- Cos'è un circuito raddrizzatore di precisione?
- Funzionamento del raddrizzatore di precisione
- Il circuito del raddrizzatore di precisione modificato
- Raddrizzatore a onda intera di precisione con amplificatore operazionale
- Componenti richiesti
- Diagramma schematico
- Ulteriore miglioramento
Un raddrizzatore è un circuito che converte la corrente alternata (CA) in corrente continua (CC). Una corrente alternata cambia sempre la sua direzione nel tempo, ma la corrente continua scorre continuamente in una direzione. In un tipico circuito raddrizzatore, utilizziamo diodi per rettificare da CA a CC. Ma questo metodo di rettifica può essere utilizzato solo se la tensione di ingresso al circuito è maggiore della tensione diretta del diodo che è tipicamente 0,7 V. Abbiamo precedentemente spiegato il raddrizzatore a semionda basato su diodi e il circuito raddrizzatore a onda intera.
Per superare questo problema, è stato introdotto il circuito del raddrizzatore di precisione. Il raddrizzatore di precisione è un altro raddrizzatore che converte CA in CC, ma in un raddrizzatore di precisione utilizziamo un amplificatore operazionale per compensare la caduta di tensione attraverso il diodo, ecco perché non stiamo perdendo la caduta di tensione di 0,6 V o 0,7 V attraverso il diodo, anche il circuito può essere costruito per avere un certo guadagno anche all'uscita dell'amplificatore.
Quindi, in questo tutorial, ti mostrerò come creare, testare, applicare ed eseguire il debug di un circuito raddrizzatore di precisione utilizzando l'amplificatore operazionale. Parallelamente, parlerò anche di alcuni pro e contro di questo circuito. Quindi, senza ulteriori indugi, iniziamo.
Cos'è un circuito raddrizzatore di precisione?
Prima di conoscere il circuito del raddrizzatore di precisione, chiariamo le basi del circuito del raddrizzatore.
La figura sopra mostra le caratteristiche di un circuito raddrizzatore ideale con le sue caratteristiche di trasferimento. Ciò implica che quando il segnale di ingresso è negativo, l'uscita sarà zero volt e quando il segnale di ingresso è positivo l'uscita seguirà il segnale di ingresso.
La figura sopra mostra un pratico circuito raddrizzatore con le sue caratteristiche di trasferimento. In un pratico circuito raddrizzatore, la forma d'onda di uscita sarà di 0,7 volt inferiore alla tensione di ingresso applicata e la caratteristica di trasferimento sarà simile alla figura mostrata nel diagramma. A questo punto, il diodo condurrà solo se il segnale di ingresso applicato è leggermente maggiore della tensione diretta del diodo.
Ora le basi, torniamo a concentrarci sul circuito del raddrizzatore di precisione.
Funzionamento del raddrizzatore di precisione
Il circuito sopra mostra un circuito raddrizzatore di precisione a semionda di base con un amplificatore operazionale LM358 e un diodo 1n4148. Per sapere come funziona un amplificatore operazionale, puoi seguire questo circuito dell'amplificatore operazionale.
Il circuito sopra mostra anche la forma d'onda di ingresso e uscita del circuito del raddrizzatore di precisione, che è esattamente uguale all'ingresso. Questo perché stiamo prendendo il feedback dall'uscita del diodo e l'amplificatore operazionale compensa qualsiasi caduta di tensione attraverso il diodo. Quindi, il diodo si comporta come un diodo ideale.
Ora nell'immagine sopra, puoi vedere chiaramente cosa succede quando un semiciclo positivo e uno negativo del segnale di ingresso viene applicato al terminale di ingresso dell'Op-Amp. Il circuito mostra anche le caratteristiche di trasferimento del circuito.
Ma in un circuito pratico, non otterrai l'output come mostrato nella figura sopra, lascia che ti dica perché?
Nel mio oscilloscopio, il segnale giallo in ingresso e il segnale verde è l'uscita. Invece di ottenere una rettifica a semionda, stiamo ottenendo una sorta di rettifica a onda intera.
L'immagine sopra mostra quando il diodo è spento, il semiciclo negativo è del segnale che fluisce attraverso il resistore sull'uscita, ed è per questo che stiamo ottenendo la rettifica a onda intera come l'uscita, ma questo non è l'effettivo Astuccio.
Vediamo cosa succede quando colleghiamo un carico da 1K.
Il circuito è simile all'immagine sopra.
L'output è simile all'immagine sopra.
L'uscita si presenta così perché abbiamo praticamente formato un circuito partitore di tensione con due resistori da 9.1K e un resistore da 1K, ecco perché la metà positiva in ingresso del segnale si è appena attenuata.
Ancora una volta, l'immagine sopra mostra cosa succede quando cambio il valore del resistore di carico a 220R da 1K.
Questo non è il minimo problema che ha questo circuito.
L'immagine sopra mostra una condizione di underhoot in cui l'uscita del circuito scende al di sotto di zero volt e aumenta dopo un certo picco.
L'immagine sopra mostra una condizione di undershoot per entrambi i circuiti sopra menzionati, con carico e senza carico. Questo perché, ogni volta che il segnale in ingresso scende sotto lo zero, l'amplificatore operazionale va nella regione di saturazione negativa e il risultato è l'immagine mostrata.
Un altro motivo per cui possiamo dire che, ogni volta che la tensione di ingresso oscilla da positiva a negativa, ci vorrà del tempo prima che il feedback degli amplificatori operazionali entri in gioco e stabilizzi l'uscita, ed è per questo che stiamo ottenendo i picchi sotto lo zero volt sul produzione.
Questo sta accadendo perché sto usando un amplificatore operazionale LM358 jelly bean con una velocità di risposta bassa. Puoi farla franca con questo problema, semplicemente mettendo un amplificatore operazionale con una velocità di risposta più alta. Ma tieni presente che ciò accadrà anche nella gamma di frequenze più alte del circuito.
Il circuito del raddrizzatore di precisione modificato
La figura sopra mostra un circuito raddrizzatore di precisione modificato attraverso il quale possiamo ridurre tutti i difetti e gli inconvenienti sopra menzionati. Studiamo il circuito e scopriamo come funziona.
Ora nel circuito sopra, puoi vedere che il diodo D2 condurrà se la metà positiva del segnale sinusoidale viene applicata come ingresso. Ora il percorso sopra mostrato (con la linea gialla) è completato e l'amplificatore operazionale agisce come un amplificatore invertente, se guardiamo al punto P1, la tensione è 0V poiché in quel punto si forma una massa virtuale, quindi la corrente non può flusso attraverso il resistore R19 e nel punto di uscita P2, la tensione è negativa di 0,7 V poiché l'amplificatore operazionale sta compensando la caduta del diodo, quindi non c'è modo che la corrente possa andare al punto P3. Quindi, è così che abbiamo ottenuto un'uscita a 0 V ogni volta che un semiciclo positivo del segnale viene applicato all'ingresso dell'amplificatore operazionale.
Supponiamo ora di aver applicato la metà negativa del segnale CA sinusoidale all'ingresso dell'amplificatore operazionale. Ciò significa che il segnale di ingresso applicato è inferiore a 0V.
A questo punto, il diodo D2 è nella condizione di polarizzazione inversa, il che significa che è un circuito aperto. L'immagine sopra te lo dice esattamente.
Poiché il diodo D2 è nella condizione di polarizzazione inversa, la corrente scorrerà attraverso il resistore R22 formando una massa virtuale nel punto P1. Ora, quando viene applicata la metà negativa del segnale di ingresso, otterremo un segnale positivo in uscita poiché è un amplificatore invertente. E il diodo condurrà e otterremo l'uscita compensata al punto P3.
Ora la tensione di uscita sarà -Vin / R2 = Vout / R1
Quindi la tensione di uscita diventa Vout = -R2 / R1 * Vin
Ora osserviamo l'uscita del circuito nell'oscilloscopio.
L'output pratico del circuito senza alcun carico collegato è mostrato nell'immagine sopra.
Ora, quando si tratta dell'analisi del circuito, un circuito raddrizzatore a semionda è abbastanza buono, ma quando si tratta di un circuito pratico, il raddrizzatore a semionda non ha senso pratico.
Per questo motivo, è stato introdotto un circuito raddrizzatore a onda intera, per ottenere un raddrizzatore di precisione a onda intera, ho solo bisogno di creare un amplificatore sommatore, e questo è fondamentalmente tutto.
Raddrizzatore a onda intera di precisione con amplificatore operazionale
Per realizzare un circuito raddrizzatore di precisione a onda intera, ho appena aggiunto un amplificatore sommatore all'uscita del circuito raddrizzatore a semionda menzionato in precedenza. Dal punto P1 al punto P2 è il circuito raddrizzatore di precisione di base e il diodo è configurato in modo tale da ottenere una tensione negativa in uscita.
Dal punto P2 al punto P3 è l'amplificatore sommatore, l'uscita dal raddrizzatore di precisione viene alimentata all'amplificatore sommatore attraverso il resistore R3. Il valore del resistore R3 è la metà di R5 o puoi dire che è R5 / 2, ecco come impostiamo un guadagno 2X dall'amplificatore operazionale.
L'ingresso dal punto P1 viene anche inviato all'amplificatore sommatore con l'aiuto del resistore R4, i resistori R4 e R5 sono responsabili dell'impostazione del guadagno dell'amplificatore operazionale su 1X.
Poiché l'uscita dal punto P2 viene alimentata direttamente all'amplificatore sommatore con il guadagno di 2X, ciò significa che la tensione di uscita sarà 2 volte la tensione di ingresso. Supponiamo che la tensione di ingresso sia di 2V di picco, quindi otterremo un picco di 4V in uscita. Allo stesso tempo, stiamo alimentando direttamente l'ingresso all'amplificatore sommatore con un guadagno di 1X.
Ora, quando avviene l'operazione di somma, otteniamo una tensione sommata all'uscita che è (-4V) + (+ 2V) = -2V e come amplificatore operazionale all'uscita. Poiché l'amplificatore operazionale è configurato come amplificatore invertente, otterremo + 2V all'uscita che è il punto P3.
La stessa cosa accade quando viene applicato il picco negativo del segnale in ingresso.
L'immagine sopra mostra l'uscita finale del circuito, la forma d'onda in blu è l'ingresso e la forma d'onda in giallo è l'uscita dal circuito raddrizzatore a semionda, e la forma d'onda in verde è l'uscita del circuito raddrizzatore a onda intera.
Componenti richiesti
- CI dell'amplificatore operazionale LM358 - 2
- 6,8 K, 1% Resistenza - 8
- Resistenza 1K - 2
- Diodo 1N4148 - 4
- Tagliere - 1
- Cavi per ponticelli - 10
- Alimentazione (± 10 V) - 1
Diagramma schematico
Di seguito è riportato lo schema del circuito per il raddrizzatore di precisione a semionda e onda intera che utilizza l'amplificatore operazionale:
Per questa dimostrazione, il circuito è costruito in una breadboard senza saldatura, con l'aiuto dello schema; Per ridurre l'induttanza e la capacità parassite, ho collegato i componenti il più vicino possibile.
Ulteriore miglioramento
Il circuito può essere ulteriormente modificato per migliorare le sue prestazioni come se potessimo aggiungere un filtro aggiuntivo per respingere i rumori ad alta frequenza.
Questo circuito è realizzato solo a scopo dimostrativo. Se stai pensando di utilizzare questo circuito in un'applicazione pratica, devi utilizzare un amplificatore operazionale di tipo chopper e una resistenza da 0,1 ohm ad alta precisione per ottenere una stabilità assoluta.
Spero che questo articolo ti sia piaciuto e che abbia imparato qualcosa di nuovo da esso. Se hai qualche dubbio, puoi chiedere nei commenti qui sotto o puoi usare i nostri forum per una discussione dettagliata.