Амплитудные детекторы

Простейший амплитудный детектор

Рис. 21.1 Простой амплитудный детектор	Рис. 21.2 Временная диаграмма детектора

Амплитудный детектор – это устройство на вход которого подается переменное напряжение, а на выходе – постоянное, пропорциональное амплитуде входного сигнала.

Схема простейшего амплитудного детектора показана на рис. 21.1. Он состоит из выпрямительного диода V, емкости C и сопротивления нагрузки R. Принцип работы детектора поясняется на временной диаграмме, показанной на рис. 21.2. Выпрямительный диод пропускает ток только положительной величины. Напряжение емкости не может изменяться скачком, поэтому выходное напряжение сглаживается. Недостатком такого детектора является то, что он обладает нелинейной статической характеристикой. Этот недостаток устраняется в схеме амплитудного детектора на ОУ.

Высокоточный амплитудный детектор

Высокоточный амплитудный детектор на ОУ показан на рис. 21.3.

Рис. 21.3. Амплитудный детектор на ОУ

Если напряжение на входе больше нуля, то на выходе ОУ отрицательное напряжение. Тогда диод V1 открыт, а диод V2 закрыт, поэтому напряжение на выход не поступает. Если напряжение входа отрицательное, то на выходе ОУ положительный потенциал, поэтому диод V1 закрыт, а диод V2 открыт. В результате напряжение поступает на выходной конденсатор и он подзаряжается. При этом диод V2 оказывается охвачен отрицательной обратной связью с очень большим коэффициентом усиления за счет операционного усилителя. Отрицательная обратная связь компенсирует изменения рабочей точки диода, поэтому при всех напряжениях статическая характеристика детектора остается линейной.

Для повышения точности детектирования часто используют двухполупериодный детектор, который состоит из двух частей, аналогичных рис. 21.3. Однако на второй ОУ входное напряжение подается на неинвертирующий вход поэтому детектор реагирует как на положительную, так и на отрицательную полуволны. Это повышает точность устройства.

Элементы вторичных источников питания

Двухполупериодный выпрямитель

Схема двухполупериодного выпрямителя показана на рис. 22.1. Трансформатор служит для обеспечения гальванической развязки между выпрямителем и сетью переменного тока, необходимой амплитуды напряжения. Напряжения, подаваемые на диоды V1 и V2, находятся в противофазе, поэтому открываются поочередно. Индуктивность L служит для сглаживания пульсаций постоянного напряжения. Если емкость полностью заряжена, то напряжение на ней приблизительно равно амплитуде напряжения на выходах трансформатора, поэтому диоды закрыты. Однако, емкость разряжается через сопротивление нагрузки, поэтому напряжение на ней уменьшается. При понижении напряжения диоды открываются поочередно на короткое время и емкость подзаряжается. В результате на выходе наблюдается постоянное, слегка пульсирующее напряжение. Величина пульсаций зависит от значений сопротивления нагрузки, емкости и индуктивности.

Рис. 22.1. Двухполупериодный выпрямитель

Мостовой выпрямитель

Рис. 22.2. Мостовой выпрямитель

В обычном выпрямителе к диоду прикладывается обратное напряжение, равное двум амплитудам выпрямляемого напряжения. Кроме того в схеме используется трансформатор со средней точкой. Эти недостатки устранены в мостовом выпрямителе, показанном на рис. 22.2. при положительном напряжении на вторичной обмотке трансформатора открываются диоды V1 и V3, а V2 и V4 закрыты. Ток течет по контуру от трансформатора через V1 в индуктивность L, через емкостно-резистивную нагрузку C и , через диод V3 в отрицательную трансформатор. При отрицательном напряжении открыты диоды V2 и V4, а диоды V1 и V3 закрыты. Ток течет от трансформатора через V2, индуктивность L, через емкостно-резистивную нагрузку C и , через диод V4 в трансформатор.

Отметим, что диоды открываются, если напряжение на емкости меньше амплитуды выпрямляемого напряжения не меньше чем на величину .

Параметрический стабилизатор напряжения

Во многих случаях для работы схемы необходимо поддерживать постоянное напряжение питания. В этих случаях применяются стабилизаторы напряжения. Принцип работы параметрического стабилизатора на основе диода показан на рис. 22.3.

Рис. 22.3 Параметрический стабилизатор на основе диода	Рис. 22.4 Параметрический стабилизатор на основе стабилитрона

При изменении входного напряжения изменяется ток через диод V1. Однако, на диффузионном участке ВАХ напряжение диода слабо зависит от протекающего через него тока, поэтому выходное напряжение остается примерно постоянным и равно .

Аналогичным образом работает параметрический стабилизатор на основе стабилитрона. При работе стабилитрона на участке электрического пробоя его напряжение не зависит от протекающего через него тока, поэтому . Напряжение стабилизации можно менять, выбирая тип стабилитрона.

Кроме параметрических распространены компенсационные и импульсные стабилизаторы.

Преобразователь постоянного тока

В различных схемах зачастую требуется регулировать величину постоянного напряжения. Один из таких импульсных преобразователей показан на рис. 22.4.

На базу транзистора Tr подается переменный сигнал, показанный на рис. 22.4. Если сигнал u больше нуля, то транзистор Tr открыт, поэтому на его эмиттере низкое напряжение, следовательно, диод D закрыт. Ток от постоянного источника питания E протекает через транзистор в индуктивность L. Ток начинает расти, индуктивность накапливает энергию. Когда управляющий сигнал u становится отрицательным, транзистор закрывается, поэтому на катоде диода появляется низкое напряжение. В результате диод D открывается, и индуктивность разряжается, заряжая конденсатор C. При высокой частоте переключений пульсации токов незначительны и на выходе преобразователя появляется постоянное напряжение, величина которого зависит от параметра u – интервала времени, в течение которого диод открыт:

. (22.1)

Из выражения (22.1) видно, преобразователь инвертирует входное напряжение и если , то выходное напряжение больше входного, а если , то выходное напряжение меньше входного.

Рис. 22.4 Преобразователь постоянного тока

Рис. 22.4 Управляющий сигнал