- Què és un circuit de rectificació de precisió?
- Funcionament del rectificador de precisió
- El circuit rectificat de precisió modificat
- Rectificador d'ona completa de precisió amb Op-Amp
- Components necessaris
- Diagrama esquemàtic
- Millora addicional
Un rectificador és un circuit que converteix el corrent altern (corrent altern) en corrent continu (corrent continu). Un corrent altern sempre canvia la seva direcció amb el pas del temps, però el corrent continu flueix contínuament en una direcció. En un circuit de rectificació típic, fem servir díodes per rectificar CA a CC. Però aquest mètode de rectificació només es pot utilitzar si la tensió d'entrada al circuit és superior a la tensió directa del díode que normalment és de 0,7 V. Prèviament, hem explicat el circuit de rectificació d’ona completa basat en díodes i el circuit de rectificació d’ona completa.
Per superar aquest problema, es va introduir el circuit de rectificació de precisió. El rectificador de precisió és un altre rectificador que converteix CA a CC, però en un rectificador de precisió fem servir un amplificador operatiu per compensar la caiguda de tensió del díode, per això no perdem la caiguda de tensió de 0,6 V o 0,7 V diode, també el circuit es pot construir per tenir algun guany a la sortida de l'amplificador.
Per tant, en aquest tutorial us mostraré com podeu construir, provar, aplicar i depurar un circuit de rectificació de precisió mitjançant amplificador operatiu. Paral·lelament, també parlaré d’alguns pros i contres d’aquest circuit. Per tant, sense més preàmbuls, comencem.
Què és un circuit de rectificació de precisió?
Abans de conèixer el circuit del rectificador de precisió, aclarim els conceptes bàsics del circuit del rectificador.
La figura anterior mostra les característiques d’un circuit rectificador ideal amb les seves característiques de transferència. Això implica quan el senyal d'entrada és negatiu, la sortida serà zero volts i quan el senyal d'entrada serà positiu, la sortida seguirà el senyal d'entrada.
La figura anterior mostra un pràctic circuit rectificador amb les seves característiques de transferència. En un circuit rectificador pràctic, la forma d'ona de sortida serà 0,7 volts inferior a la tensió d'entrada aplicada i la característica de transferència serà semblant a la figura que es mostra al diagrama. En aquest punt, el díode només es comportarà si el senyal d’entrada aplicat és lleugerament superior a la tensió directa del díode.
Ara els conceptes bàsics fora del camí, tornem a centrar-nos en el circuit de rectificació de precisió.
Funcionament del rectificador de precisió
El circuit anterior mostra un circuit bàsic de rectificació de precisió de mitja ona amb un amplificador operatiu LM358 i un díode 1n4148. Per obtenir informació sobre com funciona un amplificador operatiu, podeu seguir aquest circuit d'amplificador operatiu.
El circuit anterior també us mostra la forma d'ona d'entrada i sortida del circuit rectificador de precisió, que és exactament igual a l'entrada. Això es deu al fet que estem prenent la retroalimentació de la sortida del díode i l'amplificador operatiu compensa qualsevol caiguda de tensió a través del díode. Per tant, el díode es comporta com un díode ideal.
Ara, a la imatge anterior, podeu veure clarament què passa quan s’aplica un semicicle positiu i un negatiu del senyal d’entrada al terminal d’entrada de l’amplificador operatiu. El circuit també mostra les característiques de transferència del circuit.
Però en un circuit pràctic, no obtindreu la sortida tal com es mostra a la figura anterior, permeteu-me que us digui per què?
Al meu oscil·loscopi, el senyal groc a l'entrada i el senyal verd són la sortida. En lloc d’obtenir una rectificació de mitja ona, obtenim una mena de rectificació d’ona completa.
La imatge anterior us mostra quan el díode està apagat, el mig cicle negatiu és del senyal que flueix a través de la resistència cap a la sortida, i és per això que obtenim la rectificació d’ona completa com la sortida, però aquesta no és la real Caixa.
A veure què passa quan connectem una càrrega de 1K.
El circuit té l’aspecte de la imatge anterior.
La sortida s’assembla a la imatge anterior.
La sortida té aquest aspecte perquè pràcticament hem format un circuit divisor de voltatge amb dues resistències de 9,1 K i 1 K, per això la meitat positiva d’entrada del senyal s’ha atenuat.
Una vegada més, aquesta imatge mostra el que passa quan canvio el valor de la resistència de càrrega a 220R de 1K.
Aquest no és el mínim problema que té aquest circuit.
La imatge anterior us mostra una condició inferior a la sortida del circuit que baixa per sota de zero volts i augmenta després d’una certa pujada.
La imatge anterior us mostra una condició inferior als dos circuits esmentats anteriorment, amb càrrega i sense càrrega. Això es deu al fet que, sempre que el senyal d'entrada baixa de zero, l'amplificador operatiu entra a la regió de saturació negativa i el resultat és la imatge mostrada.
Una altra raó per la qual podem dir que, sempre que el voltatge d’entrada oscil·li de positiu a negatiu, passarà un temps abans que la retroalimentació dels amplificadors operatius entri en joc i estabilitzi la sortida, i és per això que obtenim els pics per sota de zero volts a la sortida.
Això passa perquè estic fent servir un amplificador operatiu LM358 de mongeta gelatina amb una freqüència de rotació baixa . Podeu sortir d’aquest problema només posant un amplificador operatiu amb una freqüència de rotació més alta. Però tingueu en compte que això també passarà en el rang de freqüències més alt del circuit.
El circuit rectificat de precisió modificat
La figura anterior mostra un circuit rectificador de precisió modificat a través del qual podem reduir tots els defectes i inconvenients esmentats anteriorment. Estudiem el circuit i descobrim com funciona.
Ara, al circuit anterior, podeu veure que el díode D2 es conduirà si s’aplica com a entrada la meitat positiva del senyal sinusoidal. Ara es completa el camí mostrat anteriorment (amb la línia groga) i l’amplificador operatiu actua com un amplificador inversor, si observem el punt P1, el voltatge és 0V ja que es forma una terra virtual en aquest punt, de manera que el corrent no pot flueix a través de la resistència R19 i, en el punt de sortida P2, la tensió és negativa de 0,7 V, ja que l’ampli operatiu compensa la caiguda del díode, de manera que no hi ha manera que el corrent pugui anar al punt P3. Així doncs, és així com hem aconseguit una sortida de 0 V sempre que s’aplica un semicicle positiu del senyal a l’entrada de l’amplificador operacional.
Ara suposem que hem aplicat la meitat negativa del senyal AC sinusoïdal a l'entrada de l'amplificador operacional. Això significa que el senyal d’entrada aplicat és inferior a 0V.
En aquest moment, el díode D2 es troba en condicions de polarització inversa, cosa que significa que és un circuit obert. La imatge superior us ho indica exactament.
Com que el díode D2 es troba en condicions de polarització inversa, el corrent fluirà a través de la resistència R22 formant una terra virtual al punt P1. Ara, quan s’aplica la meitat negativa del senyal d’entrada, obtindrem un senyal positiu a la sortida com a amplificador inversor. I el díode es conduirà i obtindrem la sortida compensada al punt P3.
Ara el voltatge de sortida serà -Vin / R2 = Vout / R1
Per tant, la tensió de sortida es converteix en Vout = -R2 / R1 * Vin
Ara observem la sortida del circuit a l’oscil·loscopi.
La sortida pràctica del circuit sense cap càrrega connectada es mostra a la imatge anterior.
Ara, pel que fa a l’anàlisi del circuit, un circuit rectificador de mitja ona és prou bo, però quan es tracta d’un circuit pràctic, el rectificador de mitja ona no té cap sentit pràctic.
Per aquest motiu, es va introduir un circuit de rectificació d'ona completa, per aconseguir un rectificador de precisió d'ona completa, només necessito fer un amplificador de suma, i això és bàsicament.
Rectificador d'ona completa de precisió amb Op-Amp
Per fer un circuit rectificador de precisió d’ona completa, acabo d’afegir un amplificador sumatori a la sortida del circuit rectificador de mitja ona esmentat anteriorment. Des del punt, P1 fins al punt P2 és el circuit bàsic de rectificació de precisió i el díode està tan configurat que obtenim una tensió negativa a la sortida.
Des del punt, P2 fins al punt P3 és l'amplificador de suma, la sortida del rectificador de precisió s'alimenta a l'amplificador de suma a través de la resistència R3. El valor de la resistència R3 és la meitat de R5 o es pot dir que és R5 / 2 així és com estem establint un guany 2X de l'amplificador operatiu.
L’entrada del punt P1 també s’alimenta a l’amplificador de suma amb l’ajut de la resistència R4, les resistències R4 i R5 s’encarreguen d’establir el guany de l’ampli operatiu a 1X.
Com que la sortida del punt P2 s’alimenta directament a l’amplificador sumador amb el guany de 2X, això significa que la tensió de sortida serà dues vegades la tensió d’entrada. Suposem que la tensió d'entrada és de 2V pic, de manera que obtindrem un pic de 4V a la sortida. Al mateix temps, alimentem directament l’entrada a l’amplificador sumador amb un guany de 1X.
Ara, quan es produeix l'operació de suma, obtenim una tensió sumada a la sortida que és (-4V) + (+ 2V) = -2V i com a amplificador operacional a la sortida. Com que l’ampli operatiu es configura com un amplificador inversor, obtindrem + 2V a la sortida que és el punt P3.
El mateix passa quan s'aplica el pic negatiu del senyal d'entrada.
La imatge anterior mostra la sortida final del circuit, la forma d’ona en blau és l’entrada i la forma d’ona en groc és la sortida del circuit del rectificador de mitja ona i la forma d’ona en verd és la sortida del circuit del rectificador d’ona completa.
Components necessaris
- LM358 op-amp IC - 2
- 6,8 K, 1% de resistència: 8
- Resistència 1K - 2
- 1N4148 díode - 4
- Taula de pa - 1
- Filferros de pont: 10
- Font d'alimentació (± 10V) - 1
Diagrama esquemàtic
A continuació es mostra el diagrama de circuits per al rectificador de precisió de ona i mitja ona mitjançant amplificador operatiu:
Per a aquesta demostració, el circuit es construeix en una placa de soldadura sense soldadura, amb l'ajut de l'esquema; Per reduir la inductància i la capacitat paràsites, he connectat els components el més a prop possible.
Millora addicional
El circuit es pot modificar per millorar el seu rendiment, de manera que podem afegir un filtre addicional per rebutjar els sorolls d'alta freqüència.
Aquest circuit es fa només amb fins demostratius. Si esteu pensant en utilitzar aquest circuit en una aplicació pràctica, heu d’utilitzar un amplificador operatiu tipus chopper i una resistència de 0,1 ohms d’alta precisió per aconseguir una estabilitat absoluta.
Espero que aquest article us hagi agradat i n’hagueu après alguna cosa nova. Si teniu algun dubte, podeu demanar-los als comentaris següents o fer servir els nostres fòrums per a una discussió detallada.