정류기는 교류 (AC)를 직류 (DC)로 변환하는 회로입니다. 교류는 항상 시간이 지남에 따라 방향이 바뀌지 만 직류는 한 방향으로 계속 흐릅니다. 일반적인 정류기 회로에서는 다이오드를 사용하여 AC를 DC로 정류합니다. 그러나이 정류 방법은 회로에 대한 입력 전압이 일반적으로 0.7V 인 다이오드의 순방향 전압보다 큰 경우에만 사용할 수 있습니다. 앞에서 다이오드 기반 반파 정류기 및 전파 정류기 회로에 대해 설명했습니다.
이 문제를 극복하기 위해 정밀 정류기 회로 가 도입되었습니다. 정밀 정류기는 AC를 DC로 변환하는 또 다른 정류기이지만 정밀 정류기에서는 연산 증폭기를 사용하여 다이오드 양단의 전압 강하를 보상합니다. 또한 증폭기의 출력에서 약간의 이득을 갖도록 회로를 구성 할 수도 있습니다.
따라서이 튜토리얼에서는 op-amp를 사용하여 정밀 정류기 회로를 구축, 테스트, 적용 및 디버깅하는 방법을 보여 드리겠습니다. 이와 함께이 회로의 장단점에 대해서도 논의 할 것입니다. 그래서 더 이상 고민하지 않고 시작합시다.
정밀 정류기 회로 란?
정밀 정류기 회로에 대해 알아보기 전에 정류기 회로의 기본 사항을 명확히하겠습니다.
위의 그림은 전달 특성 이있는 이상적인 정류기 회로 의 특성을 보여줍니다. 이것은 입력 신호가 음수 일 때 출력이 0 볼트이고 입력 신호가 양수일 때 출력이 입력 신호를 따를 것이라는 것을 의미합니다.
위의 그림은 전달 특성이있는 실제 정류기 회로를 보여줍니다. 실제 정류기 회로에서 출력 파형은 적용된 입력 전압보다 0.7V 적으며 전달 특성은 다이어그램에 표시된 그림과 같습니다. 이 시점에서 다이오드는 적용된 입력 신호가 다이오드의 순방향 전압보다 약간 큰 경우에만 전도됩니다.
이제 기본 사항에서 벗어나 정밀 정류기 회로에 다시 초점을 맞 춥니 다.
정밀 정류기 작동
위의 회로는 LM358 Op-Amp 및 1n4148 다이오드가 있는 기본 반파 정밀 정류기 회로 를 보여줍니다. 연산 증폭기의 작동 방식을 배우려면이 연산 증폭기 회로를 따를 수 있습니다.
위의 회로는 입력과 정확히 동일한 정밀 정류기 회로의 입력 및 출력 파형도 보여줍니다. 이는 우리가 다이오드의 출력에서 피드백을 받고 연산 증폭기가 다이오드의 전압 강하를 보상하기 때문입니다. 따라서 다이오드는 이상적인 다이오드처럼 작동합니다.
이제 위의 이미지에서 Op-Amp의 입력 단자에 입력 신호의 양 및 음의 반주기가 적용될 때 어떤 일이 발생하는지 명확하게 볼 수 있습니다. 회로는 또한 회로의 전달 특성을 보여줍니다.
그러나 실제 회로에서는 위의 그림과 같은 출력을 얻지 못할 것입니다. 그 이유를 말씀 드리겠습니다.
내 오실로스코프에서 입력의 노란색 신호와 녹색 신호가 출력입니다. 반파 정류를 얻는 대신 일종의 전파 정류를 얻고 있습니다.
위의 이미지는 다이오드가 꺼 졌을 때, 음의 반주기는 신호가 저항을 통해 출력으로 흐르는 것을 보여줍니다. 그래서 출력과 같은 전파 정류를 얻지 만 이것은 실제가 아닙니다 케이스.
1K 부하를 연결하면 어떻게되는지 살펴 보겠습니다 .
회로는 위의 이미지와 같습니다.
출력은 위의 이미지와 같습니다.
2 개의 9.1K 저항과 1K 저항으로 전압 분배기 회로를 실제로 형성했기 때문에 출력이 이와 같이 보입니다. 이것이 신호의 입력 양의 절반이 방금 감쇠 된 이유입니다.
다시, 위의 이미지는 부하 저항 값을 1K에서 220R로 변경하면 어떤 일이 발생하는지 보여줍니다.
이것은이 회로가 가진 최소한의 문제가 아닙니다.
위의 이미지는 회로의 출력이 0V 미만으로 떨어지고 특정 스파이크 후에 상승 하는 언더 슈트 상태를 보여줍니다.
위의 이미지는 부하가있는 경우와없는 경우 위에서 언급 한 두 회로에 대한 언더 슈트 조건을 보여줍니다. 그 이유는 입력 신호가 0 아래로 내려갈 때마다 연산 증폭기가 음의 채도 영역 으로 들어가고 결과가 표시된 이미지이기 때문입니다.
또 다른 이유는 입력 전압이 포지티브에서 네거티브로 변동 할 때마다 연산 증폭기 피드백이 작동하고 출력을 안정화하는 데 시간이 걸리며, 이것이 바로 스파이크가 0V 미만으로 떨어지게되는 이유입니다. 산출.
이것은 슬 루율이 낮은 젤리 빈 LM358 연산 증폭기를 사용하고 있기 때문에 발생 합니다. 슬 루율이 더 높은 연산 증폭기를 설치하면이 문제를 해결할 수 있습니다. 그러나 이것은 회로 의 더 높은 주파수 범위 에서도 발생할 것임을 명심 하십시오.
수정 된 정밀 정류기 회로
위의 그림은 위에서 언급 한 모든 결함과 단점을 줄일 수 있는 수정 된 정밀 정류기 회로 를 보여줍니다. 회로를 연구하고 어떻게 작동하는지 알아 봅시다.
이제 위의 회로에서 정현파 신호의 양의 절반이 입력으로 적용되면 다이오드 D2가 전도되는 것을 볼 수 있습니다. 이제 위에 표시된 경로 (노란색 선)가 완료되고 연산 증폭기가 반전 증폭기 역할을합니다. P1 지점을 보면 해당 지점에서 가상 접지가 형성되므로 전압이 0V이므로 전류가 저항 R19를 통해 흐르고 출력 지점 P2에서 연산 증폭기가 다이오드 강하를 보상하기 때문에 전압은 음의 0.7V이므로 전류가 P3 지점으로 갈 수있는 방법이 없습니다. 따라서 이것이 Op 앰프의 입력에 신호의 양의 반주기가 적용될 때마다 0V 출력을 달성 한 방법입니다.
이제 사인파 AC 신호의 음의 절반을 연산 증폭기의 입력에 적용했다고 가정 해 보겠습니다. 이는 적용된 입력 신호가 0V 미만임을 의미합니다.
이 시점에서 다이오드 D2는 역 바이어스 상태에 있으며 이는 개방 회로임을 의미합니다. 위의 이미지는 정확하게 알려줍니다.
다이오드 D2가 역 바이어스 상태에 있기 때문에 전류는 저항 R22를 통해 흐르고 P1 지점에서 가상 접지를 형성합니다. 이제 입력 신호의 음의 절반이 적용되면 반전 증폭기로 출력에서 양의 신호를 얻습니다. 그리고 다이오드가 전도되고 P3 지점에서 보상 된 출력을 얻습니다.
이제 출력 전압은 -Vin / R2 = Vout / R1이됩니다.
따라서 출력 전압은 Vout = -R2 / R1 * Vin이됩니다.
이제 오실로스코프에서 회로의 출력을 관찰 해 보겠습니다.
부하가 부착되지 않은 회로의 실제 출력이 위 이미지에 나와 있습니다.
이제 회로 분석에 관해서는 반파 정류기 회로가 충분하지만 실제 회로에 관해서는 반파 정류기가 실용적이지 않습니다.
그 이유 때문에 전파 정류기 회로가 도입되었습니다. 전파 정밀 정류기 를 구현 하려면 합산 증폭기를 만들기 만하면됩니다. 기본적으로 그게 전부입니다.
연산 증폭기를 사용하는 정밀 전파 정류기
전파 정밀 정류기 회로 를 만들기 위해 앞서 언급 한 반파 정류기 회로의 출력에 합산 증폭기를 추가했습니다. 지점에서 P1에서 지점 P2까지가 기본 정밀 정류기 회로이고 다이오드는 출력에서 음의 전압을 얻도록 구성됩니다.
지점에서 P2에서 지점 P3은 합산 증폭기이고 정밀 정류기의 출력은 저항 R3을 통해 합산 증폭기로 공급됩니다. 저항 R3의 값은 R5의 절반이거나 연산 증폭기에서 2X 이득을 설정하는 방법 인 R5 / 2라고 말할 수 있습니다.
지점 P1의 입력은 저항 R4의 도움으로 합산 증폭기에 공급되고 저항 R4 및 R5는 연산 증폭기의 이득을 1X로 설정합니다.
포인트 P2의 출력은 이득이 2X 인 합산 증폭기에 직접 공급되므로 출력 전압이 입력 전압의 2 배가됩니다. 입력 전압이 2V 피크라고 가정하면 출력에서 4V 피크를 얻을 수 있습니다. 동시에 1X의 이득으로 입력을 합산 증폭기에 직접 공급합니다.
이제 합산 작업이 발생하면 출력에서 (-4V) + (+ 2V) = -2V이고 출력에서 연산 증폭기로 합산 전압을 얻습니다. 연산 증폭기가 반전 증폭기로 구성되어 있으므로 P3 지점 인 출력에서 + 2V를 얻게됩니다.
입력 신호의 네거티브 피크가 적용될 때도 마찬가지입니다.
위의 이미지는 회로의 최종 출력을 보여줍니다. 파란색 의 파형은 입력 이고 노란색 의 파형은 반파 정류기 회로 의 출력이며 녹색 의 파형은 전파 정류기 회로 의 출력입니다.
필요한 구성 요소
- LM358 연산 증폭기 IC-2
- 6.8K, 1 % 저항-8
- 1K 저항-2
- 1N4148 다이오드-4
- 브레드 보드-1
- 점퍼 와이어-10
- 전원 공급 장치 (± 10V)-1
개략도
연산 증폭기를 사용하는 반파 및 전파 정밀 정류기의 회로도 는 다음과 같습니다.
이 데모를 위해 회로는 회로도를 사용하여 납땜없는 브레드 보드로 구성됩니다. 기생 인덕턴스와 커패시턴스를 줄이기 위해 가능한 한 가깝게 구성 요소를 연결했습니다.
추가 향상
고주파 노이즈를 제거하기 위해 추가 필터를 추가 할 수있는 것처럼 성능을 향상시키기 위해 회로를 추가로 수정할 수 있습니다.
이 회로는 데모 용으로 만 만들어졌습니다. 실제 애플리케이션에서이 회로를 사용하려는 경우 절대 안정성을 달성하기 위해 초퍼 유형 연산 증폭기 및 고정밀 0.1 옴 저항을 사용해야합니다.
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