Идеальный выпрямитель на оу: Выпрямитель на операционном усилителе – Вместе мастерим

Выпрямитель на операционном усилителе – Вместе мастерим

Для измерения величины переменного напряжения, его необходимо выпрямлять, так как все измерительные системы, будь то стрелочный гальванометр или АЦП микроконтроллера, работают с постоянным напряжением. Наиболее правильно это можно сделать используя простой по исполнению активный выпрямитель на ОУ.

Тут вы мне скажете, что я вру и ваш тестер умеет и сам мерить переменное напряжение. В чем же подвох? В том, что ваш тестер умеет еще и выпрямлять переменное напряжение, а измеряет он на самом деле постоянное. К тому же тестер как правило рассчитан на измерение напряжения сети частотой 50 Гц.

Схемы выпрямителей, преобразующие переменное напряжение в постоянное строятся на диодах, даже сами диоды иногда называют выпрямителями. У пассивных выпрямителей, состоящих только из диодов есть серьезные недостатки в плане их применимости для измерения переменного напряжения.

Самый очевидный недостаток заключается в том, что при амплитудах измеряемого сигнала равных либо меньших величины напряжения падения на p-n переходе диода (0,6 вольта для кремниевых и 0. 4 для германиевых диодов), выпрямлять такие сигналы пассивными выпрямителями невозможно, вы попросту ничего не увидите.

При высокоточных измерениях невозможность измерения малых величин переменного сигнала не единственный минус пассивных схем. Гораздо более серьезными недостатками являются нелинейная зависимость выходного напряжения от входного, а так же нелинейная зависимость выходного напряжения от частоты входного сигнала.

Для наибольшей точности измерения переменных напряжений разных частот и амплитуд прибегают к помощи операционных усилителей (ОУ). При этом диоды включаются в цепи обратной связи. При правильном выборе схемы и комплектующих, все перечисленные недостатки пассивных выпрямителей компенсируются операционным усилителем.

Существует достаточно схем активных выпрямителей. Представленная схема была выбрана по причине того, что она встречается в книгах “Искусство схемотехники” — П.Хоровиц, У.Хилл (стр172) а также “Операционные усилители” — И. Достал (стр203). Солидные издания, которые на сегодняшний день являются классикой схемотехники.

Как и ожидалось схема не требует никакой наладки и при правильной сборке заработает ср азу.

Активный выпрямитель ( двухполупериодный)

[ или схема выделения модуля переменного сигнала]

Активный выпрямитель — описание работы схемы

Схема выделяет модуль входного напряжения и тем самым работает как двухполупериодный выпрямитель. Она состоит из диодного ограничителя, реализованного на ОУ₁ и двухвходового суммирующего усилителя на ОУ₂.

Когда входное напряжение Uвх имеет отрицательную полярность, верхний диод находится в непроводящем состоянии. Последовательно включенные сопротивления R и R/2 не работают, поскольку они включены между потенциально заземленными входами усилителей ОУ₁ и ОУ₂ . Выходной суммирующий усилитель действует как инвертор с единичным усилением, и:

Uвых = − Uвх при Uвх

Входное напряжение положительной полярности Uвх преобразуется ограничителем в напряжение отрицательной полярности U=−Uвх , и затем оба напряжения складываются так, что на выходе суммирующего усилителя появляется напряжение:

Uвых = − Uвх − 2U = + Uвх при Uвх > 0

Оба случая можно формально объединить, записав как:

Uвых = |Uвх|

Поэтому такой выпрямитель и называется также схемой выделения модуля переменного сигнала

Графически зависимость выпрямленного выходного напряжения от переменного входного можно изобразить в следующем виде:

Данная схема очень пригодилась, когда появилась необходимость выпрямлять переменное напряжение частотой 150кГц с последующей отправкой на АЦП микроконтроллера для передачи на ПК. Выпрямитель стал частью установки по изучению релаксационных свойств МДП структур 🙂

Характеристики данной схемы определяются применяемыми деталями.

В качестве ОУ была выбрана микросхема LM833, позволяющая работать на частотах вплоть до 15МГц. Такой запас по частотной полосе может показаться даже излишним, однако он гарантирует минимум фазовых искажений до нескольких МГц. Использовалось напряжение питания ±15В, которое было стабилизированно посредством L7815 и L7915.

В качестве диодов использовались быстродействующие Диоды Шоттки (4148).

Величина R была выбрана 14.51 кОм, ввиду наличия данного номинала, однако никто не мешает выбрать ее равной как 10кОм так и 20-30кОм.

Для исключения внесения дополнительной ошибки использовались прецизионные резисторы типа (С2-13). Данные резисторы имеют стеклянную изоляцию покрытую дополнительным слоем керамики, что обеспечивает значительную температурную стабильность при измерениях. Ошибка номиналов резисторов +-0.5%.

Буферные каскады

В ходе измерений возникла необходимость зрительного контроля переменного сигнала на осциллографе. Однако подключение осциллографа непосредственно в цепь сигнала перед выпрямителем приводило к искажению сигнала. Для согласования по сопротивлениям перед активным выпрямителем были добавлены буферные каскады.

Установленные буферные каскады позволили разделять сигнал на два канала без изменения характеристик сигнала. Каскады выполнен на аналогичном скоростном операционном усилителе (LM833), с одного выхода которого сигнал поступал на активный выпрямитель, а с другого на осциллограф

Осциллограммы

Осциллограмма переменного напряжения подаваемого на вход выпрямителя в процессе проверки собранной схемы:

И осциллограмма выходного напряжения активного выпрямителя:

Как видно из осциллограмм, собранный активный выпрямитель на ура справляется с выпрямлением 150-ти кГц переменного синусоидального сигнала

P. S Для защиты выпрямителя от возможных КЗ не лишним будет добавить на выход последовательно включенный резистор, а для сглаживания выпрямленного сигнала после резистора желателен включенный на землю конденсатор. Резистор с конденсатором образуют интегрирующую RC цепочку, подбор временной составляющей которой позволит сгладить выпрямленный сигнал.

Величина R была выбрана равной 2кОм, а величина C — 0.01 мкФ. .

Anthony H. Smith

Двухполупериодный выпрямитель можно сделать, не используя ни одного диода, если воспользоваться способностью некоторых операционных усилителей с однополярным питанием эффективно ограничивать сигнал на уровне земли при отрицательном напряжении на входе. Схема состоит из повторителя с единичным усилением (IC1a) и второго каскада (IC1b), на который поступает выходной сигнал повторителя V

O и инвертированный входной сигнал V_IN (Рис. 1). Напряжение V_OUT на выходе схемы определяется следующим выражением:

Во время положительной полуволны входного сигнала повторитель передает входной сигнал так, что V_O = V_IN. Поэтому V_OUT = (1 + K)V_IN – KV_IN = V_IN.

Рисунок 1.	Для двухполупериодного выпрямителя нужно всего лишь два операционных усилителя, несколько резисторов, и ни одного диода.

Во время отрицательной полуволны входного сигнала выход повторителя «насыщается землей», отчего V_O = 0. Поэтому V_OUT = – KV_IN. Выбрав R2 = R3, чтобы K = 1, получим V_OUT = – V_IN, т.е. схема будет инвертировать входной сигнал. Поэтому, если сигнал на входе симметричен относительно земли, сквозная передаточная функция будет иметь вид V_OUT = |V_IN|.
Важно, чтобы операционный усилитель был способен без повреждения воспринимать отрицательные сигналы, и не реверсировал при этом фазу. Диапазон допустимых входных напряжений должен включать землю. При отрицательном входном напряжении резистор R1 ограничивает входной ток на безопасном уровне порядка 10 мА. При отсутствии R1, неинвертирующий вход микросхемы может быть поврежден большим отрицательным напряжением.

Операционный усилитель должен иметь достаточное быстродействие, чтобы успевать восстанавливаться после «насыщения землей» к моменту, когда входной сигнал переходит в положительную область. В противном случае будет происходить искажение выходного сигнала, особенно заметное на высоких частотах. Используемый операционный усилитель имеет структуру Rail-to-Rail, размах выходного напряжения ограничен только величиной напряжения на положительной шине питания V_S.

Схема будет не только выпрямлять, но и усиливать сигнал, если добавить в нее два резистора R4 и R5 (Рис. 2). Отношение R4 к R5 находят из следующего выражения:

где K (= R3/R2) – требуемое сквозное усиление схемы.

Рисунок 2.	Схема будет усиливать сигнал, если добавить в нее два резистора R4 и R5.

К примеру, если вы хотите получить коэффициент усиления 10, необходимо чтобы R3 = 10×R2, и R4/R5 = 9/11 = 0.818.

Осциллограмма показывает реакцию схемы на синусоидальный сигнал частотой 10 кГц при следующих номиналах компонентов, обеспечивающих коэффициент усиления 10:
R2 = 3.3 кОм, R3 = 33 кОм, R4 = 8.2 кОм и R5 = 10 кОм (Рис. 3).

Рисунок 3.	Осциллограмма показывает реакцию схемы на синусоидальный сигнал частотой 10 кГц (коэффицент усиления = 10) (20 мкс/дел.). Верний луч отбражает входной сигнал (200 мВ/дел.), а нижний – выходной (2 В/дел.).

Сопротивление входного резистора R1 – 10 кОм, напряжение питания (V_S) равно 5 В, а в качестве IC1 выбран сдвоенный операционный усилитель OPA2374 производства Texas Instruments.

Амплитуда входного сигнала 400 мВ, а выходной сигнал изменяется в пределах от 0 до 4 В.

Помните, что входной сигнал должен быть симметричен относительно земли. Если входное напряжение имеет постоянную составляющую, выпрямитель необходимо дополнить разделительным конденсатором на входе.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Во многих устройствах обработки аналоговых сигналов, например, в измерительных схемах, необходимо выделение либо составляющих только одной полярности (однополупериодное выпрямление), либо определение абсолютного значения сигнала (двухполупериодное выпрямление). Эти операции могут быть реализованы на пассивных диодно-резистивных цепях, но значительное прямое падение напряжения на диодах (0,5 – 1 В) и нелинейность его вольт-амперной характеристики вносят в этом случае значительные погрешности, особенно при обработке слабых сигналов. Применение ОУ позволяет в значительной степени ослабить влияние реальных характеристик диодов.

Однополупериодные выпрямители. Схемы однополупериодных выпрямителей, приведенные на рис. 28, отличаются друг от друга передаваемой волной входного сигнала (положительной или отрицательной) и знаком коэффициента передачи (инвертирующие и неинвертирующие). Неинвертирующие однополупериодные выпрямители имеют более высокое входное сопротивление, чем инвертирующие. В инвертирующем выпрямителе диод VD₁ открывается на соответствующей полуволне сигнала, обеспечивая его передачу на выход с коэффициентом, определяемым отношением резисторов R₁ и R₂. Диод VD₂ смещен при этом в обратном направлении. Неинвертирующий выпрямитель при передаче попускаемой полуволны работает примерно также, однако их функционирование в режиме отсечки существенно различается.

Рис. 28. Схемы однополупериодных выпрямителей

Как в инвертирующем, так и в неинвертирующем выпрямителях диод VD₂ введен для повышения их быстродействия. Если исключить этот диод, то в режиме отсечки ОУ входит в состояние насыщения.

При переходе в режим пропускания ОУ сначала должен выйти из насыщения, а затем его выходное напряжение будет достаточно долго нарастать до уровня открывания диода VD₁. Введение диода VD₂предотвращает насыщение ОУ и ограничивает перепад его выходного напряжения при смене полярности входного сигнала. В неинвертирующей схеме диод VD₂ обеспечивает ограничение выходного напряжения ОУ путем замыкания его выхода на землю, поэтому ОУ должен допускать короткое замыкание на выходе в течение неограниченного времени. Кроме того, в неинвертирующей схеме операционный усилитель должен иметь большое допустимое дифференциальное входное напряжение и малое время восстановления из режима ограничения выходного тока.

Существенным недостатком представленных выше схем является их высокое выходное сопротивление, имеющее, к тому же, нелинейный характер.

Двухполупериодные выпрямители. Наиболее просто реализуются прецизионные двухполупериодные выпрямители с незаземленной нагрузкой, например, стрелочным миллиамперметром. Схема такого устройства приведена на рис. 29. Здесь операционный усилитель служит в качестве управляемого по напряжению источника тока. Поэтому выходной ток не зависит от падения напряжения на диодах и сопротивления нагрузки R_н.

Рис. 29. Двухполупериодный выпрямитель с незаземленной нагрузкой

Мостовая схема выпрямляет обе полуволны входного сигнала, при этом выпрямленный ток протекает через нагрузку:

Эта схема не требует согласования резисторов и имеет высокое входное сопротивление.

Простейшая схема двухполупериодного выпрямителя с заземленной нагрузкой приведена на рис. 30а. Здесь используется дифференциальное включение ОУ.

Рис. 30. Двухполупериодный выпрямитель с заземленным диодом

Положительная полуволна входного напряжения запирает диод, в результате чего схема работает в режиме неинвертирующего усилителя с коэффициентом передачи, равным единице и U_вых = U_вх. Отрицательная полуволна открывает диод. Если бы прямое падение напряжение на диоде было равно нулю, то схема работала бы в режиме инвертирующего усилителя с единичным коэффициентом и U_вых=–U_вх. Схема очень проста, но из-за неравенства нулю прямого напряжения на диоде последнее равенство выполняется с большой погрешностью.

Точность можно повысить, если в схеме на рис. 30а заменить диод VD1 моделью идеального диода на ОУ2 (рис. 30б). Здесь при положительной полуволне входного сигнала выходное напряжение ОУ2 будет отрицательным, в результате чего диод VD1 закроется, а VD2 откроется. Выход усилителя ОУ2 будет соединен с общей точкой практически накоротко, и цепь обратной связи усилителя разомкнута. Усилитель ОУ1 работает в режиме неинвертирующего повторителя. При отрицательной полуволне входного сигнала диод VD1 открыт, а диод VD2 закрыт. Цепь обратной связи ОУ2 замкнута через открытый диод VD1, поэтому напряжение между входами ОУ2, а стало быть и на неинвертирующем входе ОУ1, близко к нулю. Тогда усилитель ОУ1 работает в режиме инвертирующего повторителя.

Схема на рис. 30

б довольно проста, но имеет разное входное сопротивление для положительных и отрицательных сигналов и требует согласования резисторов R₁. Усилитель ОУ2 должен допускать короткое замыкание выхода и большое дифференциальное напряжение.

Лучшие характеристики имеет схема, приведенная на рис. 31, в которой применено инвертирующее включение операционных усилителей. Схема включает сумматор на ОУ2 и однополупериодный выпрямитель на ОУ1 (см. левую нижнюю схему на рис. 28).

Рис. 31. Схема выпрямителя, в которой ОУ работают в линейном режиме

Прежде всего рассмотрим принцип работы ОУ1. При положительном входном напряжении он работает как инвертирующий усилитель. В этом случае напряжение U₂ отрицательно, т.е. диод VD₁ проводит, а VD₂ закрыт, поэтому U₁ = –U_вх. При отрицательном входном напряжении U₂ положительно, т. е. диод VD₁ закрыт, а VD₂ проводит и замыкает цепь отрицательной обратной связи усилителя, которая препятствует насыщению усилителя ОУ1. Поэтому точка суммирования остается под нулевым потенциалом. Поскольку диод VD₁ закрыт, напряжение U₁ также равно нулю. Справедливы соотношения:

(35)

Подключение сумматора на ОУ2 обеспечивает двухполупериодное выпрямление. Сумматор формирует напряжение

Учитывая формулу (35), получаем:

Это и есть искомая функция двухполупериодного выпрямителя.

Достоинством рассмотренной схемы является равное входное сопротивление для разных полярностей входного сигнала и отсутствие синфазного напряжения на входах усилителей. Недостаток – необходимость согласовывать большее число резисторов, чем в схеме на рис. 30б.

Двухполупериодный выпрямитель на оу

К категории выпрямителей относятся различные устройства, с помощью которых переменный входной электрический ток преобразуется на выходе в постоянный ток. В большинстве таких приборов невозможно создать постоянный ток и напряжение. В них осуществляется создание однонаправленного пульсирующего напряжения и тока, где сглаживание пульсаций выполняется с помощью специальных фильтров. Среди множества подобных приборов, наиболее эффективной считается схема двухполупериодного выпрямителя.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Двухполупериодные выпрямители
• 6.8. Прецизионные выпрямители
• Однополупериодный выпрямитель Принцип работы выпрямителя
• Выпрямители
• Активный Выпрямитель — точное измерение переменного напряжения
• Активные выпрямители
• Прецизионный двухполупериодный выпрямитель
• Назначение, схема и принцип работы однополупериодного выпрямителя

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Лекция 34. Способы уменьшения пульсации во вторичных источниках питания

Двухполупериодные выпрямители

Выпрямители среднего значения дают на выходе напряжение, постоянная составляющая которого пропорционально среднему значению выпрямленного входного напряжения. Работа подобных выпрямителей основана на том. Что при одной полярности входного напряжения с некоторым масштабным коэффициентом подается на выход. А при другом – выходное напряжение поддерживается равном нулю однополупериодный выпрямитель или инвертированному входному напряжению двухполупериодный выпрямитель.

Использование ОУ в точных выпрямителях преследует цель уменьшить погрешности преобразования, обусловленные не идеальными ВАХ диодов. Выпрямитель, схема которого приведена ниже, построен на основе инвертирующего усилителя, содержащего диод в цепи ОС. При положительной полярности входного сигнала открыт диод Д 1 и ОС замыкается через резистор R 2. При отрицательной полярности входного сигнала ток ОС течет через диод Д 2 и резистор R 3.

Таким образом, при синусоидальном входном сигнале на зажимах U вых 1 будут присутствовать положительные полуволны напряжения, и на зажимах U вых 2 – отрицательные, соответствующие однополупериодному выпрямлению входного сигнала. Поскольку открытый диод входит в прямую цепь замкнутого контура, то падение напряжения на нем практически не сказывается на выходном напряжении. При присоединении нагрузки к выходам U вых 1 и U вых 2 нужно учитывать непостоянство выходного сопротивления выпрямителя.

Когда открыт диод, присоединенный к данному выходному зажиму, то выходное сопротивление устройства близко к нуль. Когда же диод закрыт, то выходное сопротивление становится равным сопротивлению R 2 для U вых 2 или R 3 для U вых 1. Дополнение выпрямителя ОУ А2 дает возможность получить двухполупериодное выпрямление и постоянное близкое к нулю выходное сопротивление.

Д 4 и сопротивление нагрузки R н. При любой полярности U вх ток I н через нагрузку проходит в одном направлении и равен:. Однако выходное сопротивление этих выпрямителей изменяется в зависимости от полярности входного сигнала. Двухполупериодный выпрямитель имеет при любом знаки входного сигнала близкое к нулю выходное сопротивление.

Достоинством выпрямителя является то, что для его построения достаточно всего лишь двух точных резисторов. ОС замыкается через резистор R 3 , и выходное напряжение равно. Уровень: Основной текст.

6.8. Прецизионные выпрямители

Под выпрямлением аналогового сигнала понимается нелинейная операция над ним, при которой все его текущие значения на выходе схемы выпрямления при одной из его полярностей воспроизводятся неискаженно, а при другой — не воспроизводятся вообще, так как отсекаются [1, 3, 5, 7, 12]. При этом двухполярный сигнал преобразуется в однополярный. В результате с помощью схемы выпрямителя можно осуществлять операцию эффективного и неискаженного выпрямления сигналов любого уровня, в том числе и сигналов очень малой интенсивности. В пассивных диодных выпрямителях из-за нелинейности характеристики диода искажается форма полуволн выпрямленного сигнала. В активных выпрямителях диод включают на выходе ОУ и их оба охватывают цепью общей ОС, которая уменьшает искажения и погрешности выпрямления, в том числе порог открывания диода, пропорционально глубине обратной связи. Он пропускает в нагрузку лишь положительные полуволны входного напряжения. Типичная схема активного выпрямителя, реализующего эти принципы, приведена на рис.

Рассмотрим временные диаграммы однополупериодного выпрямителя (рис. 3) в интервале времени 0 – T/2 диод Операционного усилителя Условные графические обозначения ОУ Характеристики Операционного усилителя.

Однополупериодный выпрямитель Принцип работы выпрямителя

Для измерения величины переменного напряжения, его необходимо выпрямлять, так как все измерительные системы, будь то стрелочный гальванометр или АЦП микроконтроллера, работают с постоянным напряжением. Наиболее правильно это можно сделать используя простой по исполнению активный выпрямитель на ОУ. Тут вы мне скажете, что я вру и ваш тестер умеет и сам мерить переменное напряжение. В чем же подвох? К тому же тестер как правило рассчитан на измерение напряжения сети частотой 50 Гц. Схемы выпрямителей, преобразующие переменное напряжение в постоянное строятся на диодах, даже сами диоды иногда называют выпрямителями. У пассивных выпрямителей, состоящих только из диодов есть серьезные недостатки в плане их применимости для измерения переменного напряжения.

Выпрямители

Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы – лидеры Перестал работать Mi band 4 1 ставка. Роботы уничтожат ваши рабочие места?

Автор: Турченков.

Активный Выпрямитель — точное измерение переменного напряжения

У многих возникла проблема с выпрямителем на операционных усилителях, Сейчас попробуем создать измерительный выпрямитель на операционном усилителе, я буду работать с микросхемой с 4 ОУ на борту, под названием LM Также нам понадобятся два низковольтных диода с прямым падением напряжения в районе 0. При желании можно поэкспериментировать и поставить на выход конденсатор, например в 1 мкФ, тогда можно будет увидеть как сгладиться сигнал. В схемах используется преимущественно с глубокой отрицательной связью и очень распространён, как в виде отдельных микросхем так и как составная часть сложных интегральных микросхем. Два входа обозначаются как инвертирующий и неивертирующий, отрицательная обратная связь образуется при соединении неинвертирующего входа с выходом. В идеале ОУ имеет бесконечный коэффициент усиления и бесконечное входное сопротивление, в реале коэффициент усиления находится в области десятков и сотен тысяч и входное сопротивление в мегаомах.

Активные выпрямители

Двухполупериодный выпрямитель более распространен, чем однополупериодный, это связано с многочисленными преимуществами такой схемы. Чтобы объяснить, в чем именно заключается преимущество, следует обратиться к теоретическим основам электротехники. В первую очередь рассмотрим отличие двухполупериодного выпрямителя от однополупериодного, для этого нужно понять принцип работы каждого из них. Примеры схем с осциллограммами дадут наглядное представление о преимуществах и недостатках этих устройств. Теперь рассмотрим осциллограмму в контрольных точках U 1 , U 2 и U n.

Двухполупериодный выпрямитель на двух ОУ с минимальным числом элементов. Эта схема (рис. ) состоит из усилителя с переключаемым.

Прецизионный двухполупериодный выпрямитель

Схемы выпрямителей на основе полупроводниковых диодов, как правило, используются при обработке сигналов, уровни которых значительно превышают прямое падение напряжения на диодах. Только в этом случае влияние диодов на точность выпрямления будет незначительным. Однако точность выпрямленного сигнала падает, когда падение напряжения на диодах превышает приложенное напряжение. Комбинация диодов и операционных усилителей позволяет создавать прецизионные схемы, с высокой точностью выпрямляющие малые сигналы благодаря исключению влияния падения напряжения на диодах.

Назначение, схема и принцип работы однополупериодного выпрямителя

Прецизионные или высокоточные выпрямители, в отличие от диодных выпрямителей, идеально выполняют функцию выпрямления: один из полупериодов без искажений присутствует на выходе устройства, другой практически незаметен. Есть и еще одно существенное отличие: амплитуда выходного сигнала прецизионного выпрямителя может превышать амплитуду входного, к тому же ее можно регулировать. Прецизионные или идеальные выпрямители на основе ОУ могут быть выполнены по схемам, представленным на рис. На выходе первого из них рис. Напряжения, снимаемые с выходов выпрямителя, отличаются на величину падения напряжения на открытом кремниевом диоде 0,6—0,7 В. Для германиевых диодов эта разница близка к 0,25—0,3 В.

Включение диода в петлю обратной связи, охватывающую ОУ, позволяет решить проблему выпрямления малых напряжений, поскольку за счет высокого усиления ОУ ограничения на величину детектируемого напряжения снижаются. На рис.

Большинство выпрямителей создаёт не постоянный, а пульсирующий ток, для сглаживания пульсаций применяют фильтры. Из-за принципа обратимости электрических машин выпрямитель и инвертор являются двумя разновидностями одной и той же электрической машины справедливо только для инвертора на базе электрической машины. Выпрямители обычно используются там, где нужно преобразовать переменный ток в постоянный ток. Применение выпрямителей для преобразования переменного тока в постоянный вызвало понятие среднего значения тока по модулю то есть без учёта знака ординаты за период. При двухполупериодном выпрямлении среднее значение по модулю определяется как среднеарифметическое значение всех ординат обеих полуволн за целый период без учёта их знаков то есть полагая все ординаты за период положительными, что и имеет место при двухполупериодном идеальном выпрямлении.

Выпрямитель электрического тока — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток. Большинство выпрямителей создаёт не постоянные, а пульсирующие однонаправленные напряжение и ток, для сглаживания пульсаций которых применяют фильтры. Устройство, выполняющее обратную функцию — преобразование постоянных напряжения и тока в переменные напряжение и ток — называется инвертором.

Прецизионные выпрямители | инвертирование | Неинвертирующий однополупериодный выпрямитель

Напомним из основных принципов схемы, что схемы выпрямителя могут быть реализованы с помощью диода/диодов (полупериодный выпрямитель или двухполупериодный выпрямитель). Основным ограничением этих схем прецизионных выпрямителей является то, что они не могут выпрямлять напряжения ниже V _D(ON) = 0,7 В, напряжения включения диода. В этих схемах V _i должно подняться до порогового значения порядка V _D(ON) , прежде чем на выходе можно будет увидеть какое-либо заметное изменение.

Таким образом, выше этого порога имеем V _o  = V _i – V _D(ON)  ≈ V _i  – 0,7 В, а ниже порога V _o =

, т.е. это, выходной сигнал обычного выпрямителя искажается.

Для создания прецизионных выпрямителей нам нужна схема, которая удерживает V _или равным V _i для V _i >0В. Этого можно добиться, используя операционный усилитель вместе с диодами, и эти схемы называются 9.0033 Прецизионные выпрямители . Они используются для точного выпрямления напряжений с амплитудой менее 0,7 В.

Прецизионные однополупериодные выпрямители:

Доступны два типа прецизионных однополупериодных выпрямителей:

1. Неинвертирующий однополупериодный выпрямитель
2. Инвертирующий однополупериодный выпрямитель

Неинвертирующий однополупериодный выпрямитель:

На рис. 2.56 показан прецизионный однополупериодный выпрямитель. Состоит из неинвертирующего усилителя с диодом Д ₁ в цепи обратной связи операционного усилителя.

Анализ этой цепи можно провести с учетом двух различных случаев: V _i  > 0 В и V _i  < 0 В. операционный усилитель V _p = V _n , из-за виртуального заземления.

Когда V _i > 0, операционный усилитель пытается поддерживать V _o  = V _n  = V _p  = V _i , и он делает это, потому что прямой контур обратной связи обеспечивает смещение диода обратной связи. . Падение напряжения на диоде прямого смещения V _D(ON)  = 0,7 В.

Чтобы компенсировать падение напряжения на диоде, операционный усилитель качается примерно на 0,7 В выше, чем V _o,  , как показано на рис. 2.57.

СЛУЧАЙ 2: V _i < 0 В : Рис. 2.58.

Следовательно, операционный усилитель больше не способен удерживать V _n = V _p .

При отсутствии тока через сопротивление R имеем V _o = 0.

выход операционного усилителя V _oA насыщается при V _sat- .

Входной и выходной сигналы показаны на рис. 2.59.

Инвертирующий однополупериодный выпрямитель:

На рис. 2.60 показана другая популярная схема инвертирующего однополупериодного выпрямителя. Он состоит из двух диодов и двух резисторов, а операционный усилитель подключен по инвертирующей схеме.

СЛУЧАЙ 1: V _i  > 0 : Вспоминая концепцию виртуальной земли, мы можем сказать, что V _p = V _n = 0 В. Для V _i > 0 значение V _i положительно по отношению к V _n и, следовательно, ток через R ₁ течет слева направо. Только один путь прохождения этого тока – через диод D ₁ . Следовательно, диод D ₁ смещен в прямом направлении, а диод D ₂ смещен в обратном направлении. Поскольку ток течет через R ₂ равно нулю, В _или = В _n = 0В.

СЛУЧАЙ 2 : V _i < 0 : Для V _i < 0, V _i отрицательно по отношению к V _n и, следовательно, ток через R ₁ течет справа налево. Только один путь прохождения этого тока проходит через диод D ₂ и резистор R ₂ , что указывает на то, что V _oA  > V _n . Следовательно, диод D ₁ выключен, а диод D ₂ включен. С этими состояниями диодов схема действует как инвертирующий усилитель, а выходное напряжение определяется как

. Если R ₁ и R ₂ сделать равными, то мы можем записать V _o = -V _i

Входной и выходной сигналы показаны на рис. 2.61.

Прецизионные выпрямители

, схемы абсолютного значения, для ADALM1000 [Analog Devices Wiki]

Эта версия (03 ноября 2021 г., 20:30) была .одобрено Дугом Мерсером. Доступна ранее утвержденная версия (03 января 2021 г., 22:12).

Содержание

• Деятельность: Прецизионные выпрямители, схемы абсолютного значения, для ADALM1000

  • Цель:

  • Примечания:

  • Фон:

    • Материалы:

    • Адрес:

    • Настройка оборудования:

    • Процедура:

    • Вопросы:

    • Двухполупериодный выпрямитель:

    • Адрес:

    • Настройка оборудования:

    • Процедура:

    • Вопросы:

Цель:

Целью этой лабораторной работы является исследование прецизионных выпрямителей или цепей абсолютного значения. Выпрямители или схемы «абсолютного значения» часто используются в качестве детекторов для преобразования амплитуд сигналов переменного тока в значения постоянного тока, чтобы их было легче измерить. Для этого типа схемы сигнал переменного тока сначала фильтруется высокими частотами для удаления любой составляющей постоянного тока, а затем выпрямляется и, возможно, фильтруется низкими частотами.

Примечания:

Как и во всех лабораторных работах ALM, мы используем следующую терминологию при описании подключений к разъему ALM1000 и настройке оборудования. Заштрихованные зеленым прямоугольники обозначают подключения к разъему аналогового ввода-вывода M1000. Выводы канала аналогового ввода/вывода обозначаются как CA и CB. При настройке на форсирование напряжения/измерения тока добавляется –V, как в CA- V , или при настройке на форсирование тока/измерения напряжения –I добавляется, как в CA-I. Когда канал сконфигурирован в режиме высокого импеданса только для измерения напряжения –H добавляется как CA-H.

Следы осциллографа аналогичным образом обозначаются по каналу и напряжению/току. Например, CA- V , CB- V для сигналов напряжения и CA-I, CB-I для сигналов тока.

ALM1000 генерирует и измеряет однополярные или несимметричные сигналы в диапазоне от 0 до 5 В . Чтобы упростить и лучше понять принципы этой лабораторной работы, мы предпочли бы представить сигналы как биполярные, колеблющиеся как в положительном, так и в отрицательном направлении по обе стороны от общего узла. С ALM1000 мы можем использовать фиксированный 2,5 В в качестве общего узла, а затем рассмотрим допустимый диапазон сигнала от -2,5 В до +2,5 В .

В настольном программном обеспечении ALICE мы можем сделать следующие настройки. Как показано на рисунке 1, в правой части экрана прицела введите 2,5 для настройки смещения CA- V и CB- V . Это связано с тем, что в этой лабораторной работе мы привязываем все измерения к общей шине +2,5 В . Также введите 0 для настроек вертикального положения каналов CH-A и CH-B (внизу экрана осциллографа). Теперь вертикальная шкала должна быть сосредоточена на 0 и изменяться от -2,5 до +2,5.

Рис. 1. Настройка смещения опорного сигнала 2,5 V

Фон:

Как мы видели в простых схемах выпрямителя, построенных на диодах, схема плохо реагирует на сигналы с амплитудой меньше, чем падение напряжения на диоде (0,7 В для кремниевых диодов). Это ограничивает их использование в конструкциях, где необходимо измерять малые амплитуды. Для конструкций, в которых требуется высокая степень точности, операционные усилители могут использоваться в сочетании с диодами для создания прецизионных выпрямителей.

Материалы:

Аппаратный модуль ADALM1000
1 – Четырёхканальный операционный усилитель OP484
5 – Резисторы 10 кОм
2 – Малые сигнальные диоды (1N914 или аналогичные)

Адрес:

Схема инвертирующего операционного усилителя может быть преобразована в «идеальный» (с линейной точностью) однополупериодный выпрямитель путем добавления двух диодов, как показано на рис. 2. Для отрицательной половины входного диода D ₁ смещен в обратном направлении, а диод D ₂ смещен в прямом направлении, и схема работает как обычный инвертор с коэффициентом усиления -1. Для положительной половины входа диод Д ₁ смещен в прямом направлении, замыкая обратную связь вокруг усилителя. Диод D ₂ имеет обратное смещение, отключающее выход от усилителя. Выход будет иметь потенциал виртуального заземления (-входная клемма) через резистор 10 кОм.

Рисунок 2 Схема подключения прецизионного однополупериодного выпрямителя

Настройка оборудования:

Настройте AWG CHA в режиме SVMI с синусоидальной формой 300 Гц и с минимальным значением, установленным на 1,0, и максимальным значением, установленным на 4,0 (3 9).0293 V п-р с центром на 2,5 V ). Канал B устанавливается в режим Hi-Z и используется для измерения напряжения на выпрямленном выходе. Оба канала осциллографа должны быть установлены на 0,5 В на деление.

Процедура:

В раскрывающемся меню кривых выберите CA- V и CB- V для отображения. Используя раскрывающиеся меню Meas, выберите Max и Avg для CV-A. Выберите Max и Avg для CB- V , чтобы отобразить пиковое и среднее напряжение на выходе.

Пик выпрямленного выхода теперь должен равняться пиковому значению входа. Существует также резкий переход, когда вход пересекает ноль. Экспериментатор должен исследовать формы сигналов в разных точках цепи, чтобы объяснить, почему эта схема работает лучше, чем простой диодный однополупериодный выпрямитель.

Для выполнения этого лабораторного задания необходимо:

а) Изучите схему и определите, как она работает. Существует очень фундаментальная концепция, которая должна помочь понять, как работает эта схема. Учитывая операционный усилитель, сконфигурированный с отрицательной обратной связью, инвертирующие и неинвертирующие входные клеммы будут пытаться достичь одного и того же уровня напряжения, часто называемого «виртуальной землей».
b) Запланируйте несколько тестов, чтобы убедиться, что эта цепь действительно является выпрямляющей. Выполните эти тесты, полностью задокументировав все тесты и результаты в своем лабораторном отчете.
c) Тщательно измерьте и запишите напряжения во всех узлах цепи.

Вопросы:

Что произойдет, если направление диодов изменить на противоположное? Повторите эксперимент с обратным направлением обоих диодов.

Двухполупериодный выпрямитель:

Целью этой части лабораторной работы является модификация однополупериодного выпрямителя для создания двухполупериодного выпрямителя или схемы с абсолютным значением.

Схема проезда:

Схема, показанная на рисунке 3, является схемой абсолютного значения, которую часто называют прецизионным двухполупериодным выпрямителем. Он должен работать как схема двухполупериодного выпрямителя, построенная с идеальными диодами (напряжение на диоде в прямом направлении равно 0 вольт). Фактические диоды, используемые в схеме, будут иметь прямое напряжение около 0,7 В .

Рис. 3 Схема подключения для цепи абсолютного значения

Настройка оборудования:

Генератор сигналов AWG CH-A должен быть настроен на синусоиду 300 Гц с минимальным значением 1,0 В и максимальным значением 4,0 В (3 В пик-пик относительно 2,5 В ). Канал B устанавливается в режим Hi-Z и используется для измерения напряжения на выпрямленном выходе. Оба канала осциллографа должны быть установлены на 0,5 В на деление.

Процедура:

В раскрывающемся меню кривых выберите CA- V и CB- V для отображения. Используя раскрывающееся меню Meas, выберите Max и Avg для CV-A, чтобы отобразить пиковое и среднее напряжение для канала A. Выберите Max и Avg для CB-9.0293 V для отображения пикового и среднего напряжения для канала B.

Тщательно измерьте и запишите напряжения во всех узлах цепи.

Вопросы:

Что произойдет, если направление диодов изменить на противоположное? Повторите эксперимент с обратным направлением обоих диодов.