Halvvågs- ​​och fullvågslikriktare med op

En likriktare är en krets som omvandlar växelström (AC) till likström (DC). En växelström ändrar alltid sin riktning över tiden, men likströmmen flyter kontinuerligt i en riktning. I en typisk likriktarkrets använder vi dioder för att rätta till växelström till likström. Men denna korrigeringsmetod kan endast användas om ingångsspänningen till kretsen är större än diodens framspänning som vanligtvis är 0,7V. Vi har tidigare förklarat diodbaserad halvvågslikriktare och fullvågslikriktarkrets.

För att lösa detta problem introducerades Precision Rectifier Circuit. Precisionslikriktaren är en annan likriktare som omvandlar växelström till likström, men i en precisionslikriktare använder vi en op-amp för att kompensera för spänningsfallet över dioden, det är därför vi inte tappar 0,6V eller 0,7V spänningsfall över dioden, kan också kretsen konstrueras för att ha en viss förstärkning vid förstärkarens utgång också.

Så i denna handledning kommer jag att visa dig hur du kan bygga, testa, tillämpa och felsöka en precisionslikriktarkrets med hjälp av op-amp. Utöver det kommer jag också att diskutera några fördelar och nackdelar med denna krets. Så, utan vidare, låt oss komma igång.

Vad är en Precision Rectifier Circuit?

Innan vi vet om Precision Rectifier Circuit, låt oss klargöra grunderna för likriktarkretsen.

Ovanstående figur visar egenskaperna hos en ideal likriktarkrets med dess överföringsegenskaper. Detta innebär att när insignalen är negativ kommer utgången att vara noll volt och när insignalen är positiv kommer utgången att följa insignalen.

Ovanstående figur visar en praktisk likriktarkrets med dess överföringsegenskaper. I en praktisk likriktarkrets kommer utgångsvågformen att vara 0,7 volt mindre än den applicerade ingångsspänningen och överföringsegenskapen ser ut som bilden som visas i diagrammet. Vid denna tidpunkt kommer dioden endast att ledas om den applicerade insignalen är något större än diodens framspänning.

Nu är grunderna ur vägen, låt oss vända vårt fokus tillbaka till precisionslikriktarkretsen.

Arbeta med precisionslikriktare

Ovanstående krets visar en grundläggande, halvvågs precisionslikriktarkrets med en LM358 Op-Amp och en 1n4148-diod. För att lära dig hur en op-amp fungerar kan du följa denna op-amp-krets.

Ovanstående krets visar också ingångs- och utgångsvågformen för precisionslikriktarkretsen, som är exakt lika med ingången. Det beror på att vi tar feedback från diodens utgång och op-förstärkaren kompenserar för eventuellt spänningsfall över dioden. Så dioden beter sig som en ideal diod.

Nu i bilden ovan kan du tydligt se vad som händer när en positiv och en negativ halvcykel av insignalen appliceras i ingången på Op-Amp. Kretsen visar också kretsens överföringsegenskaper.

Men i en praktisk krets kommer du inte att få utdata som visas i figuren ovan, låt mig berätta varför?

I mitt oscilloskop är den gula signalen i ingången och den gröna signalen utgången. Istället för att få en halvvågs-korrigering får vi ett slags fullvågs-korrigering.

Ovanstående bild visar dig när dioden är avstängd, den negativa halvcykeln är för signalen som strömmar genom motståndet till utgången, och det är därför vi får fullvågslikning som utgången, men det här är inte fall.

Låt oss se vad som händer när vi ansluter en 1K-belastning.

Kretsen ser ut som bilden ovan.

Utgången ser ut som ovanstående bild.

Utgången ser ut så här för att vi praktiskt taget har bildat en spänningsdelarkrets med två 9,1 K och ett 1 K motstånd, det är därför den positiva ingångshalvan av signalen precis dämpades.

Återigen, bilden ovan visar dig vad som händer när jag ändrar lastmotståndsvärdet till 220R från 1K.

Det här är inte minst ett problem som denna krets har.

Ovanstående bild visar ett underskotstillstånd där kretsens utgång går under noll volt och stiger efter en viss spik.

Ovanstående bild visar ett underskottsförhållande för båda ovan nämnda kretsar, med belastning och utan belastning. Det beror på att, när insignalen går under noll, går förstärkaren in i det negativa mättningsområdet och resultatet är den visade bilden.

En annan anledning till att vi kan säga att när ingångsspänningen svänger från positiv till negativ, tar det lite tid innan återkopplingen av op-förstärkare kommer i spel och stabiliserar utgången, och det är därför vi får spikarna under noll volt på produktion.

Detta händer eftersom jag använder en geléböna LM358 op-amp med låg svänghastighet. Du kan komma undan med detta problem, bara genom att sätta en op-amp med högre svänghastighet. Men kom ihåg att detta också kommer att hända i kretsens högre frekvensområde.

Den modifierade precisionslikriktarkretsen

Ovanstående figur visar en modifierad precisionslikriktarkrets genom vilken vi kan minska alla ovannämnda brister och nackdelar. Låt oss studera kretsen och ta reda på hur den fungerar.

Nu i ovanstående krets kan du se att dioden D2 kommer att leda om den positiva halvan av den sinusformade signalen appliceras som en ingång. Nu är den ovan visade vägen (med den gula linjen) klar och Op-amp fungerar som en inverterande förstärkare, om vi tittar på punkt P1 är spänningen 0V då en virtuell jord bildas vid den punkten, så strömmen kan inte flöde genom motståndet R19, och i utgångspunkten P2 är spänningen negativ 0,7V eftersom op-förstärkaren kompenserar för diodfallet, så det finns inget sätt att strömmen kan gå till punkt P3. Så det är så vi har uppnått en 0V-utgång när en positiv halvcykel av signalen appliceras på ingången till Op-amp.

Låt oss nu anta att vi har applicerat den negativa halvan av den sinusformade växelströmssignalen på ingången till op-amp. Det betyder att den applicerade insignalen är mindre än 0V.

Vid denna tidpunkt är dioden D2 i det omvända partiska tillståndet vilket betyder att det är en öppen krets. Bilden ovan säger exakt dig det.

Eftersom dioden D2 är i det omvända förspända tillståndet kommer strömmen att strömma genom motståndet R22 och bilda en virtuell jord vid punkten Pl. Nu när den negativa halvan av insignalen appliceras, får vi en positiv signal i utgången som dess en inverterande förstärkare. Och dioden kommer att leda och vi får den kompenserade utgången vid punkt P3.

Nu kommer utspänningen att vara -Vin / R2 = Vout / R1

Så utspänningen blir Vout = -R2 / R1 * Vin

Låt oss nu observera utgången från kretsen i oscilloskopet.

Den praktiska utgången från kretsen utan belastning visas i bilden ovan.

Nu när det gäller analysen av kretsen är en halvvågslikriktarkrets tillräckligt bra, men när det gäller en praktisk krets är halvvågslikriktaren helt enkelt inte praktisk.

Av den anledningen introducerades en fullvågslikriktarkrets för att uppnå en precisionslikriktare för fullvåg, jag behöver bara skapa en summeringsförstärkare, och det är i princip det.

Precision Full Wave-likriktare med Op-Amp

För att skapa en fullvågs precisionslikriktarkrets har jag precis lagt till en summeringsförstärkare till utgången från den tidigare nämnda halvvågslikriktarkretsen. Från punkten är P1 till punkt P2 den grundläggande precisionslikriktarkretsen och dioden är så konfigurerad att vi får en negativ spänning vid utgången.

Från punkten är P2 till punkt P3 summeringsförstärkaren, utgången från precisionslikriktaren matas till summeringsförstärkaren genom motståndet R3. Värdet på motståndet R3 är hälften av R5 eller så kan du säga att det är R5 / 2, det är så vi ställer in en 2X förstärkning av op-amp.

Ingången från punkten P1 matas också till summeringsförstärkaren med hjälp av motståndet R4, motstånden R4 och R5 är ansvariga för att sätta förstärkningen av op-amp till 1X.

Eftersom utgången från punkten P2 matas direkt till summeringsförstärkaren med förstärkningen 2X betyder det att utspänningen kommer att vara två gånger ingångsspänningen. Låt oss anta att ingångsspänningen är 2V topp, så vi får en 4V topp vid utgången. Samtidigt matar vi ingången direkt till summeringsförstärkaren med en förstärkning på 1X.

Nu när summeringsoperationen händer får vi en summerad spänning vid utgången som är (-4V) + (+ 2V) = -2V och som op-amp vid utgången. Eftersom op-förstärkaren är konfigurerad som en inverterande förstärkare får vi + 2V vid utgången som är punkten P3.

Samma sak händer när den negativa toppen för insignalen appliceras.

Bilden ovan visar den slutliga utgången för kretsen, vågformen i blått är ingången och vågformen i gul är utgången från halvvågslikriktarkretsen, och vågformen i grönt är utgången för fullvågslikriktarkretsen.

Komponenter krävs

• LM358 op-amp IC - 2
• 6.8K, 1% motstånd - 8
• 1K motstånd - 2
• 1N4148 Diod - 4
• Brödbräda - 1
• Bygeltrådar - 10
• Strömförsörjning (± 10V) - 1

Schematisk bild

Kretsschema för halvvågs- och fullvågslikriktare med op-amp ges nedan:

För denna demonstration är kretsen konstruerad i ett lödfritt brödbräda, med hjälp av schemat. För att minska parasitisk induktans och kapacitans har jag anslutit komponenterna så nära som möjligt.

Ytterligare förbättring

Kretsen kan modifieras ytterligare för att förbättra dess prestanda som om vi kan lägga till ett extra filter för att avvisa högfrekventa ljud.

Denna krets är endast gjord för demonstrationsändamål. Om du funderar på att använda den här kretsen i en praktisk tillämpning måste du använda en chopper-typ op-amp och hög precision 0,1 ohm motstånd för att uppnå absolut stabilitet.

Jag hoppas att du gillade den här artikeln och lärde dig något nytt av den. Om du är osäker kan du fråga i kommentarerna nedan eller använda våra forum för detaljerad diskussion.