วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นและคลื่นเต็มความแม่นยำโดยใช้ op

วงจรเรียงกระแสคือวงจรที่แปลงกระแสสลับ (AC) เป็นกระแสตรง (DC) กระแสสลับจะเปลี่ยนทิศทางตลอดเวลา แต่กระแสตรงจะไหลอย่างต่อเนื่องในทิศทางเดียว ในวงจรเรียงกระแสทั่วไปเราใช้ไดโอดเพื่อแก้ไข AC เป็น DC แต่วิธีการแก้ไขนี้สามารถใช้ได้ก็ต่อเมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าของวงจรมากกว่าแรงดันไปข้างหน้าของไดโอดซึ่งโดยทั่วไปคือ 0.7V ก่อนหน้านี้เราได้อธิบายวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นที่ใช้ไดโอดและวงจรเรียงกระแสเต็มคลื่น

เพื่อแก้ไขปัญหานี้จึงได้มีการนำPrecision Rectifier Circuitมาใช้ วงจรเรียงกระแสแบบแม่นยำเป็นอีกหนึ่งวงจรเรียงกระแสที่แปลง AC เป็น DC แต่ในวงจรเรียงกระแสที่มีความแม่นยำเราใช้ op-amp เพื่อชดเชยแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมไดโอดนั่นคือเหตุผลที่เราไม่สูญเสียแรงดันไฟฟ้า 0.6V หรือ 0.7V ที่ตกคร่อม ไดโอดนอกจากนี้ยังสามารถสร้างวงจรให้มีกำไรที่เอาต์พุตของเครื่องขยายเสียงได้เช่นกัน

ดังนั้นในบทช่วยสอนนี้ฉันจะแสดงให้คุณเห็นว่าคุณสามารถสร้างทดสอบใช้และดีบักวงจรเรียงกระแสที่มีความแม่นยำโดยใช้ op-ampได้อย่างไร นอกจากนั้นฉันจะพูดถึงข้อดีข้อเสียของวงจรนี้ด้วย เริ่มกันเลยดีกว่าโดยไม่ต้องกังวลใจอีกต่อไป

Precision Rectifier Circuit คืออะไร?

ก่อนที่เราจะรู้เกี่ยวกับวงจรเรียงกระแสแบบแม่นยำเรามาอธิบายพื้นฐานของวงจรเรียงกระแส

รูปด้านบนแสดงลักษณะของวงจรเรียงกระแสในอุดมคติที่มีลักษณะการถ่ายโอน นี่หมายความว่าเมื่อสัญญาณอินพุตเป็นลบเอาต์พุตจะเป็นศูนย์โวลต์และเมื่อสัญญาณอินพุตเป็นบวกเอาต์พุตจะเป็นไปตามสัญญาณอินพุต

รูปด้านบนแสดงวงจรเรียงกระแสที่ใช้งานได้จริงพร้อมคุณสมบัติการถ่ายโอน ในวงจรเรียงกระแสที่ใช้งานได้จริงรูปคลื่นเอาต์พุตจะน้อยกว่าแรงดันอินพุตที่ใช้ 0.7 โวลต์และลักษณะการถ่ายโอนจะมีลักษณะดังรูปที่แสดงในแผนภาพ ณ จุดนี้ไดโอดจะทำงานก็ต่อเมื่อสัญญาณอินพุตที่ใช้นั้นมากกว่าแรงดันไปข้างหน้าของไดโอดเล็กน้อย

ตอนนี้พื้นฐานไปไกลแล้วให้เราหันกลับมาโฟกัสที่วงจรเรียงกระแสที่มีความแม่นยำ

การทำงานของ Precision Rectifier

วงจรด้านบนแสดงวงจรเรียงกระแสพื้นฐานที่มีความแม่นยำครึ่งคลื่นพร้อม LM358 Op-Amp และไดโอด 1n4148 หากต้องการเรียนรู้วิธีการทำงานของ op-amp คุณสามารถติดตามวงจร op-amp นี้

วงจรด้านบนยังแสดงรูปคลื่นอินพุตและเอาต์พุตของวงจรเรียงกระแสที่มีความแม่นยำซึ่งเท่ากับอินพุต นั่นเป็นเพราะเรารับข้อเสนอแนะจากเอาต์พุตของไดโอดและ op-amp จะชดเชยแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมไดโอด ดังนั้นไดโอดจึงทำงานเหมือนไดโอดในอุดมคติ

ตอนนี้ในภาพด้านบนคุณจะเห็นได้อย่างชัดเจนว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อใช้ครึ่งรอบบวกและลบของสัญญาณอินพุตในขั้วอินพุตของ Op-Amp วงจรยังแสดงลักษณะการถ่ายโอนของวงจร

แต่ในวงจรที่ใช้งานได้จริงคุณจะไม่ได้รับเอาต์พุตตามที่แสดงในรูปด้านบนให้ฉันบอกคุณว่าทำไม?

ในออสซิลโลสโคปของฉันสัญญาณสีเหลืองในอินพุตและสัญญาณสีเขียวคือเอาต์พุต แทนที่จะได้รับการแก้ไขคลื่นครึ่งคลื่นเราจะได้รับการแก้ไขคลื่นเต็มรูปแบบ

ภาพด้านบนแสดงให้คุณเห็นเมื่อปิดไดโอดครึ่งรอบเชิงลบเป็นของสัญญาณที่ไหลผ่านตัวต้านทานไปยังเอาต์พุตและนั่นคือเหตุผลที่เราได้รับการแก้ไขคลื่นเต็มรูปแบบเช่นเอาต์พุต แต่นี่ไม่ใช่ของจริง กรณี.

มาดูกันว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อเราเชื่อมต่อโหลด 1K

วงจรมีลักษณะดังภาพด้านบน

ผลลัพธ์มีลักษณะเหมือนภาพด้านบน

ผลลัพธ์มีลักษณะเช่นนี้เนื่องจากเราได้สร้างวงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่มีตัวต้านทาน 9.1K และตัวต้านทาน 1K สองตัวนั่นคือสาเหตุที่สัญญาณบวกครึ่งหนึ่งของสัญญาณถูกลดทอน

อีกครั้งภาพด้านบนนี้แสดงให้คุณเห็นว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อฉันเปลี่ยนค่าตัวต้านทานโหลดเป็น 220R จาก 1K

นี่ไม่ใช่ปัญหาเล็กน้อยที่วงจรนี้มี

ภาพด้านบนแสดงให้คุณเห็นถึงสภาวะการถ่ายภาพที่เอาต์พุตของวงจรต่ำกว่าศูนย์โวลต์และเพิ่มขึ้นหลังจากที่มีการขัดขวาง

ภาพด้านบนแสดงให้คุณเห็นถึงเงื่อนไขด้านล่างสำหรับทั้งสองวงจรที่กล่าวถึงข้างต้นโดยมีโหลดและไม่มีโหลด นั่นเป็นเพราะเมื่อใดก็ตามที่สัญญาณอินพุตต่ำกว่าศูนย์ op-amp จะเข้าสู่ขอบเขตความอิ่มตัวเชิงลบและผลลัพธ์ก็คือภาพที่แสดง

อีกเหตุผลหนึ่งที่เราสามารถพูดได้ว่าเมื่อใดก็ตามที่แรงดันไฟฟ้าขาเข้าเปลี่ยนจากบวกเป็นลบจะต้องใช้เวลาสักครู่ก่อนที่ข้อเสนอแนะของออปแอมป์จะเข้ามามีบทบาทและทำให้เอาต์พุตคงที่และนี่คือสาเหตุที่เราได้รับ spikes ต่ำกว่าศูนย์โวลต์บน เอาท์พุท

สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะฉันใช้ op-amp เจลลี่บีน LM358 ที่มีอัตราการฆ่าต่ำ คุณจะได้รับไปด้วยปัญหานี้เพียงโดยการวางสหกรณ์แอมป์ที่มีอัตราการฆ่าที่สูงขึ้นแต่โปรดทราบว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นในช่วงความถี่ที่สูงขึ้นของวงจรด้วย

วงจรเรียงกระแสความแม่นยำที่ปรับเปลี่ยนได้

รูปด้านบนแสดงวงจรเรียงกระแสที่มีความแม่นยำที่ปรับเปลี่ยนซึ่งเราสามารถลดข้อบกพร่องและข้อเสียที่กล่าวถึงข้างต้นทั้งหมดได้ ลองศึกษาวงจรและดูว่ามันทำงานอย่างไร

ตอนนี้ในวงจรด้านบนคุณจะเห็นว่าไดโอด D2 จะดำเนินการหากใช้ครึ่งบวกของสัญญาณไซน์เป็นอินพุต ตอนนี้เส้นทางที่แสดงด้านบน (ด้วยเส้นสีเหลือง) เสร็จสมบูรณ์แล้วและ Op-amp กำลังทำหน้าที่เป็นแอมพลิฟายเออร์กลับด้านถ้าเราดูที่จุด P1 แรงดันไฟฟ้าจะเป็น 0V เมื่อเกิดกราวด์เสมือน ณ จุดนั้นกระแสจึงไม่ ไหลผ่านตัวต้านทาน R19 และในจุดเอาต์พุต P2 แรงดันเป็นลบ 0.7V เนื่องจาก op-amp กำลังชดเชยการตกของไดโอดดังนั้นจึงไม่มีทางที่กระแสจะไปที่จุด P3 ได้ นั่นคือวิธีที่เราได้เอาต์พุต 0V เมื่อใดก็ตามที่สัญญาณครึ่งรอบบวกถูกนำไปใช้กับอินพุตของ Op-amp

ตอนนี้ให้เราสมมติว่าเราได้ใช้ครึ่งลบของสัญญาณ AC ไซน์กับอินพุตของ op-amp นั่นหมายถึงสัญญาณอินพุตที่ใช้น้อยกว่า 0V

ณ จุดนี้ Diode D2 อยู่ในสภาวะย้อนกลับซึ่งหมายความว่าเป็นวงจรเปิด ภาพด้านบนบอกคุณอย่างแน่นอน

เนื่องจาก Diode D2 อยู่ในสภาพที่มีอคติย้อนกลับกระแสจะไหลผ่านตัวต้านทาน R22 สร้างพื้นเสมือนที่จุด P1 ตอนนี้เมื่อใช้ครึ่งลบของสัญญาณอินพุตเราจะได้รับสัญญาณบวกในเอาต์พุตเป็นแอมพลิฟายเออร์กลับด้าน และไดโอดจะดำเนินการและเราจะได้รับเอาต์พุตชดเชยที่จุด P3

ตอนนี้แรงดันขาออกจะเป็น -Vin / R2 = Vout / R1

ดังนั้นแรงดันขาออกจะกลายเป็น Vout = -R2 / R1 * Vin

ตอนนี้ให้เราสังเกตเอาท์พุทของวงจรในออสซิลโลสโคป

เอาต์พุตที่ใช้งานได้จริงของวงจรที่ไม่มีโหลดใด ๆ จะแสดงในภาพด้านบน

ตอนนี้เมื่อพูดถึงการวิเคราะห์วงจรวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นนั้นดีพอ แต่เมื่อพูดถึงวงจรที่ใช้งานได้จริงวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นก็ไม่สมเหตุสมผล

ด้วยเหตุนี้จึงมีการนำวงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นมาใช้เพื่อให้ได้วงจรเรียงกระแสที่มีความแม่นยำเต็มคลื่นฉันแค่ต้องสร้างแอมพลิฟายเออร์สรุปและนั่นก็เป็นพื้นฐาน

Precision Full Wave Rectifier โดยใช้ Op-Amp

ในการสร้างวงจรเรียงกระแสที่มีความแม่นยำเต็มคลื่นฉันเพิ่งเพิ่มแอมพลิฟายเออร์ผลรวมเข้ากับเอาต์พุตของวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ จากจุด P1 ถึงจุด P2 เป็นวงจรเรียงกระแสที่มีความแม่นยำขั้นพื้นฐานและไดโอดได้รับการกำหนดค่าเพื่อให้เราได้รับแรงดันลบที่เอาต์พุต

จากจุดนั้น P2 ถึงจุด P3 คือแอมพลิฟายเออร์ผลรวมเอาต์พุตจากวงจรเรียงกระแสที่มีความแม่นยำจะถูกป้อนไปยังแอมพลิฟายเออร์รวมผ่านตัวต้านทาน R3 ค่าของตัวต้านทาน R3 คือครึ่งหนึ่งของ R5 หรือคุณสามารถพูดได้ว่าเป็น R5 / 2 นั่นคือวิธีที่เราตั้งค่าอัตราขยาย 2X จาก op-amp

อินพุตจากจุด P1 จะถูกป้อนไปยังแอมพลิฟายเออร์ผลรวมด้วยความช่วยเหลือของตัวต้านทาน R4 ตัวต้านทาน R4 และ R5 มีหน้าที่ในการตั้งค่าอัตราขยายของ op-amp เป็น 1X

เนื่องจากเอาต์พุตจาก Point P2 ถูกป้อนโดยตรงไปยังแอมพลิฟายเออร์ผลรวมที่มีอัตราขยาย 2X นั่นหมายความว่าแรงดันเอาต์พุตจะเป็น 2 เท่าของแรงดันไฟฟ้าอินพุต สมมติว่าแรงดันไฟฟ้าอินพุตคือ 2V สูงสุดดังนั้นเราจะได้รับ 4V สูงสุดที่เอาต์พุต ในเวลาเดียวกันเราป้อนอินพุตไปยังแอมพลิฟายเออร์ผลรวมโดยตรงด้วยอัตราขยาย 1X

ตอนนี้เมื่อการดำเนินการสรุปเกิดขึ้นเราจะได้แรงดันสรุปที่เอาต์พุตซึ่งเป็น (-4V) + (+ 2V) = -2V และเป็น op-amp ที่เอาต์พุต เนื่องจาก op-amp ถูกกำหนดค่าเป็นแอมพลิฟายเออร์กลับด้านเราจะได้รับ + ​​2V ที่เอาต์พุตซึ่งเป็นจุด P3

สิ่งเดียวกันนี้จะเกิดขึ้นเมื่อใช้จุดสูงสุดเชิงลบของสัญญาณอินพุต

ภาพด้านบนแสดงผลลัพธ์สุดท้ายของวงจรรูปคลื่นเป็นสีน้ำเงินคืออินพุตและรูปคลื่นในสีเหลืองคือเอาต์พุตจากวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นและรูปคลื่นเป็นสีเขียวคือเอาต์พุตของวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น

ส่วนประกอบที่จำเป็น

• LM358 op-amp IC - 2
• 6.8K, ตัวต้านทาน 1% - 8
• ตัวต้านทาน 1K - 2
• 1N4148 ไดโอด - 4
• คณะกรรมการขนมปัง - 1
• สายจัมเปอร์ - 10
• แหล่งจ่ายไฟ (± 10V) - 1

แผนภาพ

แผนภาพวงจรสำหรับวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นและคลื่นเต็มความแม่นยำโดยใช้ op-amp แสดงไว้ด้านล่าง:

สำหรับการสาธิตนี้วงจรถูกสร้างขึ้นในเขียงหั่นขนมแบบไม่บัดกรีด้วยความช่วยเหลือของแผนผัง เพื่อลดการเหนี่ยวนำและความจุของปรสิตฉันได้เชื่อมต่อส่วนประกอบให้ใกล้เคียงที่สุด

การปรับปรุงเพิ่มเติม

วงจรสามารถแก้ไขเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพได้เช่นเราสามารถเพิ่มตัวกรองเพิ่มเติมเพื่อที่จะปฏิเสธเสียงความถี่สูง

วงจรนี้ทำขึ้นเพื่อการสาธิตเท่านั้น หากคุณกำลังคิดที่จะใช้วงจรนี้ในการใช้งานจริงคุณต้องใช้ op-amp ประเภทสับและตัวต้านทานความแม่นยำสูง 0.1 โอห์มเพื่อให้ได้เสถียรภาพที่แน่นอน

ฉันหวังว่าคุณจะชอบบทความนี้และเรียนรู้สิ่งใหม่ ๆ จากบทความนี้ หากคุณมีข้อสงสัยคุณสามารถถามได้ในความคิดเห็นด้านล่างหรือสามารถใช้ฟอรัมของเราสำหรับการอภิปรายโดยละเอียด