Mạch chỉnh lưu chính xác nửa sóng và toàn sóng sử dụng Op-Amp: Bộ chỉnh lưu là một mạch chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một chiều (DC). Dòng điện xoay chiều luôn đổi chiều theo thời gian nhưng dòng điện một chiều chạy liên tục theo một chiều. Trong một mạch chỉnh lưu điển hình, chúng tôi sử dụng điốt để chỉnh lưu AC thành DC. Nhưng phương pháp chỉnh lưu này chỉ có thể được sử dụng nếu điện áp đầu vào của mạch lớn hơn điện áp chuyển tiếp của diode thường là 0,7V.
Để khắc phục vấn đề này, mạch chỉnh lưu chính xác đã được giới thiệu. Bộ chỉnh lưu chính xác là một bộ chỉnh lưu khác chuyển đổi AC thành DC, nhưng trong bộ chỉnh lưu chính xác, chúng tôi sử dụng một op-amp để bù cho sự sụt giảm điện áp trên diode, đó là lý do tại sao chúng tôi không bị mất điện áp 0,6V hoặc 0,7V trên điốt, mạch cũng có thể được xây dựng để có một số khuếch đại ở đầu ra của bộ khuếch đại.
Vì vậy, trong hướng dẫn này, tôi sẽ chỉ cho bạn cách bạn có thể xây dựng, kiểm tra, áp dụng và gỡ lỗi một mạch chỉnh lưu chính xác bằng op-amp . Bên cạnh đó, tôi cũng sẽ thảo luận về một số ưu và nhược điểm của mạch này. Vì vậy, không cần phải quảng cáo thêm, chúng ta hãy bắt đầu.
Mạch chỉnh lưu chính xác là gì?
Trước khi chúng ta biết về mạch chỉnh lưu chính xác, chúng ta hãy làm rõ những điều cơ bản về mạch chỉnh lưu.
Hình trên cho thấy các đặc tính của một mạch chỉnh lưu lý tưởng với các đặc tính truyền của nó. Điều này ngụ ý khi tín hiệu đầu vào là âm, đầu ra sẽ bằng 0 volt và khi tín hiệu đầu vào là dương thì đầu ra sẽ theo tín hiệu đầu vào.
Hình trên mô tả một mạch chỉnh lưu thực tế với các đặc tính truyền của nó. Trong một mạch chỉnh lưu thực tế, dạng sóng đầu ra sẽ nhỏ hơn 0,7 volt so với điện áp đầu vào được áp dụng và đặc tính truyền sẽ giống như hình vẽ trong sơ đồ. Tại thời điểm này, diode sẽ chỉ dẫn điện nếu tín hiệu đầu vào được áp dụng lớn hơn một chút so với điện áp chuyển tiếp của diode.
Bây giờ là vấn đề cơ bản, chúng ta hãy chuyển sự tập trung của chúng ta trở lại mạch chỉnh lưu chính xác.
Hoạt động của bộ chỉnh lưu chính xác
Mạch trên cho thấy một mạch chỉnh lưu chính xác nửa sóng cơ bản với một Op-Amp LM358 và một diode 1n4148.
Mạch trên cũng cho bạn thấy dạng sóng đầu vào và đầu ra của mạch chỉnh lưu chính xác bằng đầu vào. Đó là bởi vì chúng tôi đang lấy phản hồi từ đầu ra của diode và op-amp bù cho bất kỳ sự sụt giảm điện áp nào trên diode. Vì vậy, diode hoạt động giống như một diode lý tưởng.
Bây giờ trong hình ảnh trên, bạn có thể thấy rõ điều gì sẽ xảy ra khi một nửa chu kỳ âm và dương của tín hiệu đầu vào được áp dụng trong thiết bị đầu cuối đầu vào của Op-Amp. Mạch điện cũng thể hiện đặc tính truyền của mạch.
Nhưng trong một mạch thực tế, bạn sẽ không nhận được đầu ra như trong hình trên, hãy để tôi cho bạn biết tại sao?
Trong máy hiện sóng của tôi, tín hiệu màu vàng ở đầu vào và tín hiệu màu xanh lá cây là đầu ra. Thay vì nhận được chỉnh lưu nửa sóng, chúng tôi đang nhận được một loại chỉnh lưu toàn sóng.
Hình ảnh trên cho bạn thấy khi diode tắt, nửa chu kỳ âm là của tín hiệu chảy qua điện trở trên đầu ra và đó là lý do tại sao chúng tôi đang nhận được chỉnh lưu toàn sóng như đầu ra, nhưng đây không phải là trường hợp thực tế .
Hãy xem điều gì sẽ xảy ra khi chúng ta kết nối tải 1K.
Mạch có dạng như hình trên.
Đầu ra giống như hình trên.
Đầu ra trông như thế này vì thực tế chúng ta đã tạo thành một mạch phân áp với hai điện trở 9,1K và 1K, đó là lý do tại sao nửa dương đầu vào của tín hiệu chỉ bị suy giảm.
Một lần nữa, hình ảnh trên cho bạn thấy điều gì sẽ xảy ra khi tôi thay đổi giá trị điện trở tải thành 220R từ 1K.
Đây không phải là vấn đề nhỏ nhất mà mạch này gặp phải.
Hình ảnh trên cho bạn thấy một điều kiện thiếu điện trong đó đầu ra của mạch xuống dưới 0 volt và tăng lên sau một mức tăng đột biến nhất định.
Hình ảnh trên cho bạn thấy điều kiện thiếu cho cả hai mạch nêu trên, có tải và không tải. Đó là bởi vì, bất cứ khi nào tín hiệu đầu vào xuống dưới 0, op-amp sẽ đi vào vùng bão hòa âm và kết quả là hình ảnh hiển thị.
Một lý do khác mà chúng ta có thể nói rằng, bất cứ khi nào điện áp đầu vào thay đổi từ dương sang âm, sẽ mất một thời gian trước khi phản hồi op-amps hoạt động và ổn định đầu ra, và đây là lý do tại sao chúng tôi nhận được mức tăng đột biến dưới 0 volt trên đầu ra.
Điều này đang xảy ra vì tôi đang sử dụng op-amp hạt thạch đậu LM358 có tốc độ xoay. Bạn có thể giải quyết vấn đề này, chỉ bằng cách đặt một op-amp có tốc độ xoay cao hơn . Nhưng hãy nhớ rằng điều này cũng sẽ xảy ra ở dải tần số cao hơn của mạch.
Trong điện tử, tốc độ xoay được định nghĩa là sự thay đổi của điện áp hoặc dòng điện, hoặc bất kỳ đại lượng điện nào khác, trên một đơn vị thời gian. Được biểu thị bằng đơn vị SI, đơn vị đo là volt / giây hoặc ampe / giây
Mạch chỉnh lưu chính xác sửa đổi
Hình trên mô tả một mạch chỉnh lưu chính xác đã được sửa đổi mà qua đó chúng ta có thể giảm thiểu tất cả các khuyết điểm và nhược điểm nêu trên. Chúng ta hãy nghiên cứu mạch và tìm ra cách nó hoạt động.
Bây giờ trong mạch trên, bạn có thể thấy rằng diode D2 sẽ dẫn nếu nửa dương của tín hiệu hình sin được áp dụng làm đầu vào. Bây giờ đường dẫn được hiển thị ở trên (với đường màu vàng) đã hoàn thành và Op-amp đang hoạt động như một bộ khuếch đại đảo ngược, nếu chúng ta nhìn vào điểm P1, điện áp là 0V như một mặt đất ảo được hình thành tại điểm đó, vì vậy dòng điện không thể chảy qua điện trở R19, và ở điểm đầu ra P2, điện áp là âm 0,7V vì op-amp đang bù cho sự sụt giảm của diode, vì vậy không có cách nào để dòng điện có thể đi đến điểm P3. Vì vậy, đó là cách chúng tôi đã đạt được đầu ra 0V bất cứ khi nào một nửa chu kỳ dương của tín hiệu được áp dụng cho đầu vào của Op-amp.
Bây giờ, chúng ta hãy giả sử rằng chúng ta đã áp dụng nửa âm của tín hiệu xoay chiều hình sin cho đầu vào của op-amp. Điều đó có nghĩa là tín hiệu đầu vào được áp dụng nhỏ hơn 0V.
Tại thời điểm này, Diode D2 ở trong điều kiện phân cực ngược có nghĩa là nó là một mạch hở. Hình ảnh trên cho bạn biết chính xác điều đó.
Khi Diode D2 ở điều kiện phân cực ngược, dòng điện sẽ chạy qua điện trở R22 tạo thành một mặt đất ảo tại điểm P1. Bây giờ khi nửa âm của tín hiệu đầu vào được áp dụng, chúng ta sẽ nhận được tín hiệu tích cực ở đầu ra dưới dạng bộ khuếch đại đảo ngược của nó. Và diode sẽ dẫn và chúng ta sẽ nhận được đầu ra bù tại điểm P3.
Bây giờ điện áp đầu ra sẽ là -Vin / R2 = Vout / R1
Vì vậy, điện áp đầu ra trở thành Vout = -R2 / R1 * Vin
Bây giờ chúng ta hãy quan sát đầu ra của mạch trong máy hiện sóng.
Đầu ra thực tế của mạch không kèm theo bất kỳ tải nào được hiển thị trong hình trên.
Bây giờ khi nói đến phân tích mạch, một mạch chỉnh lưu nửa sóng là đủ tốt, nhưng khi nói đến một mạch thực tế, bộ chỉnh lưu nửa sóng không có ý nghĩa thực tế.
Chính vì lý do đó, mạch chỉnh lưu toàn sóng ra đời, để đạt được chỉnh lưu chính xác toàn sóng, tôi chỉ cần làm một bộ khuếch đại tổng , về cơ bản là vậy.
Chỉnh lưu toàn sóng chính xác sử dụng Op-Amp
Để tạo mạch chỉnh lưu chính xác toàn sóng, tôi vừa thêm một bộ khuếch đại tổng vào đầu ra của mạch chỉnh lưu nửa sóng đã đề cập trước đó. Từ điểm, P1 đến điểm P2 là mạch chỉnh lưu chính xác cơ bản và diode được cấu hình để chúng ta nhận được điện áp âm ở đầu ra.
Từ điểm, P2 đến điểm P3 là bộ khuếch đại tổng, đầu ra từ bộ chỉnh lưu chính xác được đưa đến bộ khuếch đại tổng thông qua điện trở R3. Giá trị của điện trở R3 là một nửa của R5 hoặc bạn có thể nói đó là R5 / 2, đó là cách chúng tôi thiết lập mức tăng 2X từ op-amp.
Đầu vào từ điểm P1 cũng được đưa đến bộ khuếch đại tổng với sự trợ giúp của điện trở R4, các điện trở R4 và R5 chịu trách nhiệm thiết lập độ lợi của op-amp thành 1X.
Vì đầu ra từ Điểm P2 được đưa trực tiếp đến bộ khuếch đại tổng với độ lợi 2X, điều đó có nghĩa là điện áp đầu ra sẽ gấp 2 lần điện áp đầu vào. Giả sử điện áp đầu vào là đỉnh 2V, vì vậy chúng ta sẽ nhận được đỉnh 4V ở đầu ra. Đồng thời, chúng tôi đang cung cấp trực tiếp đầu vào cho bộ khuếch đại tổng hợp với độ lợi 1X.
Bây giờ khi hoạt động tổng hợp xảy ra, chúng tôi nhận được điện áp tổng hợp ở đầu ra là (-4V) + (+ 2V) = -2V và là op-amp ở đầu ra. Vì op-amp được cấu hình như một bộ khuếch đại đảo ngược, chúng ta sẽ nhận được + 2V ở đầu ra là điểm P3.
Điều tương tự cũng xảy ra khi áp dụng đỉnh âm của tín hiệu đầu vào.
Hình trên cho thấy đầu ra cuối cùng của mạch, dạng sóng có màu xanh lam là Đầu vào và dạng sóng màu Vàng là đầu ra từ mạch chỉnh lưu nửa sóng và dạng sóng có màu xanh lá cây là đầu ra của mạch chỉnh lưu toàn sóng.
Thành phần bắt buộc Mạch chỉnh lưu chính xác
- IC op-amp LM358 – 2
- 6.8K, 1% điện trở – 8
- Điện trở 1K – 2
- 1N4148 Diode – 4
- Bảng bánh mì – 1
- Dây nhảy – 10
- Nguồn cung cấp (± 10V) – 1
Sơ đồ Mạch chỉnh lưu chính xác
Sơ đồ mạch cho bộ chỉnh lưu chính xác nửa sóng và toàn sóng sử dụng op-amp được đưa ra dưới đây:
Đối với trình diễn này, mạch được xây dựng trong một breadboard không hàn, với sự trợ giúp của sơ đồ; Để giảm độ tự cảm và điện dung ký sinh, tôi đã kết nối các thành phần càng gần càng tốt.
Cải tiến thêm Mạch chỉnh lưu chính xác
Mạch có thể được sửa đổi thêm để cải thiện hiệu suất của nó như chúng ta có thể thêm một bộ lọc bổ sung để loại bỏ tiếng ồn tần số cao.
Mạch này chỉ được thực hiện cho mục đích trình diễn. Nếu bạn đang nghĩ đến việc sử dụng mạch này trong một ứng dụng thực tế, bạn phải sử dụng op-amp loại chopper và điện trở 0,1 ôm có độ chính xác cao để đạt được độ ổn định tuyệt đối.