- Kaj je natančno usmerniško vezje?
- Delo natančnega usmernika
- Modificirano natančno usmerniško vezje
- Natančni polnovalni usmernik z optičnim ojačevalnikom
- Potrebne komponente
- Shematski diagram
- Nadaljnje izboljšanje
Usmernik je vezje, ki pretvori izmenični tok (izmenični tok) v enosmerni tok (enosmerni tok). Izmenični tok sčasoma vedno spremeni smer, enosmerni tok pa neprekinjeno teče v eno smer. V tipičnem usmerniškem vezju za usmerjanje izmeničnega v enosmerni tok uporabljamo diode. Toda to metodo popravljanja je mogoče uporabiti le, če je vhodna napetost v vezju večja od napetosti naprej, ki je običajno 0,7 V. Prej smo razložili diodni polvalovni usmernik in polnovalni usmernik.
Da bi odpravili to težavo, je bil uveden natančni usmernik usmernika. Natančni usmernik je še en usmernik, ki pretvori izmenični tok v enosmerni, vendar v natančnem usmerniku uporabljamo op-amp za kompenzacijo padca napetosti na diodi, zato ne izgubljamo padca napetosti 0,6 V ali 0,7 V na diode, tudi vezje je mogoče izdelati tako, da ima nekaj dobička tudi na izhodu ojačevalnika.
Torej, v tej vadnici vam bom pokazal, kako lahko z op-amp-om ustvarite, preizkusite, uporabite in razhranite natančno usmerniško vezje. Poleg tega bom razpravljal tudi o nekaterih prednostih in slabostih tega kroga. Torej, brez nadaljnjih besed, začnimo.
Kaj je natančno usmerniško vezje?
Preden vemo za natančno usmerniško vezje, razjasnimo osnove usmerniškega vezja.
Zgornja slika prikazuje značilnosti idealnega usmerniškega vezja z njegovimi prenosnimi lastnostmi. To pomeni, da če je vhodni signal negativen, bo izhod nič voltov in ko je vhodni signal pozitiven, bo izhod sledil vhodnemu signalu.
Na zgornji sliki je prikazano praktično usmerniško vezje s svojimi prenosnimi lastnostmi. V praktičnem usmerniškem vezju bo izhodna valovna oblika 0,7 volta manjša od uporabljene vhodne napetosti, prenosna značilnost pa bo videti kot slika, prikazana na diagramu. V tem trenutku bo dioda delovala le, če je uporabljeni vhodni signal nekoliko večji od prednapetosti diode.
Zdaj pa osnove, usmerimo se nazaj na natančno usmerniško vezje.
Delo natančnega usmernika
Zgornje vezje prikazuje osnovno polvalno natančno usmerniško usmerjevalno vezje z optičnim ojačevalnikom LM358 in diodo 1n4148. Če želite izvedeti, kako deluje op-amp, lahko sledite temu vezju op-amp.
Zgornje vezje prikazuje tudi vhodno in izhodno valovno obliko natančnega usmerniškega vezja, ki je popolnoma enaka vhodu. To je zato, ker sprejemamo povratne informacije iz izhoda diode in op-amp kompenzira morebiten padec napetosti na diodi. Dioda se torej obnaša kot idealna dioda.
Zdaj na zgornji sliki lahko jasno vidite, kaj se zgodi, ko se pozitivni in negativni polovični cikel vhodnega signala uporabi na vhodnem terminalu op-ojačevalnika. Vezje prikazuje tudi prenosne značilnosti vezja.
Toda v praktičnem vezju ne boste dobili izhoda, kot je prikazano na zgornji sliki, naj vam povem, zakaj?
V mojem osciloskopu je rumeni signal na vhodu in zeleni signal na izhodu. Namesto polvalnega popravka dobimo nekakšen polnovalni popravek.
Zgornja slika prikazuje, ko je dioda izklopljena, negativni polovični ciklus signala teče skozi upor na izhod in zato dobimo polnovalni popravek kot izhod, vendar to ni dejansko Ovitek.
Poglejmo, kaj se zgodi, ko priključimo 1K obremenitev.
Vezje izgleda kot zgornja slika.
Izhod je videti kot zgornja slika.
Izhod je videti tako, ker smo praktično oblikovali vezje delilnika napetosti z dvema 9,1K in 1K uporom, zato je vhodna pozitivna polovica signala pravkar oslabljena.
Tudi ta zgornja slika prikazuje, kaj se zgodi, ko spremenim vrednost obremenitvenega upora na 220R iz 1K.
To ni niti najmanjši problem, ki ga ima to vezje.
Zgornja slika prikazuje stanje spodnjega posnetka, ko izhod vezja pade pod nič voltov in se po določenem skoku dvigne.
Zgornja slika prikazuje spodnji pogoj za obe zgoraj omenjeni tokokrogi, z obremenitvijo in brez obremenitve. To je zato, ker kadarkoli vhodni signal pade pod ničlo, gre opcijski ojačevalnik v območje negativne nasičenosti in rezultat je prikazana slika.
Še en razlog, za katerega lahko rečemo, da bo trajalo nekaj časa, preden se vhodna napetost spremeni iz pozitivne v negativno, preden se pojavijo povratne informacije o ojačevalnikih in stabilizirajo izhod, zato dobimo konice pod nič voltov na izhod.
To se dogaja, ker uporabljam žele-fižol LM358 op-amp z nizko stopnjo porasti. Tej težavi se lahko izognete samo tako, da vstavite opcijski ojačevalnik z višjo stopnjo ubijanja. Toda ne pozabite, da se bo to zgodilo tudi v višjem frekvenčnem območju vezja.
Modificirano natančno usmerniško vezje
Na zgornji sliki je prikazano spremenjeno natančno usmerniško vezje, s pomočjo katerega lahko zmanjšamo vse zgoraj omenjene pomanjkljivosti in pomanjkljivosti. Preučimo vezje in ugotovimo, kako deluje.
Zdaj v zgornjem vezju lahko vidite, da bo dioda D2 delovala, če bo pozitivna polovica sinusnega signala uporabljena kot vhod. Zdaj je zgoraj prikazana pot (z rumeno črto) zaključena in Op-amp deluje kot invertirni ojačevalnik, če pogledamo točko P1, je napetost 0V, saj se na tej točki oblikuje navidezno ozemljitev, zato tok ne more pretok skozi upor R19 in v izhodni točki P2 je napetost negativna 0,7 V, saj op-amp kompenzira padec diode, zato tok ne more iti do točke P3. Tako smo dosegli 0V izhod, kadar je pozitiven pol cikel signala uporabljen na vhodu Op-amp-a.
Zdaj domnevamo, da smo negativno polovico sinusoidnega AC signala uporabili na vhodu op-ojačevalnika. To pomeni, da je uporabljeni vhodni signal manjši od 0V.
V tem trenutku je dioda D2 v obratno pristranskem stanju, kar pomeni, da je odprt krog. Zgornja slika vam to natančno pove.
Ker je dioda D2 v obratno pristranskem stanju, bo tok tekel skozi upor R22, ki tvori navidezno ozemljitev v točki P1. Zdaj, ko se uporabi negativna polovica vhodnega signala, bomo v izhodu dobili pozitiven signal kot njegov invertirni ojačevalnik. In dioda bo vodila in dobili bomo kompenzirani izhod na točki P3.
Zdaj bo izhodna napetost -Vin / R2 = Vout / R1
Torej izhodna napetost postane Vout = -R2 / R1 * Vin
Zdaj pa opazujmo izhod vezja v osciloskopu.
Praktični izhod vezja brez pritrjene obremenitve je prikazan na zgornji sliki.
Zdaj, ko gre za analizo vezja, je polvalno usmerniško vezje dovolj dobro, toda ko gre za praktično vezje, polvalni usmernik preprosto nima praktičnega smisla.
Iz tega razloga je bilo uvedeno polnovalno usmerniško usmerjevalno vezje, da bi dosegel natančno usmerjevalni usmernik s polnimi valovi, moram narediti samo seštevalni ojačevalnik in to je v bistvu to.
Natančni polnovalni usmernik z optičnim ojačevalnikom
Za izdelavo polnovalnega natančnega usmerniškega vezja sem pravkar dodal seštevalni ojačevalnik na izhod prej omenjenega polvalovnega usmerniškega vezja. Od točke P1 do točke P2 je osnovno natančno usmerniško vezje in dioda je tako konfigurirana, da dobimo negativno napetost na izhodu.
Od točke, P2 do točke P3, je seštevalni ojačevalnik, izhod iz natančnega usmernika pa se prek upora R3 napaja na seštevalni ojačevalnik. Vrednost upora R3 je polovica od R5 ali lahko rečete, da je R5 / 2, tako nastavimo 2-kratno ojačanje iz op-ojačevalnika.
Vhod iz točke P1 se s pomočjo upora R4 napaja tudi na seštevalni ojačevalnik, upora R4 in R5 pa sta odgovorna za nastavitev ojačenja op-ojačevalnika na 1X.
Ker se izhod iz točke P2 napaja neposredno na seštevalni ojačevalnik z ojačanjem 2X, to pomeni, da bo izhodna napetost dvakrat večja od vhodne napetosti. Predpostavimo, da je vhodna napetost 2V, zato bomo na izhodu dobili 4V. Hkrati vhod napajamo v seštevalni ojačevalnik z ojačanjem 1X.
Zdaj, ko se zgodi postopek seštevanja, dobimo na izhodu sešteto napetost, ki je (-4V) + (+ 2V) = -2V in kot op-amp na izhodu. Ker je op-amp nastavljen kot invertirni ojačevalnik, bomo na izhodu, ki je točka P3, dobili + 2V.
Enako se zgodi, ko se uporabi negativni vrh vhodnega signala.
Zgornja slika prikazuje končni izhod vezja, valovna oblika v modri je vhod in valovna oblika v rumeni je izhod iz polvalovnega usmerniškega vezja, valovna oblika v zeleni pa je izhod polnovalnega usmerniškega vezja.
Potrebne komponente
- LM358 op-amp IC - 2
- 6,8K, 1% upor - 8
- 1K upor - 2
- 1N4148 Dioda - 4
- Odbor za kruh - 1
- Jumper žice - 10
- Napajanje (± 10V) - 1
Shematski diagram
Shema vezja za polvalni in polvalni natančni usmernik z opcijskim ojačevalnikom je podana spodaj:
Za to predstavitev je vezje s pomočjo sheme zgrajeno v tabli brez spajkanja; Da bi zmanjšal parazitsko induktivnost in kapacitivnost, sem komponente priključil čim bližje.
Nadaljnje izboljšanje
Vezje lahko dodatno spremenimo, da izboljšamo njegovo zmogljivost, kot lahko dodamo dodaten filter, da zavrnemo visokofrekvenčne zvoke.
To vezje je narejeno samo za predstavitvene namene. Če razmišljate o uporabi tega vezja v praktični aplikaciji, morate za doseganje absolutne stabilnosti uporabiti optični ojačevalnik tipa helikopterja in visoko natančni 0,1-omski upor
Upam, da vam je bil ta članek všeč in ste se iz njega naučili kaj novega. Če dvomite, lahko vprašate v spodnjih komentarjih ali pa uporabite naše forume za podrobno razpravo.