Rectificador de amp OP: función y salida la impedancia de transferencia

Question

Estoy trabajando en un EE estudiante de proyecto que utiliza un rectificador para mantener el valor de pico de una onda sinusoidal. Usted puede encontrar un PSpice pic de los esquemas de abajo (Ve es la entrada (1kHz), Vs es el volumen de producción).

Amp Op rectificador:

Realmente tengo problemas para analizar este pic. Es muy fácil cuando puedo sustituir el diodo por un corto (y olvidarse de los condensadores por ahora), entonces sólo tengo Vs = (2+R3/10k)Ve (el potenciómetro R3 da una ganancia variable) considerando el amplificador operacional es ideal. Hasta ahora, está bien.

Cuando Ve es positivo, el diodo está encendido y de que la parte superior de la relación entre Vo y Vs es la correcta, sabiendo que el 0,6 V caída de voltaje a través del diodo es compensada por el op amp. Cuando Ve es negativo, el diodo está apagado y el op-amp se satura en -Vsat detrás del diodo. Hasta ahora, ¿es correcto ?

Todo se vuelve más complicado cuando se nos pone en el condensador. Funciona perfectamente para mantener el valor de pico pero no entiendo todo. Cuando el diodo está encendido, la constante de tiempo debe ser muy pequeña, ¿no ? La impedancia de salida del amplificador operacional debe ser cercana a cero, de modo que la constante de tiempo tc = RC es muy pequeña, ¿verdad ?

Y cuando el diodo está apagado, todas las resistencias en el circuito de retroalimentación (R1, R2 y R3) vienen en la constante de tiempo y el tc se convierte en alto, ¿no ? Bien, entonces ¿por qué no el condensador siguiendo la señal cuando es positivo ? Y se quede en cero cuando está abajo ? Estoy seguro de que me estoy perdiendo algo simple, pero no sé qué...

Y, cuando llega el momento de encontrar el total de la función de transferencia Vs/Ve (para ambos casos, cuando el diodo está encendido y apagado), estoy completamente perdido. De la misma cuando se trata de encontrar la impedancia de salida...

Espero que expresa mí claramente (y mi inglés no era demasiado malo). Cualquier ayuda sería muy apreciada.

Answer 1

Con el diodo en cortocircuito, esto es sólo un ordinario amplificador no inversor. Tenga en cuenta que R2 y R3 forman una sola resistencia, sólo que es ajustable de 10 kΩ a 110 kw. Esto proporciona la variable ganancia de voltaje de 2x a 12x.

Con el diodo, todo volverá a ser normal siempre y cuando el amplificador operacional está tratando de conducir la salida más alta de lo que es. La salida del amplificador operacional es en realidad la caída de diodo mayor que la de salida en Vs. Debido a la retroalimentación, el opamp intenta conducir el lado izquierdo del diodo para lo que toma para conseguir el deseado Vs.

Cuando la Ve entrada va a la baja, el opamp volverá a tratar de hacer lo que se necesita en el lado izquierdo de la D1 a hacer Vs ser Cinco veces la ganancia. Sin embargo, en este caso no tendrá éxito. Todo lo que puede hacer es cerrar la salida de tan baja como va. Dado que el diodo no de la conducta, el resultado es, efectivamente, sólo vinculado a tierra a través de R1, R2 y R3 en la serie. Si el nivel bajo de voltaje de entrada persiste, que la resistencia de la serie se descarga de la tapa. La forma de onda será un decaimiento exponencial hacia la tierra con una constante de tiempo de (R1 + R2 + R3)*C.

El efecto neto es que el positivo picos de Cinco son seguidos en Vs con algunos de amplificación. Entre la entrada de los picos, Vs entrará en decadencia hacia 0. Esto a veces se llama un "detector" de circuito, y la cantidad de caries entre los picos está diseñado para ser pequeño en comparación con el valor de los picos de sí mismos. Cuando la señal de entrada es de CA junto, el resultado neto es un voltaje proporcional a la amplitud de la entrada.

Usted podría hacer un básico detector con sólo un diodo sesgada correctamente, pero la entrada y la salida sería a partir de la caída de diodo. Este circuito utiliza el amplificador operacional para compensar la caída de diodo.

Answer 2

Yo intento explicar todo tan claro como sea posible, pero Falstad simulaciones ayudará a entender en cada pieza. ^{_{Los enlaces están en las cabeceras}}

Amplificador no inversor:

Vamos a empezar desde la base, ignorando el diodo y el condensador: obtener un amplificador no inversor. Saltarse el potenciómetro de 100k para hacer las señales más legible, el Op-Amp de las fuerzas de las dos entradas de ser igual, y el divisor de voltaje hace que la entrada inversora a ser la mitad de la salida: $$ V_{-} = V_{S} \frac{R_{1}}{R_{1} + R_{2}} = \frac {V_{S}}{2} = V_{+} $$ $$ V_{S} = \frac {R_{1} + R_{2} + R_{3}} {R_{1}} V_{e} $$

Resultado: el resultado es 2 veces la Entrada.

Rectificador

Ahora el diodo entra en juego: en este nuevo circuito, la entrada sigue a la salida, cuando es positivo, y: $$ V_{-} = (V_{S} - V_{D}) \frac{R_{1}}{R_{1} + R_{2}} = \frac {V_{S} - V_{D}}{2} = V_{+} $$ $$ V_{S} = \frac {R_{1} + R_{2} + R_{3}} {R_{1}} V_{e} + V_{D} $$

Cuando la tensión de entrada va negativa, el Op-Amp intenta empujar el resultado más negativo para el equilibrio de sus entradas, pero el diodo es inversa sesgada y actúa como un circuito abierto; por lo tanto, el Op-Amp va en negativo de la saturación, las entradas ya no son iguales, y la única conductora de camino a la salida es a la tierra a través de las resistencias.

Lo que obtenemos es un rectificador de media onda.

Filtrado

Ahora vamos a poner en el condensador. Esto actúa como un filtro de paso bajo, el almacenamiento de la carga cuando la salida es positiva y la liberación que cuando llega a 0. De modo que la carga sea rápida, debido a que la corriente será suministrado por el Op-Amp a través del diodo, pero la descarga va a ser mucho más lento, porque va a suceder a través de una resistencia que varía entre 20k y 120k. $$ V_{S} = V_{sat}^{+} e^{- \frac{t}{RC}} $$ $$ RC = 20 \cdot 10^{3} \cdot 4.7 \cdot 10^{-6} = 94 ms $$

Por lo que el capacitor se descarga con una constante de tiempo (\$ \tau \$) de 94 ms (el tiempo de descarga de un 27% del valor inicial), pero el tiempo entre dos cargas es sólo la mitad de un período (en este caso 0,5 ms), por lo que tendrá que ir a $$ V_{S} = V_{sat}^{+} e^{- \frac{0.5}{94}} = 0.994 \cdot V_{sat}^{+} $$

Así, con el más pequeño de los comentarios de la resistencia que se descarga para el 99.4% del pico. El resultado es un muy bonito continua de la tensión de salida, con una pequeña ondulación debido a la carga/descarga.

---

El potenciómetro tiene dos efectos: en la fase de carga, se incrementa la ganancia del amplificador, ya que R(feedback) se hace más grande y el Op-Amp tiene que empujar la salida superior para equilibrar las entradas; en la fase de descarga, hace que la trayectoria de la descarga del condensador más resistente, el aumento de la constante de tiempo y así reducir la ondulación.

La función de transferencia y la resistencia de Salida

Para describir estos parámetros, hemos de considerar por separado el cargo y la **fases en la descarga, debido a que el circuito se comporta de forma diferente entre ambos y no es posible definir de forma única.

De carga de la fase de

Como hemos dicho, lo ideal es que el op-amp y el diodo tiene 0 resistencia de salida, por lo que el condensador está cargado al instante y

V_{S} = \frac { R_{1} + R_{2} + R_{3} }{ R_{1} } V_{e} + V_{D}

Vs = ( R1 + R2 + R3 / R1 ) Ve + Vd

^{(Látex está dando problemas)}

La impedancia de salida será el paralelo del condensador con la serie de la resistencia del diodo y el Op-Amp. Desde ambas resistencias son 0, por lo que será el total de la impedancia de salida.

Descarga de la fase de

Aquí no es posible definir la función de transferencia, como la salida dejará de ser dependiente en la entrada debido a que el diodo y el saturado Op-Amp.

La impedancia de salida se muestra en la figura:

Y será dada por:

Z_{salir} = R_{eq} || \frac {1}{sC}

Zout = Req || (1 / sC) ^{(Látex está dando problemas)}