- Hva er en Precision Rectifier Circuit?
- Arbeid av presisjons likeretter
- Modified Precision Rectifier Circuit
- Precision Full Wave Rectifier ved hjelp av Op-Amp
- Komponenter kreves
- Skjematisk diagram
- Ytterligere forbedring
En likeretter er en krets som konverterer vekselstrøm (AC) til likestrøm (DC). En vekselstrøm endrer alltid sin retning over tid, men likestrømmen flyter kontinuerlig i en retning. I en typisk likeretterkrets bruker vi dioder for å rette på AC til DC. Men denne utbedringsmetoden kan bare brukes hvis inngangsspenningen til kretsen er større enn dioden fremover som typisk er 0,7V. Vi har tidligere forklart diode-basert halvbølge-likeretter og fullbølge-likeretterkrets.
For å løse dette problemet ble Precision Rectifier Circuit introdusert. Presisjons likeretteren er en annen likeretter som konverterer AC til DC, men i en presisjons likeretter bruker vi en op-amp for å kompensere for spenningsfallet over dioden, det er derfor vi ikke mister spenningsfallet på 0,6V eller 0,7V over diode, kan også kretsen konstrueres for å ha en viss forsterkning ved forsterkerens utgang også.
Så i denne opplæringen skal jeg vise deg hvordan du kan bygge, teste, bruke og feilsøke en presisjon likeretterkrets ved hjelp av op-amp. I tillegg til det vil jeg også diskutere noen fordeler og ulemper ved denne kretsen. Så, uten videre, la oss komme i gang.
Hva er en Precision Rectifier Circuit?
Før vi vet om Precision Rectifier Circuit, la oss avklare det grunnleggende om likeretterkretsen.
Ovenstående figur viser egenskapene til en ideell likeretterkrets med dens overføringsegenskaper. Dette innebærer at når inngangssignalet er negativt, vil utgangen være null volt, og når inngangssignalet er positivt, vil utgangen følge inngangssignalet.
Ovenstående figur viser en praktisk likeretterkrets med overføringsegenskaper. I en praktisk likeretterkrets vil utgangsbølgeformen være 0,7 volt mindre enn den påførte inngangsspenningen, og overføringskarakteristikken vil se ut som figuren vist i diagrammet. På dette punktet vil dioden bare lede hvis det påførte inngangssignalet er litt større enn diodes fremoverspenning.
Nå er det grunnleggende ute av veien, la oss vende fokus tilbake til presisjonens likeretterkrets.
Arbeid av presisjons likeretter
Ovennevnte krets viser en grunnleggende, halvbølge presisjon likeretterkrets med en LM358 Op-Amp og en 1n4148 diode. For å lære hvordan en op-amp fungerer, kan du følge denne op-amp-kretsen.
Ovennevnte krets viser deg også inngangs- og utgangsbølgeformen til presisjonens likeretterkrets, som er nøyaktig lik inngangen. Det er fordi vi tar tilbakemeldinger fra utgangen til dioden, og op-forsterkeren kompenserer for spenningsfall over dioden. Så dioden oppfører seg som en ideell diode.
Nå i bildet ovenfor kan du tydelig se hva som skjer når en positiv og en negativ halvsyklus av inngangssignalet påføres inngangsterminalen til Op-Amp. Kretsen viser også kretsens overføringsegenskaper.
Men i en praktisk krets vil du ikke få utdataene som vist i figuren ovenfor, la meg fortelle deg hvorfor?
I oscilloskopet mitt er det gule signalet i inngangen og det grønne signalet utgangen. I stedet for å få en halvbølge-retting får vi en slags fullbølge-retting.
Ovennevnte bilde viser deg når dioden er av, den negative halvsyklusen er av signalet som strømmer gjennom motstanden til utgangen, og det er derfor vi får fullbølge-korrigering som utgangen, men dette er ikke den faktiske sak.
La oss se hva som skjer når vi kobler til en 1K belastning.
Kretsen ser ut som bildet over.
Utgangen ser ut som bildet ovenfor.
Utgangen ser slik ut fordi vi praktisk talt har dannet en spenningsdelerkrets med to 9,1K og en 1K motstand, det er derfor den positive inngangshalvdelen av signalet bare ble dempet.
Igjen, dette bildet over viser deg hva som skjer når jeg endrer lastmotstandsverdien til 220R fra 1K.
Dette er ikke det minste problemet som denne kretsen har.
Ovennevnte bilde viser deg en undershoot-tilstand der utgangen fra kretsen går under null volt og stiger etter en viss topp.
Ovennevnte bilde viser deg en undershoot-tilstand for begge de ovennevnte kretsene, med belastning og uten belastning. Det er fordi, når inngangssignalet går under null, går op-forsterkeren inn i det negative metningsområdet og resultatet er det viste bildet.
En annen grunn til at vi kan si at når inngangsspenningen svinger fra positiv til negativ, vil det ta litt tid før tilbakemeldingen på forsterkere kommer til spill og stabiliserer utgangen, og det er derfor vi får toppene under null volt på produksjon.
Dette skjer fordi jeg bruker en gelébønne LM358 op-amp med lav svinghastighet. Du kan komme unna med dette problemet, bare ved å sette en op-amp med høyere svinghastighet. Men husk at dette også vil skje i det høyere frekvensområdet til kretsen.
Modified Precision Rectifier Circuit
Ovennevnte figur viser en modifisert presisjon likeretterkrets som vi kan redusere alle de ovennevnte feilene og ulempene. La oss studere kretsen og finne ut hvordan den fungerer.
Nå i kretsen ovenfor kan du se at dioden D2 vil lede hvis den positive halvdelen av det sinusformede signalet blir brukt som inngang. Nå er den ovennevnte banen (med den gule linjen) fullført, og Op-amp fungerer som en inverterende forsterker. Hvis vi ser på punkt P1, er spenningen 0V da en virtuell jord dannes på det punktet, slik at strøm ikke kan strømme gjennom motstanden R19, og i utgangspunktet P2 er spenningen negativ 0,7V da op-amp kompenserer for diodefallet, så det er ingen måte at strøm kan gå til punkt P3. Så det er slik vi har oppnådd en 0V utgang når en positiv halv syklus av signalet blir brukt på inngangen til Op-amp.
La oss anta at vi har brukt den negative halvdelen av det sinusformede vekselstrømssignalet på inngangen til op-amp. Det betyr at det påførte inngangssignalet er mindre enn 0V.
På dette tidspunktet er Diode D2 i omvendt forspent tilstand som betyr at det er en åpen krets. Bildet ovenfor forteller deg nøyaktig det.
Da dioden D2 er i omvendt forspent tilstand, vil strømmen strømme gjennom motstanden R22 og danne en virtuell jord ved punktet P1. Nå når den negative halvdelen av inngangssignalet påføres, vil vi få et positivt signal i utgangen som en inverterende forsterker. Og dioden vil lede, og vi får kompensert utgang ved punkt P3.
Nå vil utgangsspenningen være -Vin / R2 = Vout / R1
Så utgangsspenningen blir Vout = -R2 / R1 * Vin
La oss nå observere kretsens utgang i oscilloskopet.
Den praktiske utgangen av kretsen uten belastning er vist i bildet ovenfor.
Nå når det gjelder analysen av kretsen, er en halvbølge-likeretterkrets god nok, men når det gjelder en praktisk krets, gir ikke halvbølge-likeretteren bare praktisk mening.
Av den grunn ble det introdusert en fullbølge-likeretterkrets, for å oppnå en fullbølge-presisjons likeretter, trenger jeg bare å lage en summeringsforsterker, og det er i utgangspunktet det.
Precision Full Wave Rectifier ved hjelp av Op-Amp
For å lage en fullbølge presisjons likeretterkrets, har jeg nettopp lagt til en summeringsforsterker til utgangen til den tidligere nevnte halvbølge likeretterkretsen. Fra punktet er P1 til punkt P2 den grunnleggende presisjon likeretterkretsen og dioden er så konfigurert at vi får en negativ spenning ved utgangen.
Fra punktet er P2 til punkt P3 summeringsforsterkeren, utgangen fra presisjonslikrikteren mates til summeringsforsterkeren gjennom motstanden R3. Verdien av motstanden R3 er halvparten av R5, eller du kan si at det er R5 / 2 det er slik vi setter en 2X forsterkning ut av op-amp.
Inngangen fra punktet P1 blir også matet til summeringsforsterkeren ved hjelp av motstanden R4, motstandene R4 og R5 er ansvarlige for å sette forsterkningen til op-amp til 1X.
Siden utgangen fra punktet P2 mates direkte til summeringsforsterkeren med forsterkning på 2X, betyr det at utgangsspenningen vil være 2 ganger inngangsspenningen. La oss anta at inngangsspenningen er 2V topp, så vi får en 4V topp ved utgangen. Samtidig mater vi inngangen direkte til summeringsforsterkeren med en forsterkning på 1X.
Nå når summeringsoperasjonen skjer, får vi en oppsummert spenning ved utgangen som er (-4V) + (+ 2V) = -2V og som op-amp ved utgangen. Da op-amp er konfigurert som en inverterende forsterker, vil vi få + 2V på utgangen som er punktet P3.
Det samme skjer når den negative toppen av inngangssignalet påføres.
Ovenstående bilde viser den endelige utgangen av kretsen, bølgeformen i blått er inngangen og bølgeformen i gul er utgangen fra halvbølge-likeretterkretsen, og bølgeformen i grønt er utgangen fra fullbølge-likeretterkretsen.
Komponenter kreves
- LM358 op-amp IC - 2
- 6.8K, 1% motstand - 8
- 1K motstand - 2
- 1N4148 Diode - 4
- Brødbrett - 1
- Jumper Wires - 10
- Strømforsyning (± 10V) - 1
Skjematisk diagram
Kretsskjema for halvbølge og fullbølge presisjonslikretter ved hjelp av op-amp er gitt nedenfor:
For denne demonstrasjonen er kretsen konstruert i et loddet brødbrett, ved hjelp av skjematisk; For å redusere parasittisk induktans og kapasitans har jeg koblet komponentene så tett som mulig.
Ytterligere forbedring
Kretsen kan modifiseres ytterligere for å forbedre ytelsen, slik som vi kan legge til et ekstra filter for å avvise høyfrekvente lyder.
Denne kretsen er laget kun for demonstrasjonsformål. Hvis du tenker på å bruke denne kretsen i en praktisk applikasjon, må du bruke en chopper-type op-amp og høy presisjon 0,1 ohm motstand for å oppnå absolutt stabilitet.
Jeg håper du likte denne artikkelen og lærte noe nytt ut av den. Hvis du er i tvil, kan du spørre i kommentarene nedenfor eller bruke forumene våre for detaljert diskusjon.