Gleichrichter
AC und DC sind zwei häufige Begriffe, denen Sie beim Studium des elektrischen Ladungsflusses begegnen. Alternating Current (AC)hat die Eigenschaft, seinen Zustand kontinuierlich zu ändern. Wenn wir beispielsweise eine Sinuswelle betrachten, fließt der Strom für eine positive Halbwelle in eine Richtung und für eine negative Halbwelle in die entgegengesetzte Richtung. Andererseits,Direct Current (DC) fließt nur in eine Richtung.
Eine elektronische Schaltung, die entweder ein Gleichstromsignal oder ein gepulstes Gleichstromsignal erzeugt, wenn ein Wechselstromsignal an sie angelegt wird, wird als a bezeichnet rectifier. In diesem Kapitel werden Gleichrichter auf Operationsverstärkerbasis ausführlich beschrieben.
Arten von Gleichrichtern
Gleichrichter werden in zwei Typen eingeteilt: Half wave rectifier und Full wave rectifier. In diesem Abschnitt werden diese beiden Typen ausführlich erläutert.
Halbwellengleichrichter
EIN half wave rectifier ist ein Gleichrichter, der positive Halbzyklen am Ausgang für eine Halbwelle des Eingangs und Nullausgänge für die andere Halbwelle des Eingangs erzeugt.
Das circuit diagram eines Halbwellengleichrichters ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Beachten Sie, dass das oben gezeigte Schaltbild eines Halbwellengleichrichters wie ein invertierender Verstärker mit zwei zusätzlichen Dioden D 1 und D 2 aussieht .
Das working der oben gezeigten Halbwellengleichrichterschaltung wird nachstehend erläutert
Für die positive half cycledes sinusförmigen Eingangs ist der Ausgang des Operationsverstärkers negativ. Daher wird die Diode D 1 in Vorwärtsrichtung vorgespannt.
Wenn sich die Diode D 1 in Vorwärtsrichtung befindet, beträgt die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers -0,7 V. Die Diode D 2 ist also in Sperrrichtung vorgespannt. Daher dieoutput voltage der obigen Schaltung ist zero Volt.
Daher gibt es no (zero) output eines Halbwellengleichrichters für die positive Halbwelle eines sinusförmigen Eingangs.
Für die negative half cycledes sinusförmigen Eingangs ist der Ausgang des Operationsverstärkers positiv. Daher sind die Dioden D 1 und D 2 in Sperrrichtung bzw. in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Die Ausgangsspannung der obigen Schaltung beträgt also -
$$ V_0 = - \ left (\ frac {R_f} {R_1} \ right) V_1 $$
Daher ist der Ausgang eines Halbwellengleichrichters a positive half cycle für eine negative Halbwelle des sinusförmigen Eingangs.
Wellenformen
Das input und output waveforms eines Halbwellengleichrichters sind in der folgenden Abbildung dargestellt
Wie Sie aus dem obigen Diagramm sehen können, wird das von uns diskutierte Halbwellengleichrichter-Schaltbild erzeugt positive half cycles für negative Halbwellen des sinusförmigen Eingangs und Nullausgang für positive Halbwellen des sinusförmigen Eingangs
Vollweggleichrichter
EIN full wave rectifier erzeugt positive Halbzyklen am Ausgang für beide Halbzyklen des Eingangs.
Das circuit diagram eines Vollweggleichrichters ist in der folgenden Abbildung dargestellt -
Das obige Schaltbild besteht aus zwei Operationsverstärkern, zwei Dioden D 1 und D 2 und fünf Widerständen R 1 bis R 5 . Dasworking der oben gezeigten Vollweggleichrichterschaltung wird nachstehend erläutert -
Für die positive half cycleBei einem sinusförmigen Eingang ist der Ausgang des ersten Operationsverstärkers negativ. Daher sind die Dioden D 1 und D 2 in Vorwärts- bzw. Rückwärtsrichtung vorgespannt.
Dann beträgt die Ausgangsspannung des ersten Operationsverstärkers -
$$ V_ {01} = - \ left (\ frac {R_2} {R_1} \ right) V_i $$
Beachten Sie, dass der Ausgang des ersten Operationsverstärkers mit einem Widerstand R 4 verbunden ist , der mit dem invertierenden Anschluss des zweiten Operationsverstärkers verbunden ist. Die am nichtinvertierenden Anschluss des zweiten Operationsverstärkers anliegende Spannung beträgt 0 V. Der zweite Operationsverstärker mit den Widerständen R 4 und R 4 wirkt also alsinverting amplifier.
Die Ausgangsspannung des zweiten Operationsverstärkers beträgt
$$ V_0 = - \ left (\ frac {R_5} {R_4} \ right) V_ {01} $$
Substituting den Wert von $ V_ {01} $ in der obigen Gleichung erhalten wir -
$$ => V_ {0} = - \ left (\ frac {R_5} {R_4} \ right) \ left \ {- \ left (\ frac {R_2} {R_1} \ right) V_ {i} \ right \ } $$
$$ => V_ {0} = \ left (\ frac {R_2R_5} {R_1R_4} \ right) V_ {i} $$
Daher ist der Ausgang eines Vollweggleichrichters eine positive Halbwelle für die positive half cycleeines sinusförmigen Eingangs. In diesem Fall beträgt die Verstärkung der Ausgabe $ \ frac {R_2R_5} {R_1R_4} $. Wenn wir $ R_ {1} = R_ {2} = R_ {4} = R_ {5} = R $ betrachten, ist die Verstärkung der Ausgabe eins.
Für die negative half cycleBei einem sinusförmigen Eingang ist der Ausgang des ersten Operationsverstärkers positiv. Daher sind die Dioden D 1 und D 2 in Sperrrichtung bzw. in Vorwärtsrichtung vorgespannt.
Die Ausgangsspannung des ersten Operationsverstärkers beträgt -
$$ V_ {01} = - \ left (\ frac {R_3} {R_1} \ right) V_ {i} $$
Der Ausgang des ersten Operationsverstärkers ist direkt mit dem nicht invertierenden Anschluss des zweiten Operationsverstärkers verbunden. Nun fungiert der zweite Operationsverstärker mit den Widerständen R 4 und R 5 alsnon-inverting amplifier.
Die Ausgangsspannung des zweiten Operationsverstärkers beträgt -
$$ V_ {0} = \ left (1+ \ frac {R_5} {R_4} \ right) V_ {01} $$
Substituting Den Wert von $ V_ {01} $ in der obigen Gleichung erhalten wir
$$ => V_ {0} = \ left (1+ \ frac {R_5} {R_4} \ right) \ left \ {- \ left (\ frac {R_3} {R_1} \ right) V_ {i} \ right \} $$
$$ => V_ {0} = - \ left (\ frac {R_3} {R_1} \ right) \ left (1+ \ frac {R_5} {R_4} \ right) V_ {i} $$
Daher ist der Ausgang eines Vollweggleichrichters a positive half cycleauch für den negativen Halbzyklus des sinusförmigen Eingangs. In diesem Fall beträgt die Größe der Verstärkung der Ausgabe $ \ left (\ frac {R_3} {R_1} \ right) \ left (1+ \ frac {R_5} {R_4} \ right) $. Wenn wir $ R_ {1} = 2R_ {3} = R_ {4} = R_ {5} = R $ betrachten, ist die Verstärkung der Ausgabeone.
Das input und output waveforms eines Vollweggleichrichters sind in der folgenden Abbildung dargestellt
Wie Sie in der obigen Abbildung sehen können, wird das von uns betrachtete Vollwellengleichrichter-Schaltbild nur erzeugt positive half cycles für sowohl positive als auch negative Halbzyklen eines sinusförmigen Eingangs.