Усовершенствованная схема активного выпрямителя

Reza Moghimi

EDN

Выпрямители преобразуют сигналы переменного тока в сигналы постоянного тока. Однополупериодный выпрямитель можно сделать с помощью диода и резистора нагрузки, но при условии, что амплитуда сигнала намного больше прямого падения напряжения на диоде (типовое значение 0.6 В). К сожалению, для выпрямления сигналов, уровень которых меньше падения напряжения на диоде, этот метод использовать нельзя. Для таких приложений разработаны активные выпрямители, в которых используются усилители. Диод включается в цепь обратной связи усилителя (Рисунок 1). При VIN >0 В диод обеспечивает отрицательную обратную связь, и выходное напряжение отслеживает входное (VOUT2 = VIN). Если VIN < 0 В, то диод не проводит ток, обратная связь усилителя разорвана, и VOUT2 ≈ 0 В. Отклик схемы показан на Рисунке 2. Выходной сигнал показан зеленым цветом, а входной – красным.

На схеме показан типичный однополупериодный выпрямитель.
Рисунок 1. На схеме показан типичный однополупериодный выпрямитель.

Если VIN < 0 В, усилитель ведет себя как компаратор. Потенциал на его инвертирующем входе выше, чем на неинвертирующем, поэтому выходной каскад находится в насыщении, и его напряжение VOUT1 примерно равно VEE. Когда входной сигнал снова становится положительным, усилитель должен выйти из насыщения и отреагировать настолько быстро, насколько позволяют его скорость нарастания и время восстановления после насыщения. На реакцию требуется некоторое время, и к тому моменту, когда усилитель будет готов реагировать на положительный входной сигнал, этот сигнал может измениться. Сигналы VOUT1 (красный) и VOUT2 (зеленый) иллюстрируют этот момент (Рисунок 3). Форма сигнала VOUT2 точно такая же, как на Рисунке 2. Обратите внимание на изменение цены деления шкалы. При положительном входном напряжении VOUT1 превышает его на величину падения на диоде, а при отрицательном опускается до уровня VEE. Задержка отклика может привести к значительной ошибке на выходе.

Сигналы на входе (красный) и выходе (зеленый) схемы на Рисунке 1.
Рисунок 2. Сигналы на входе (красный) и выходе (зеленый) схемы на Рисунке 1.
 
Формы сигналов VOUT2 (зеленый) и VOUT1 (красный) в схеме на Рисунке 1.
Рисунок 3. Формы сигналов VOUT2 (зеленый) и VOUT1 (красный) в схеме на Рисунке 1.

Например, усилителю со скоростью нарастания 2.5 В/мкс и насыщением –2.5 В для того, чтобы подготовиться к реакции на положительные входные сигналы, требуется не менее 1 мкс. В течение этого времени быстрый входной сигнал успеет измениться, из-за чего выпрямление начинается не с той части сигнала. Один из способов минимизации этой ошибки заключается в использовании усилителя с высокой скоростью нарастания, но за такое решение приходится платить большим потреблением мощности. Другой вариант – использовать усилитель в инвертирующей конфигурации и два диода, за которыми следует инвертирующий усилитель с единичным усилением, чтобы получить неинвертирующее выпрямление. Описание этого метода можно встретить во многих учебниках. На Рисунке 4 представлена схема однокаскадного неинвертирующего выпрямителя, который улучшает точность выпрямления и снижает потребление энергии. Усилитель AD8561 в этой схеме работает как компаратор. Выпрямление выполняет усилитель AD8591.

Характеристики этой схемы намного улучшены по сравнению со схемой на Рисунке 1.
Рисунок 4. Характеристики этой схемы намного улучшены по сравнению
со схемой на Рисунке 1.

Когда VIN > 0 В, уровень выходного сигнала AD8561 высокий, и AD8591 работает как повторитель. Когда VIN < 0 В, уровень напряжения на выходе AD8561 низкий, и AD8591 отключается. Это отключение переводит AD8591 в высокоимпедансное состояние, поэтому выход усилителя остается на уровне примерно 0 В, а не насыщается до VEE, как это происходило в предыдущей схеме. Когда сигнал VIN становиться положительным, усилитель выходит из состояния останова и опять начинает отслеживать входной сигнал. Это время включения (время, которое требуется для выхода из состояния останова) намного меньше, чем время восстановления после насыщения и время нарастания, что имело место в предыдущей схеме. На Рисунке 5 представлены сигналы на входе (красный) и выходе (зеленый) усовершенствованной схемы выпрямителя.

Сигналы на входе (красный) и выходе (зеленый) схемы на Рисунке 4.
Рисунок 5. Сигналы на входе (красный) и выходе (зеленый) схемы на Рисунке 4.
  1. Datasheet Analog Devices AD8561
  2. Datasheet Analog Devices AD8591

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 50
сейчас смотрят 5
представлено поставщиков 577
загружено
позиций
25 067 862