6. Точный выпрямитель: принцип работы, область применения, достоинства и недостатки.
Многообразие применения ОУ не ограничивается только линейными схемами. К простейшей нелинейной схеме относится схема точного диода, представленная на рис.1.
Рис.1. Схема точного диода на основе ОУ – а, временные диаграммы, поясняющие его работу – б.
Схема работает
следующим образом. Пока диод VD
не открыт, его катод через резистор
R соединен
с нулевым потенциалом. Диод открывается
при превышении напряжения на нем
.
Это произойдет тогда, когда входное
напряжение превысит уровень
(
– коэффициент усиления ОУ). Далее цепь
ООС замыкается, и выходное напряжение
повторяет входное (
,
входы виртуально закорочены). Выходное
напряжение ОУ
будет больше
на падение напряжения на диоде VD.
Таким образом, схема открывает диод при
входном напряжении в
раз меньше, чем напряжение отпирания
диода. Пусть
,
тогда при
диод открыт. В данной схеме огромный
коэффициент усиления ОУ трансформируется
в полезное свойство – уменьшение
эквивалентного значения открытия диода.
Недостатком схемы является то, что при противоположной полярности входного напряжения диод закрыт и ООС отсутствует, ОУ работает в глубоком насыщении, для которого он не предназначен. Кроме того, выходное сопротивление схемы для интервалов времени, при которых VD закрыт, не нулевое, а равно сопротивлению R.
Область применения данной схемы: точное преобразование переменного напряжения в постоянное.
7. Точный выпрямитель с использованием параллельной отрицательной обратной связи: принцип работы, область применения. Достоинства и недостатки.
Схема точного диода на основе ОУ с параллельной ООС:
Рис.1. Точный диод на основе ОУ с параллельной ООС
Схема имеет два
выходных напряжения
и
.
Пока входное напряжение меньше, чем
схема работает без обратной связи. Как
только
превысит напряжение
,
открывается один из диодов, другой при
этом закрыт. Пусть, например, открывается
диод
.
Выходное напряжение при этом равно
.
Выходное напряжение ОУ
,
а выходное напряжение
(через резистор R виртуально соединено
с нулем). При противоположной полярности
входного напряжения
картина изменяется на противоположную
–
открыт,
,
закрыт,
.
Выходное сопротивление по выходу 1 равно
.
Область применения: преобразование переменного напряжения в постоянное.
8. Измеритель среднего значения переменного напряжения: назначение, область применения. Примеры реализации, расчёт.
При измерении
параметров переменных напряжений часто
необходимо знать среднее значение. Для
синусоидального сигнала среднее значение
равно
.
На рис. 1а представлена схема измерителя
среднего значения. Выберем значения
сопротивлений
,
,
.
Тогда коэффициент усиления схемы будет
равен
.
Рис.1. Измеритель среднего значения
Для соблюдения
соотношения между средним и максимальным
значениями коэффициент усиления должен
быть равным
,
т. е.
,
.
Для нахождения значения ёмкости конденсатора необходимо знать комплексный коэффициент передачи усилителя (рис.1б). Для этого найдём в операторном виде передаточную функцию.
,
где
,
.
Таким образом,
.
Заменив
,
находим комплексный коэффициент передачи
.
Амплитудно-частотная
характеристика
имеет вид
.
Для расчёта значения
ёмкости
необходимо знать минимальную частоту
входного сигнала измерителя и коэффициент
подавления напряжения этой частоты, то
есть
,
при этом
.
Тогда
.
Например, задавая
коэффициент подавления
,
,
,
для постоянной времени
можно получить
.
Пусть, например,
,
тогда
.
9. Фазочувствительный выпрямитель: назначение, принцип работы, основные параметры (коэффициент передачи по постоянному току, коэффициент передачи по основным гармоникам, коэффициент передачи по чётным гармоникам).
Фазочувствительный выпрямитель (ФЧВ) – это устройство промышленной электроники, выходное напряжение которого зависит от разности фаз входного и управляющего напряжений. Соответственно, ФЧВ имеет информационный вход и вход управления. Как правило, ФЧВ предназначен для работы с переменными напряжениями синусоидальной формы. Функциональная схема ФЧВ представлена на рис.1, а временные диаграммы, поясняющие работу ФЧВ, представлены на рис.2.
Рис.1. Функциональная схема ФЧВ
Пусть входное
синусоидальное напряжение
и управляющее
типа меандр сдвинуты на угол φ. Положим,
что при положительном напряжении
ключ находится в положении 2. При этом
входное напряжение передаётся на фильтр
нижних частот ФНЧ без изменения. Когда
напряжение
имеет нулевой уровень, ключ находится
в положении 1 и входное напряжение
передаётся на выход проинвертированным.
Временные диаграммы (рис.2) поясняют эту
ситуацию. Найдём среднее значение
напряжения
после фильтра нижних частот
Таким образом,
выходное напряжение пропорционально
косинусу угла фазового сдвига входного
и управляющего напряжений. Когда фазовый
сдвиг равен
,
то есть когда напряжения
и
квадратурны, выходное напряжение ФЧВ
равно нулю, а когда напряжения синфазны,
выходное напряжение максимально.
Рис. 2. Временные диаграммы, поясняющие работу ФЧВ
Основное назначение ФЧВ – это разделение квадратурных составляющих входного переменного напряжения. На выход проходят только те составляющие, которые синфазны с управляющим напряжением.
Следует заметить, что если во входном напряжении имеются чётные гармоники, то выходное напряжение не зависит от их наличия, так же как и от постоянной составляющей. Это объясняется тем, что среднее значение синусоидального напряжения за интервал времени равный периоду, равно нулю. Влияние нечётных гармонических составляющих ослабляется пропорционально их номеру.