Двухполупериодные выпрямители

Наиболее просто реализуются прецизионные двухполупериодные выпрямители с незаземленной нагрузкой, например со стрелочным миллиамперметром.

Двухполупериодный выпрямитель с незаземленной нагрузкой

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 _L.

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.

Схемы двухполупериодного выпрямителя с заземленной нагрузкой на ОУ в диф­ференциальном включении приведены наследующих рисунках.

Двухполупериодный выпрямитель с заземленным диодом:

а — простая схема и б — схема повышенной точности

Простейшая из них а) работает следующим образом. Положитель­ная полуволна входного напряжения запирает диод, в результате чего схема ра­ботает в режиме неинвертирующего усилителя с коэффициентом передачи, равным единице и V _OUT =V _IN. 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 V _OUT = - V _IN. Схема очень проста, но из-за конечного значения прямого напря­жения на диоде последнее равенство выполняется с большой погрешностью.

Точность можно повысить, если в схеме на а) заменить диод VD ₁, моделью идеального диода на ОУ₂ б). Здесь при положительной полу­волне входного сигнала выходное напряжение ОУ₂ будет отрицательным, в ре­зультате чего диод VD ₁ закроется, a VD ₂ 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 VD ₁ открыт, а ди­од VD ₂ закрыт. Цепь обратной связи ОУ₂ замкнута через открытый диод VD ₁, 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 б) тоже довольно проста, но имеет разное входное сопротивление для положительных и отрицательных сигналов и требует согласования резисторов R ₁. Усилитель ОУ₂ должен допускать короткое замыкание выхода и большое дифференциальное напря­жение. Лучшие характеристики имеет схема, при­веденная на следующем рисунке, в которой применено инвертирующее включение операционных

Улучшенная схема двухполупериодного выпрямителя

Подключение сумматора на ОУ₂ обеспечивает двухполупериодное выпрямле­ние. Сумматор формирует напряжение

Учитывая предыдущую формулу, 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 (5 шт.), по сравнению со схемой на б).

Достоинства двух последних устройств объединяет прецизионный выпрямитель, схе­ма которого приведена наследующем рисунке.

Рассмотрим работу схемы при R ₁ = R ₂, по­лагая ОУ идеальными.

Прецизионный выпрямитель с общей обратной связью

При V _IN < 0 диод VD ₁ открыт, а диод VD ₂закрыт. Как следствие потенциалы входов усилителя ОУ₂ равны нулю, а напряжение на инвертирующем входе оу₁ совпадает с вход­ным. В таком случае усилитель ОУ₂ работает как инвертирующий повторитель и V _OUT = - V _IN, т. е. положительно. Если V _IN > 0, то диод VD ₁ закрыт, а диод VD ₂, открыт. Ток через резистор R ₁, а следовательно, и через R ₂ равен нулю, поэтому выход­ное напряжение схемы V _OUT совпадает с потенциалом инвертирующего входа оу₁ и, стало быть, равно входному напряжению. Аналитически это можно представить в виде

Замечательная по своей простоте схема двухполупериодного прецизионного выпря­мителя представлена на следующем рисунке.

Прецизионный бездиодный выпрямитель на ОУ с однополярным питанием

Она вообще не содержит диодов. Однако в этой схеме могут применяться только ОУ с полным размахом входных и выходных напряжений (rail-to-rail). Усилители питаются обязательно от однополярного источника.

Если V _IN > 0, то усилитель оу₁ работает как неинвертирующий повторитель. В этом случае усилитель ОУ₂ работает в дифференциальном включении и V _OUT = V _IN. При V _IN < 0 усилитель оу₁ переходит в отрицательное насыщение, напряжение на его выходе становится равным нулю (питание однополярное!). Тогда усилитель ОУ₂ переходит в режим инвертирующего повторителя, поэтому

Усилитель ОУ₂ всегда работает в линейном режиме, а напряжение на неинвертирующем входе оу₁ при V _IN < 0 становится меньше, чем напряжение отрицательного источника питания. Не все операционные усилители это допускают. Но, например, двухканальный ОУ ОР291 как нельзя лучше подходит для этой схемы. Его входы защищены от дифференциального перенапряжения встреч­но-параллельно включенными диодами, причем в цепи баз входных транзисто­ров включены резисторы сопротивлением 5 кОм. Это позволяет усилителю вы­держивать при однополярном питании входные напряжения до —15 В. В этом случае резистор R ₁ можно не включать. Иное дело двухканальный усилитель ОР296. Он не имеет защитных резисторов и при его применении в этой схеме необходимо включать резистор R ₁ = 2 кОм. Изготовитель рекомендует для этой схемы при напряжении питания 5 В диапазон входных сигналов ±1 В. Из-за то­го что усилитель ОУ₁ долго выходит из насыщения, частотный диапазон схемы оказывается довольно узким — для ОУ ОР291 он составляет всего О...2 кГц.

Поиск по сайту: