- Wat is een precisiegelijkrichtercircuit?
- Werking van Precision Rectifier
- Het gemodificeerde precisiegelijkrichtercircuit
- Precisie-full-wave gelijkrichter met behulp van Op-Amp
- Componenten vereist
- Schematisch diagram
- Verdere verbetering
Een gelijkrichter is een circuit dat wisselstroom (AC) omzet in gelijkstroom (DC). Een wisselstroom verandert altijd van richting in de tijd, maar de gelijkstroom vloeit continu in één richting. In een typisch gelijkrichterschakeling gebruiken we diodes om AC naar DC te corrigeren. Maar deze rectificatiemethode kan alleen worden gebruikt als de ingangsspanning naar het circuit groter is dan de voorwaartse spanning van de diode, die typisch 0,7 V is. We hebben eerder op diode gebaseerde halfgolf gelijkrichter en dubbelzijdige gelijkrichterschakeling uitgelegd.
Om dit probleem op te lossen, werd het Precision Rectifier Circuit geïntroduceerd. De precisiegelijkrichter is een andere gelijkrichter die AC naar DC omzet, maar in een precisiegelijkrichter gebruiken we een op-amp om de spanningsval over de diode te compenseren, daarom verliezen we de spanningsval van 0,6 V of 0,7 V over de diode, kan ook het circuit worden geconstrueerd om ook wat versterking aan de uitgang van de versterker te hebben.
Dus in deze tutorial laat ik je zien hoe je een precisiegelijkrichterschakeling kunt bouwen, testen, toepassen en debuggen met behulp van op-amp. Daarnaast zal ik ook enkele voor- en nadelen van dit circuit bespreken. Laten we dus zonder verder oponthoud beginnen.
Wat is een precisiegelijkrichtercircuit?
Voordat we iets over het Precision Rectifier Circuit weten, laten we de basisprincipes van het gelijkrichtercircuit verduidelijken.
De bovenstaande afbeelding toont de kenmerken van een ideaal gelijkrichterschakeling met zijn overdrachtskarakteristieken. Dit houdt in dat wanneer het ingangssignaal negatief is, de uitgang nul volt zal zijn en wanneer het ingangssignaal positief is, zal de uitgang het ingangssignaal volgen.
De bovenstaande afbeelding toont een praktisch gelijkrichterschakeling met zijn overdrachtskarakteristieken. In een praktische gelijkrichterschakeling zal de uitgangsgolfvorm 0,7 volt minder zijn dan de aangelegde ingangsspanning, en de overdrachtskarakteristiek zal eruit zien als de figuur in het diagram. Op dit punt zal de diode alleen geleiden als het aangelegde ingangssignaal iets groter is dan de doorlaatspanning van de diode.
Nu de basis uit de weg is, laten we onze aandacht weer richten op het precisiegelijkrichtcircuit.
Werking van Precision Rectifier
De bovenstaande schakeling toont een basis, halfgolf precisie gelijkrichterschakeling met een LM358 Op-Amp en een 1n4148 diode. Om te leren hoe een op-amp werkt, kun je dit op-amp-circuit volgen.
De bovenstaande schakeling toont u ook de ingangs- en uitgangsgolfvorm van de precisiegelijkrichterschakeling, die exact gelijk is aan de ingang. Dat komt omdat we de feedback van de uitgang van de diode nemen en de op-amp compenseert voor eventuele spanningsval over de diode. De diode gedraagt zich dus als een ideale diode.
Nu kunt u in de bovenstaande afbeelding duidelijk zien wat er gebeurt als een positieve en een negatieve halve cyclus van het ingangssignaal wordt toegepast op de ingangsklem van de Op-Amp. Het circuit toont ook de overdrachtskarakteristieken van het circuit.
Maar in een praktisch circuit krijg je niet de output zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding, laat me je vertellen waarom?
In mijn oscilloscoop is het gele signaal in de ingang en het groene signaal de uitgang. In plaats van een halfgolf-rectificatie krijgen we een soort dubbelzijdige rectificatie.
De bovenstaande afbeelding laat zien wanneer de diode uit is, de negatieve halve cyclus is van het signaal dat door de weerstand naar de uitgang stroomt, en daarom krijgen we de dubbelfasige gelijkrichting zoals de uitgang, maar dit is niet de werkelijke geval.
Laten we eens kijken wat er gebeurt als we een 1K-belasting aansluiten.
Het circuit ziet eruit als de bovenstaande afbeelding.
De uitvoer ziet eruit als de bovenstaande afbeelding.
De output ziet er zo uit omdat we praktisch een spanningsdelercircuit hebben gevormd met twee 9.1K en een 1K weerstand, daarom is de input positieve helft van het signaal net verzwakt.
Nogmaals, deze bovenstaande afbeelding laat zien wat er gebeurt als ik de belastingsweerstand verander van 1K naar 220R.
Dit is niet het minste probleem dat dit circuit heeft.
De bovenstaande afbeelding toont u een toestand van ondershoot waarbij de output van het circuit onder nul volt daalt en stijgt na een bepaalde piek.
De bovenstaande afbeelding toont u een ondershootconditie voor beide bovengenoemde circuits, met belasting en zonder belasting. Dat komt omdat, telkens wanneer het ingangssignaal onder nul daalt, de op-amp in het negatieve verzadigingsgebied gaat en het resultaat de getoonde afbeelding is.
Een andere reden waarom we kunnen zeggen dat, wanneer de ingangsspanning van positief naar negatief schommelt, het enige tijd zal duren voordat de op-amps-feedback in het spel komt en de output stabiliseert, en dit is waarom we de pieken onder nul volt krijgen op de output.
Dit gebeurt omdat ik een jelly bean LM358 op-amp gebruik met een lage zwenksnelheid. Je kunt met dit probleem wegkomen door gewoon een op-amp met een hogere slew-rate te plaatsen. Maar houd er rekening mee dat dit ook in het hogere frequentiebereik van het circuit zal gebeuren.
Het gemodificeerde precisiegelijkrichtercircuit
De bovenstaande afbeelding toont een gemodificeerde precisiegelijkrichterschakeling waarmee we alle bovengenoemde fouten en nadelen kunnen verminderen. Laten we het circuit bestuderen en uitzoeken hoe het werkt.
Nu kun je in het bovenstaande circuit zien dat de diode D2 zal geleiden als de positieve helft van het sinusvormige signaal als ingang wordt toegepast. Nu is het hierboven getoonde pad (met de gele lijn) voltooid en werkt de Op-amp als een inverterende versterker, als we naar punt P1 kijken, is de spanning 0V aangezien er op dat punt een virtuele aarde wordt gevormd, dus stroom kan dat niet stroom door de weerstand R19, en in het uitgangspunt P2 is de spanning negatief 0,7V aangezien de op-amp de diodedaling compenseert, dus er is geen manier dat de stroom naar punt P3 kan gaan. Dus dat is hoe we een 0V-uitgang hebben bereikt wanneer een positieve halve cyclus van het signaal wordt toegepast op de ingang van de Op-amp.
Laten we nu aannemen dat we de negatieve helft van het sinusvormige AC-signaal hebben toegepast op de ingang van de op-amp. Dat betekent dat het toegepaste ingangssignaal minder is dan 0V.
Op dit punt bevindt de diode D2 zich in de omgekeerde toestand, wat betekent dat het een open circuit is. De afbeelding hierboven vertelt je dat precies.
Aangezien de diode D2 in de omgekeerde toestand is, zal de stroom door de weerstand R22 vloeien en een virtuele aarde vormen op punt P1. Wanneer nu de negatieve helft van het ingangssignaal wordt toegepast, krijgen we een positief signaal in de uitgang omdat het een inverterende versterker is. En de diode zal geleiden en we krijgen de gecompenseerde output op punt P3.
Nu is de uitgangsspanning -Vin / R2 = Vout / R1
Dus de uitgangsspanning wordt Vout = -R2 / R1 * Vin
Laten we nu kijken naar de output van het circuit in de oscilloscoop.
De praktische output van het circuit zonder enige aangesloten belasting wordt weergegeven in de bovenstaande afbeelding.
Als het nu gaat om de analyse van het circuit, is een halfgolf-gelijkrichterschakeling goed genoeg, maar als het gaat om een praktisch circuit, heeft de halfgolf-gelijkrichter gewoon geen praktische zin.
Om die reden werd een dubbelfasige gelijkrichterschakeling geïntroduceerd, om een dubbelfasige precisiegelijkrichter te verkrijgen, hoef ik alleen maar een sommerende versterker te maken, en dat is het eigenlijk.
Precisie-full-wave gelijkrichter met behulp van Op-Amp
Om een dubbelfasige precisiegelijkrichterschakeling te maken , heb ik zojuist een sommerende versterker toegevoegd aan de uitgang van de eerder genoemde halfgolf gelijkrichterschakeling. Vanaf het punt is P1 tot punt P2 het basiscircuit van de precisiegelijkrichter en de diode is zo geconfigureerd dat we een negatieve spanning aan de uitgang krijgen.
Vanaf het punt is P2 naar punt P3 de sommerende versterker, de output van de precisiegelijkrichter wordt via de weerstand R3 naar de sommerende versterker gevoerd. De waarde van de weerstand R3 is de helft van R5 of je kunt zeggen dat het R5 / 2 is, dat is hoe we een 2x winst uit de op-amp instellen.
De input van het punt P1 wordt ook naar de sommerende versterker gevoerd met behulp van de weerstand R4, de weerstanden R4 en R5 zijn verantwoordelijk voor het instellen van de versterking van de op-amp op 1X.
Omdat de output van Point P2 rechtstreeks naar de sommerende versterker wordt gevoerd met een versterking van 2x, betekent dit dat de uitgangsspanning 2 keer de ingangsspanning is. Laten we aannemen dat de ingangsspanning 2V-piek is, dus we krijgen een 4V-piek aan de uitgang. Tegelijkertijd voeren we de invoer rechtstreeks naar de sommerende versterker met een versterking van 1X.
Wanneer de sommeringsoperatie plaatsvindt, krijgen we een opgetelde spanning aan de uitgang die (-4V) + (+ 2V) = -2V is en als de op-amp aan de uitgang. Omdat de op-amp is geconfigureerd als een inverterende versterker, krijgen we + 2V aan de uitgang, het punt P3.
Hetzelfde gebeurt wanneer de negatieve piek van het ingangssignaal wordt toegepast.
De bovenstaande afbeelding toont de uiteindelijke uitvoer van het circuit, de golfvorm in blauw is de invoer en de golfvorm in geel is de uitvoer van de halfgolf gelijkrichterschakeling, en de golfvorm in groen is de uitvoer van de dubbelzijdige gelijkrichterschakeling.
Componenten vereist
- LM358 op-amp IC - 2
- 6,8K, 1% weerstand - 8
- 1K weerstand - 2
- 1N4148 Diode - 4
- Broodplank - 1
- Doorverbindingsdraden - 10
- Voeding (± 10V) - 1
Schematisch diagram
Het schakelschema voor een halfgolf- en dubbelfasige precisiegelijkrichter met op-amp wordt hieronder gegeven:
Voor deze demonstratie is de schakeling geconstrueerd in een soldeerloos breadboard, met behulp van het schema; Om parasitaire inductantie en capaciteit te verminderen, heb ik de componenten zo dicht mogelijk aangesloten.
Verdere verbetering
Het circuit kan verder worden aangepast om de prestaties te verbeteren, zoals we een extra filter kunnen toevoegen om hoogfrequente geluiden te onderdrukken.
Dit circuit is alleen gemaakt voor demonstratiedoeleinden. Als u overweegt om dit circuit in een praktische toepassing te gebruiken, moet u een op-amp van het chopper-type en een zeer nauwkeurige 0,1 ohm-weerstand gebruiken om absolute stabiliteit te bereiken.
Ik hoop dat je dit artikel leuk vond en er iets nieuws van hebt geleerd. Als u twijfelt, kunt u dit in de onderstaande opmerkingen stellen of onze forums gebruiken voor een gedetailleerde discussie.