната фигура показва характеристиките на идеална токоизправителна верига с нейните трансферни характеристики. Това предполага, че когато входният сигнал е отрицателен, изходът ще бъде нула волта и когато входният сигнал е положителен, изходът ще последва входния сигнал.

Горната фигура показва практична токоизправителна схема с нейните трансферни характеристики. В практична токоизправителна схема изходната форма на вълната ще бъде с 0,7 волта по-малка от приложеното входно напрежение, а трансферната характеристика ще изглежда като фигурата, показана на диаграмата. В този момент диодът ще провежда само ако приложеният входен сигнал е малко по-голям от напрежението на диода напред.

Сега основите настрана, нека обърнем фокуса си обратно към прецизната токоизправителна верига.

Работа на прецизен токоизправител

Горната схема показва основна, полувълнова прецизна токоизправителна верига с LM358 Op-Amp и 1n4148 диод. За да научите как работи операционният усилвател, можете да следвате тази операционна схема.

Горната схема също ви показва входната и изходната форма на вълната на прецизната токоизправителна верига, която е точно равна на входа. Това е така, защото вземаме обратната връзка от изхода на диода и операционният усилвател компенсира всеки спад на напрежението в диода. И така, диодът се държи като идеален диод.

Сега на горното изображение можете ясно да видите какво се случва, когато положителен и отрицателен половин цикъл на входния сигнал се приложи във входния терминал на Op-Amp. Схемата показва и трансферните характеристики на веригата.

Но в практическа схема няма да получите изхода, както е показано на горната фигура, нека ви кажа защо?

В моя осцилоскоп жълтият сигнал във входа и зеленият сигнал са изходните. Вместо да получим полувълново коригиране, ние получаваме нещо като корекция на пълни вълни.

Горното изображение ви показва, когато диодът е изключен, отрицателният половин цикъл е на сигнала, преминаващ през резистора към изхода и затова получаваме корекция на пълни вълни като изхода, но това не е действителната случай.

Нека да видим какво се случва, когато свържем 1K товар.

Веригата изглежда като горното изображение.

Резултатът изглежда като горното изображение.

Изходът изглежда така, защото на практика сме формирали верига на делител на напрежение с два 9.1K и 1K резистор, поради което входната положителна половина на сигнала току-що е затихнала.

Отново, това изображение по-горе ви показва какво се случва, когато променя стойността на товарния резистор на 220R от 1K.

Това не е най-малкото проблем, който тази схема има.

Горното изображение ви показва състояние на недостиг, при което изходът на веригата отива под нула волта и се повишава след определен скок.

Горното изображение ви показва условие за недоизстрелване на двете гореспоменати вериги, с товар и без товар. Това е така, защото, когато входният сигнал падне под нулата, операционният усилвател преминава в областта на отрицателното насищане и резултатът е показаното изображение.

Друга причина можем да кажем, че когато входното напрежение се измести от положително към отрицателно, ще отнеме известно време, преди обратните усилватели да влязат в действие и да стабилизират изхода и ето защо получаваме пиковете под нула волта на изход.

Това се случва, защото използвам желеобразен усилвател LM358 с ниска скорост на убиване. Можете да се избавите от този проблем, просто като поставите операционен усилвател с по- висока скорост на убиване. Но имайте предвид, че това ще се случи и в по- високия честотен диапазон на веригата.

Модифицираната прецизна токоизправителна верига

Горната фигура показва модифицирана прецизна токоизправителна верига, чрез която можем да намалим всички гореспоменати недостатъци и недостатъци. Нека да проучим веригата и да разберем как работи.

Сега в горната схема можете да видите, че диодът D2 ще проведе, ако положителната половина на синусоидалния сигнал се приложи като вход. Сега показаният по-горе път (с жълтата линия) е завършен и Op-усилвателят действа като инвертиращ усилвател, ако погледнем точка P1, напрежението е 0V, тъй като в тази точка се формира виртуално заземяване, така че токът не може протичат през резистора R19 и в изходната точка P2 напрежението е отрицателно 0.7V, тъй като оп-усилвателят компенсира спада на диода, така че няма начин токът да премине към точка Р3. И така, ние постигнахме 0V изход, когато положителен половин цикъл на сигнала се прилага към входа на Op-усилвателя.

Сега нека приемем, че сме приложили отрицателната половина на синусоидалния AC сигнал към входа на операционния усилвател. Това означава, че приложеният входен сигнал е по-малък от 0V.

В този момент диодът D2 е в обърнато положение, което означава, че е отворена верига. Горното изображение точно ви казва това.

Тъй като диодът D2 е в обърнато положение, токът ще тече през резистора R22, образувайки виртуална земя в точка P1. Сега, когато се приложи отрицателната половина на входния сигнал, ще получим положителен сигнал в изхода като инвертиращ усилвател. И диодът ще проведе и ще получим компенсирания изход в точка P3.

Сега изходното напрежение ще бъде -Vin / R2 = Vout / R1

Така изходното напрежение става Vout = -R2 / R1 * Vin

Сега нека наблюдаваме изхода на веригата в осцилоскопа.

Практическият изход на веригата без прикачен товар е показан на горното изображение.

Сега, когато става въпрос за анализ на веригата, веригата на полувълновия токоизправител е достатъчно добра, но когато става въпрос за практична схема, полувълновият токоизправител просто няма практически смисъл.

Поради тази причина беше въведена изправителна верига с пълна вълна, за да се постигне прецизен токоизправител с пълна вълна, просто трябва да направя сумиращ усилвател и това е основно.

Прецизен изправител с пълна вълна, използващ Op-Amp

За да направя прецизна токоизправителна верига с пълна вълна, току-що добавих сумиращ усилвател към изхода на споменатата по-рано верига на полуволновия токоизправител. От точката, P1 до точка P2 е основната прецизна токоизправителна верига и диодът е така конфигуриран, че получаваме отрицателно напрежение на изхода.

От точката, P2 до точка P3 е сумиращият усилвател, изходът от прецизния токоизправител се подава към сумиращия усилвател през резистора R3. Стойността на резистора R3 е половината от R5 или можете да кажете, че е R5 / 2, по този начин задаваме 2X печалба от операционния усилвател.

Входът от точката P1 също се подава към сумиращия усилвател с помощта на резистора R4, резисторите R4 и R5 са отговорни за настройката на усилването на операционния усилвател на 1X.

Тъй като изходът от точка P2 се подава директно към сумиращия усилвател с усилване 2X, това означава, че изходното напрежение ще бъде 2-кратно от входното напрежение. Нека приемем, че входното напрежение е 2V пик, така че ще получим 4V пик на изхода. В същото време директно подаваме входа към сумиращия усилвател с усилване 1X.

Сега, когато се случи операцията по сумиране, получаваме обобщено напрежение на изхода, което е (-4V) + (+ 2V) = -2V и като оп-усилвател на изхода. Тъй като оп-усилвателят е конфигуриран като инвертиращ усилвател, ще получим + 2V на изхода, което е точката P3.

Същото се случва, когато се приложи отрицателният пик на входния сигнал.

Горното изображение показва крайния изход на веригата, формата на вълната в синьо е входът, а формата на вълната в жълто е изходът от веригата на полувълновия токоизправител, а формата на вълната в зелено е изходът на веригата на изправителя на пълни вълни.

Необходими компоненти

• LM358 оп-усилвател IC - 2
• 6.8K, 1% резистор - 8
• 1K резистор - 2
• 1N4148 Диод - 4
• Дъска за хляб - 1
• Джъмперни проводници - 10
• Захранване (± 10V) - 1

Схематична диаграма

Електрическа схема за прецизен токоизправител с половин и пълна вълна, използващ оп-усилвател, е дадена по-долу:

За тази демонстрация веригата е конструирана в безпоен макет с помощта на схемата; За да се намали паразитната индуктивност и капацитет, свързах компонентите възможно най-близо.

По-нататъшно подобрение

Веригата може да бъде допълнително модифицирана, за да се подобри нейната производителност, като можем да добавим допълнителен филтър, за да отхвърлим високочестотните шумове.

Тази схема е направена само за демонстрационни цели. Ако мислите да използвате тази схема в практическо приложение, трябва да използвате оптоусилвател тип чопър и резистор с висока точност 0,1 ома, за да постигнете абсолютна стабилност.

Надявам се тази статия да ви е харесала и да сте научили нещо ново от нея. Ако имате някакви съмнения, можете да попитате в коментарите по-долу или да използвате нашите форуми за подробна дискусия.