Выпрямители
AC и DC - это два часто встречающихся термина, с которыми вы сталкиваетесь при изучении потока электрического заряда. Alternating Current (AC)имеет свойство непрерывно изменять свое состояние. Например, если мы рассматриваем синусоидальную волну, ток течет в одном направлении для положительного полупериода и в противоположном направлении для отрицательного полупериода. С другой стороны,Direct Current (DC) течет только в одном направлении.
Электронная схема, которая производит либо сигнал постоянного тока, либо пульсирующий сигнал постоянного тока, когда к ней применяется сигнал переменного тока, называется rectifier. В этой главе подробно рассматриваются выпрямители на базе операционных усилителей.
Типы выпрямителей
Выпрямители делятся на два типа: Half wave rectifier и Full wave rectifier. В этом разделе подробно рассматриваются эти два типа.
Полуволновой выпрямитель
А half wave rectifier представляет собой выпрямитель, который производит положительные полупериоды на выходе для одного полупериода входа и нулевой выход для другого полупериода входа.
В circuit diagram однополупериодного выпрямителя показано на следующем рисунке.
Обратите внимание, что принципиальная схема полуволнового выпрямителя, показанная выше, выглядит как инвертирующий усилитель с двумя диодами D 1 и D 2 в дополнение.
В working схемы однополупериодного выпрямителя, показанной выше, объясняется ниже.
Для positive half cycleсинусоидального входа, выход операционного усилителя будет отрицательным. Следовательно, диод D 1 будет смещен в прямом направлении.
Когда диод D 1 находится в прямом смещении, выходное напряжение операционного усилителя будет -0,7 В. Таким образом, диод D 2 будет смещен в обратном направлении. Следовательноoutput voltage приведенной выше схемы zero вольт.
Следовательно, есть no (zero) output полуволнового выпрямителя для положительного полупериода синусоидального входа.
Для negative half cycleсинусоидального входа, выход операционного усилителя будет положительным. Следовательно, диоды D 1 и D 2 будут иметь обратное смещение и прямое смещение соответственно. Итак, выходное напряжение вышеуказанной схемы будет -
$$ V_0 = - \ left (\ frac {R_f} {R_1} \ right) V_1 $$
Следовательно, на выходе полуволнового выпрямителя будет positive half cycle для отрицательного полупериода синусоидального входа.
Формы волн
В input и output waveforms полупериодного выпрямителя показаны на следующем рисунке.
Как видно из приведенного выше графика, схема полуволнового выпрямителя, которую мы обсуждали, будет производить positive half cycles для отрицательных полупериодов синусоидального входа и нулевого выхода для положительных полупериодов синусоидального входа
Двухполупериодный выпрямитель
А full wave rectifier производит положительные полупериоды на выходе для обоих полупериодов входа.
В circuit diagram двухполупериодного выпрямителя показано на следующем рисунке -
Приведенная выше принципиальная схема состоит из двух операционных усилителей, двух диодов D 1 и D 2 и пяти резисторов с R 1 по R 5 . Вworking схемы двухполупериодного выпрямителя, показанной выше, объясняется ниже -
Для positive half cycleсинусоидального входа, выход первого операционного усилителя будет отрицательным. Следовательно, диоды D 1 и D 2 будут смещены в прямом и обратном направлении соответственно.
Тогда выходное напряжение первого операционного усилителя будет -
$$ V_ {01} = - \ left (\ frac {R_2} {R_1} \ right) V_i $$
Обратите внимание, что выход первого операционного усилителя подключен к резистору R 4 , который подключен к инвертирующему выводу второго операционного усилителя. Напряжение на неинвертирующем выводе второго операционного усилителя равно 0 В. Таким образом, второй операционный усилитель с резисторами R 4 и R 4 действует какinverting amplifier.
Выходное напряжение второго операционного усилителя будет
$$ V_0 = - \ left (\ frac {R_5} {R_4} \ right) V_ {01} $$
Substituting значение $ V_ {01} $ в приведенном выше уравнении, мы получаем -
$$ => V_ {0} = - \ left (\ frac {R_5} {R_4} \ right) \ left \ {- \ left (\ frac {R_2} {R_1} \ right) V_ {i} \ right \ } $$
$$ => V_ {0} = \ left (\ frac {R_2R_5} {R_1R_4} \ right) V_ {i} $$
Следовательно, выход двухполупериодного выпрямителя будет положительным полупериодом для positive half cycleсинусоидального входа. В этом случае усиление выхода составляет $ \ frac {R_2R_5} {R_1R_4} $. Если мы рассмотрим $ R_ {1} = R_ {2} = R_ {4} = R_ {5} = R $, то усиление на выходе будет равно единице.
Для negative half cycleсинусоидального входа, выход первого операционного усилителя будет положительным. Следовательно, диоды D 1 и D 2 будут иметь обратное смещение и прямое смещение соответственно.
Выходное напряжение первого операционного усилителя будет -
$$ V_ {01} = - \ left (\ frac {R_3} {R_1} \ right) V_ {i} $$
Выход первого операционного усилителя напрямую подключен к неинвертирующему выводу второго операционного усилителя. Теперь второй операционный усилитель с резисторами R 4 и R 5 действует какnon-inverting amplifier.
Выходное напряжение второго операционного усилителя будет -
$$ V_ {0} = \ left (1+ \ frac {R_5} {R_4} \ right) V_ {01} $$
Substituting значение $ V_ {01} $ в приведенном выше уравнении, мы получаем
$$ => V_ {0} = \ left (1+ \ frac {R_5} {R_4} \ right) \ left \ {- \ left (\ frac {R_3} {R_1} \ right) V_ {i} \ right \} $$
$$ => V_ {0} = - \ left (\ frac {R_3} {R_1} \ right) \ left (1+ \ frac {R_5} {R_4} \ right) V_ {i} $$
Следовательно, выход двухполупериодного выпрямителя будет positive half cycleтакже для отрицательного полупериода синусоидального входа. В этом случае величина усиления на выходе равна $ \ left (\ frac {R_3} {R_1} \ right) \ left (1+ \ frac {R_5} {R_4} \ right) $. Если мы рассмотрим $ R_ {1} = 2R_ {3} = R_ {4} = R_ {5} = R $, то усиление на выходе будетone.
В input и output waveforms двухполупериодного выпрямителя показаны на следующем рисунке.
Как вы можете видеть на рисунке выше, схема двухполупериодного выпрямителя, которую мы рассмотрели, будет производить только positive half cycles как для положительных, так и для отрицательных полупериодов синусоидального входа.