- Mikä on tarkkuussuuntaajan piiri?
- Tarkkuussuuntaajan toiminta
- Muokattu tarkkuustasasuuntaajapiiri
- Tarkka täyden aallon tasasuuntaaja, joka käyttää Op-vahvistinta
- Tarvittavat komponentit
- Kaaviokuva
- Lisäparannus
Tasasuuntaaja on piiri, joka muuntaa vaihtovirran (AC) tasavirraksi (DC). Vaihtovirta muuttaa aina suuntaansa ajan myötä, mutta tasavirta kulkee jatkuvasti yhteen suuntaan. Tyypillisessä tasasuuntaajapiirissä käytämme diodeja tasasuuntaamaan vaihtovirta tasavirtaan. Tätä korjausmenetelmää voidaan kuitenkin käyttää vain, jos piirin tulojännite on suurempi kuin diodin lähtöjännite, joka on tyypillisesti 0,7 V. Aikaisemmin selitimme diodipohjaisen puoliaallon tasasuuntaajan ja koko aallon tasasuuntaajan piirin.
Tämän ongelman voittamiseksi otettiin käyttöön Precision Rectifier -piiri. Tarkka tasasuuntaaja on toinen tasasuuntaaja, joka muuntaa vaihtovirran tasavirraksi, mutta tarkkuussuuntaajassa käytämme op-vahvistinta kompensoimaan diodin jännitehäviön, minkä vuoksi emme menetä 0,6 V: n tai 0,7 V: n jännitehäviötä diodi, myös piiri voidaan rakentaa siten, että vahvistimen lähdössä on jonkin verran vahvistusta.
Joten tässä opetusohjelmassa näytän sinulle, kuinka voit rakentaa, testata, soveltaa ja virheenkorjata tarkkuustasasuuntaajan piirin op-amp: n avulla. Tämän lisäksi keskustelen myös tämän piirin joistakin eduista ja haitoista. Joten, ilman lisäkysymyksiä, aloitetaan.
Mikä on tarkkuussuuntaajan piiri?
Ennen kuin tiedämme tarkkuustasasuuntauspiiristä, selvennetään tasasuuntaajapiirin perusteet.
Yllä oleva kuva esittää ihanteellisen tasasuuntaajapiirin ominaisuudet sen siirto-ominaisuuksilla. Tämä tarkoittaa, että kun tulosignaali on negatiivinen, lähtö on nolla volttia ja kun tulosignaali on positiivinen, lähtö seuraa tulosignaalia.
Yllä oleva kuva esittää käytännöllisen tasasuuntaajapiirin sen siirto-ominaisuuksilla. Käytännöllisessä tasasuuntaajapiirissä lähtöaaltomuoto on 0,7 volttia pienempi kuin käytetty tulojännite, ja siirtoominaisuudet näyttävät kaaviossa esitetyltä kuvalta. Tässä vaiheessa diodi toimii vain, jos syötetty tulosignaali on hieman suurempi kuin diodin lähtöjännite.
Nyt perusasiat poissa tieltä, käännetään keskittymämme takaisin tarkkuustasasuuntaajapiiriin.
Tarkkuussuuntaajan toiminta
Yllä oleva piiri esittää perus -puoliaallon tarkkuustasasuuntaajapiirin, jossa on LM358 Op-Amp ja 1n4148-diodi. Voit oppia kuinka op-amp toimii, voit seurata tätä op-amp-piiriä.
Yllä oleva piiri näyttää myös tarkkuustasasuuntaajan piirin tulo- ja lähtöaaltomuodon, joka on täsmälleen sama kuin tulo. Tämä johtuu siitä, että otamme palautetta diodin lähdöstä ja op-amp kompensoi mahdollisen jännitteen pudotuksen diodin yli. Joten diodi käyttäytyy kuin ihanteellinen diodi.
Nyt yllä olevasta kuvasta näet selvästi, mitä tapahtuu, kun tulosignaalin positiivinen ja negatiivinen puolisykli syötetään Op-Amp: n tuloliittimeen. Piiri näyttää myös piirin siirto-ominaisuudet.
Mutta käytännön piirissä et saa tuotosta, kuten yllä olevassa kuvassa on esitetty, haluan kertoa miksi?
Oskilloskoopillani lähtöön tulee keltainen signaali ja vihreä signaali. Puoliaallon oikaisun sijasta saamme eräänlaisen täyden aallon oikaisun.
Yllä oleva kuva näyttää, kun diodi on pois päältä, negatiivisen puolijakson signaali virtaa vastuksen kautta lähtöön, ja siksi saamme täyden aallon tasasuuntauksen, kuten lähtö, mutta tämä ei ole todellinen tapauksessa.
Katsotaanpa, mitä tapahtuu, kun yhdistämme 1K-kuorman.
Piiri näyttää yllä olevalta kuvalta.
Lähtö näyttää yllä olevalta kuvalta.
Lähtö näyttää tältä, koska olemme käytännössä muodostaneet jännitteenjakajan piirin kahdella 9,1 K: n ja 1 K: n vastuksella, minkä vuoksi signaalin positiivinen puoli signaalista juuri vaimennettiin.
Jälleen tämä yllä oleva kuva näyttää, mitä tapahtuu, kun vaihdan kuormitusvastuksen arvoksi 220R 1K: sta.
Tämä ei ole pienin ongelma tällä piirillä.
Yllä oleva kuva näyttää alapaineen, jossa piirin lähtö menee alle nollavolttia ja nousee tietyn piikin jälkeen.
Yllä oleva kuva näyttää kummankin edellä mainitun piirin alitilanteen, kuormitettuna ja ilman kuormaa. Tämä johtuu siitä, että aina kun tulosignaali menee alle nollan, op-amp menee negatiivisen kylläisyyden alueelle ja tuloksena on esitetty kuva.
Toinen syy voimme sanoa, että aina kun tulojännite vaihtelee positiivisesta negatiiviseksi, kestää jonkin aikaa, ennen kuin op-ampeerien palaute tulee esiin ja vakauttaa lähdön, ja siksi saamme piikit alle nollavoltin ulostulo.
Tämä tapahtuu, koska käytän hyytelöpapu LM358 -op-vahvistinta, jolla on alhainen kääntönopeus. Voit päästä eroon tästä ongelmasta vain asettamalla op-amp: n, jolla on korkeampi taajuus. Mutta pidä mielessä, että tämä tapahtuu myös piirin korkeammalla taajuusalueella.
Muokattu tarkkuustasasuuntaajapiiri
Yllä olevassa kuvassa on muunnettu tarkkuustasasuuntauspiiri, jonka avulla voimme vähentää kaikkia edellä mainittuja puutteita ja haittoja. Tutkitaan piiriä ja selvitetään, miten se toimii.
Nyt yllä olevasta piiristä näet, että diodi D2 johtaa, jos sinimuotoisen signaalin positiivinen puoli syötetään tulona. Nyt edellä esitetty polku (keltaisella viivalla) on valmis ja Op-vahvistin toimii käänteisenä vahvistimena, jos katsomme pistettä P1, jännite on 0 V, kun virtuaalinen maa muodostuu siihen pisteeseen, joten virta ei voi virtaa vastuksen R19 läpi ja lähtöpisteessä P2 jännite on negatiivinen 0,7 V, koska op-vahvistin kompensoi diodihäviötä, joten virta ei ole mitenkään mahdollista mennä pisteeseen P3. Joten näin olemme saavuttaneet 0 V: n lähdön aina, kun signaalin positiivinen puolisykli kohdistetaan Op-vahvistimen tuloon.
Oletetaan nyt, että olemme käyttäneet sinimuotoisen vaihtosignaalin negatiivisen puoliskon op-vahvistimen tuloon. Tämä tarkoittaa, että käytetty tulosignaali on alle 0 V.
Tässä vaiheessa diodi D2 on päinvastaisessa puolueellisessa tilassa, mikä tarkoittaa, että se on avoin piiri. Yllä oleva kuva kertoo sinulle tarkalleen.
Koska diodi D2 on päinvastaisessa esijännitetilassa, virta virtaa vastuksen R22 läpi muodostaen virtuaalisen maadoituksen pisteessä P1. Nyt kun tulosignaalin negatiivinen puolisko syötetään, saadaan positiivinen signaali lähdössä sen käänteisenä vahvistimena. Ja diodi johtaa ja saamme kompensoidun lähdön pisteessä P3.
Lähtöjännite on nyt -Vin / R2 = Vout / R1
Joten lähtöjännitteestä tulee Vout = -R2 / R1 * Vin
Tarkastellaan nyt piirin lähtöä oskilloskoopissa.
Piirin käytännön lähtö ilman kuormitusta on esitetty yllä olevassa kuvassa.
Piirin analysoinnissa puoliaallon tasasuuntaajapiiri on tarpeeksi hyvä, mutta käytännön piirin suhteen puoliaallon tasasuuntaajalla ei ole käytännössä järkeä.
Tästä syystä täyden aallon tasasuuntaajapiiri otettiin käyttöön, jotta voisin saavuttaa täyden aallon tarkkuustasasuuntaajan, minun on vain tehtävä yhteenvetovahvistin, ja se on pohjimmiltaan se.
Tarkka täyden aallon tasasuuntaaja, joka käyttää Op-vahvistinta
Tehdä koko aalto huippuarvoilmaisin piiri, olen juuri lisätty yhteen vahvistimen lähtöön edellä mainittujen puoli aaltotasasuuntaajaa. Pisteestä pisteeseen P2 on perustarkkuustasasuuntaajan peruspiiri ja diodi on konfiguroitu niin, että saamme negatiivisen jännitteen lähdössä.
Pisteestä P2 pisteeseen P3 on summausvahvistin, tarkkuustasasuuntaajan lähtö syötetään summausvahvistimeen vastuksen R3 kautta. Vastuksen R3 arvo on puolet R5: stä tai voit sanoa, että se on R5 / 2, jolloin asetamme 2X: n vahvistuksen op-vahvistimesta.
Pisteen P1 tulo syötetään myös summausvahvistimeen vastuksen R4 avulla, vastukset R4 ja R5 vastaavat op-vahvistimen vahvistuksen asettamisesta arvoon 1X.
Koska pisteen P2 lähtö syötetään suoraan summausvahvistimeen vahvistuksella 2X, lähtöjännite on kaksinkertainen tulojännitteeseen. Oletetaan, että tulojännite on 2 V: n huippu, joten saamme 4 V: n piikin lähdössä. Samanaikaisesti syötämme tuloa suoraan summausvahvistimeen vahvistuksella 1X.
Nyt kun summausoperaatio tapahtuu, saadaan yhteenlaskettu jännite lähdössä, joka on (-4V) + (+ 2V) = -2V ja op-vahvistimena lähdössä. Koska op-vahvistin on konfiguroitu käänteisvahvistimeksi, saamme + 2V lähdössä, joka on piste P3.
Sama tapahtuu, kun tulosignaalin negatiivinen huippu kohdistetaan.
Yllä olevassa kuvassa on esitetty lopullinen lähtö piirin aaltomuoto sininen on Input ja aaltomuodon Keltainen on lähtö puoli aaltotasasuuntaajaa, ja aaltomuoto vihreä on lähtö koko aaltotasasuuntaajaa.
Tarvittavat komponentit
- LM358 op-amp IC - 2
- 6,8 kt, 1% vastus - 8
- 1K vastus - 2
- 1N4148 Diodi - 4
- Leipälauta - 1
- Hyppääjän johdot - 10
- Virtalähde (± 10 V) - 1
Kaaviokuva
Ohjausvahvistinta käyttävän puoliaalto- ja täisaaltotaajuisen tasasuuntaajan kytkentäkaavio on annettu alla:
Tätä esittelyä varten piiri on rakennettu juotettavaan leipälautaan kaavion avulla; Parasiittisen induktanssin ja kapasitanssin vähentämiseksi olen kytkenyt komponentit mahdollisimman lähelle.
Lisäparannus
Piiriä voidaan edelleen muokata suorituskyvyn parantamiseksi, kuten voimme lisätä ylimääräisen suodattimen korkean taajuuden äänien hylkäämiseksi.
Tämä piiri on tehty vain esittelytarkoituksiin. Jos aiot käyttää tätä virtapiiriä käytännöllisessä sovelluksessa, sinun on käytettävä chopper-tyyppistä op-vahvistinta ja erittäin tarkkaa 0,1 ohmin vastusta absoluuttisen vakauden saavuttamiseksi.
Toivottavasti pidit tästä artikkelista ja opit siitä jotain uutta. Jos sinulla on epäilyksiä, voit kysyä alla olevista kommenteista tai käyttää foorumeitamme yksityiskohtaiseen keskusteluun.