Upload
others
View
10
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
REDRESOARE DE PRECIZIE
I. OBIECTIVE.
a) Comparaţie între redresoarele cu diode şi redresoarele cu AO şi diode.
b) Analiza funcţionării unor redresoare de precizie mono şi dublă alternanţă.
c) Punerea în evidenţă a influenţei performanţelor AO asupra performanţelor
redresorului.
II. APARATURĂ ŞI MATERIALE NECESARE:
- Sursă dublă de tensiune stabilizată fixă ± 15V.
- Platforma de laborator din figura 5.14 a,b.c.
- Osciloscop cu două canale
- Generator de tensiune sinusoidală
- Cablu lung banană-banană 3 buc.
- Cablu scurt banană-banană 4 buc.
- Cablu ecranat BNC-banană 3 buc.
III. CONSIDERAŢII TEORETICE
T1. Comparaţie între redresoare cu diode şi redresoare de precizie
Să luăm cazul redresorului monoalternanţă cu diodă din figura 5.1.
RS
D1
uo ui
Fig. 5.1.
Dioda semiconductoare are caracteristică I = f(U) (fig. 5.2.a.) diferită de
cea a unui redresor ideal (fig. 5.2.b.).
IID
UUD
Fig.5.2a. Fig.5.2b.
Practic se poate considera că prin diodă circulă curent numai dacă
tensiunea pe diodă depăşeşte o anumită tensiune de prag, tensiune ce nu poate fi
stabilită cu precizie, ea depinzând de materialul semiconductor şi de caracteristicile
constructive ale diodei.
Diodele cu germaniu au tensiunea de deschidere în jur de 0,2 V diodele cu
siliciu 0,5 V - 0,6 V iar diodele Schottky 0,4 V.
Pentru semnale aplicate la intrare având nivelul comparativ cu tensiunea
de deschidere a diodei, apar erori foarte mari la redresare (figura 5.3.)
Tensiunea pe
sarcină pentru
redresorul ideal
Tensiunea pe
sarcină pentru
redresorul cu
diodă reală
UIM
UIM-UDO
-UIM
UDS
UIM
t
t
t
uS
uS
ui
Fig. 5.3
Semnalele având amplitudinea mai mică decât tensiunea de deschidere a
diodei sunt imposibil de redresat.
Pentru a redresa aceste semnale e necesar să apropiem caracteristica
diodei de cea a redresorului ideal prepolarizând dioda cu o tensiune apropiată de
tensiunea de deschidere (figura 5.4).
EC
RSR2
R1 D1
uo ui
C
Fig. 5.4 Variantă de prepolarizare a diodei utilizată pentru redresarea semnalelor
de radiofrecvenţă de nivel mic.
Pentru semnale situate în gama de frecvenţe în care pot funcţiona AO, se
pot realiza redresoare cu caracteristica foarte apropiată de cea a redresorului ideal,
AO compensând căderea de tensiune pe dioda în conducţie (figura 5.5).
RS
ii 0
i0
iS
iS
-EC
AO1
EC
D1
uo ui
-
+
uo1
Fig. 5.5a. Schema redresorului monoalternanţă
UIM
UD0
UD0
UIM
UIM+UDO
-UIM
t
t
t
-EC
0
uo1
uo
ui
Figura 5.5.b. Formele de undă pentru o tensiune de intrare
cu amplitudinea mai mică decât tensiunea de deschidere a diodei.
În momentul iniţial t = 0 presupunem ui = 0 şi uo= 0
În momentul to1, ui > 0, uid tinde să devină pozitivă, este puternic
amplificată de AO, uo1 creşte brusc şi deschide dioda D1 (calea de circulaţie a
curentului de la ieşirea AO este asigurată prin D1 şi RS ).
Schema echivalentă a circuitului este prezentată în figura 5.6.a.
RS-EC
AO1
EC
uo ui >0
-
+ uid
uD0
uo1
Fig. 5.6.a
Atâta timp cât ieşirea AO nu se saturează spre tensiunea pozitivă de
saturaţie (EC la AO ideal) uid = 0 şi prin urmare uo = ui .
Teoretic dacă dispunem de AO ideal putem redresa tensiuni oricât de
mici.
AO reale necesită compensarea offset-ului pentru a redresa tensiuni mici
de intrare.
Pentru semnale foarte mici apare influenţa zgomotului AO.
Pentru ui < 0 dioda se blochează întrerupând bucla de reacţie negativă,
ieşirea AO se saturează spre tensiunea negativă de alimentare figura 5.6.b.
RS-EC
AO1
EC
uo ui <0
-
+
uo1
Fig. 5.6b.
În schemele practice se evită saturarea ieşirii AO folosind o schemă
inversoare în care se asigură închiderea buclei de reacţie negativă pentru ambele
alternanţe ale tensiunii de intrare (figura 5.7.a.b.c.).
R1
RS-EC
AO1
EC
D2
D1
uo ui
-
+
uo1
R2
Fig. 5.7a . Schema redresorului inversor cu evitarea saturării AO.
RS
R1
R2
ii
ii
iS
ii + iS
-EC
AO1
EC
uo ui < 0
-
+
uo1
uD01
Fig. 5.7b. Schema echivalentă pentru explicarea funcţionării în cazul ui < 0.
RS
R1
R2
ii ii
ii
uo
0
1 2u Uo Do
iR2=0
iS=0-EC
AO1
EC
uo ui > 0
-
+
uo1
uD02
Fig. 5.7c. Schema echivalentă pentru explicarea funcţionării în cazul ui > 0.
Acest tip de redresor are rezistenţa de intrare egală cu R1.
Pentru obţinerea unei redresări a ambelor alternanţe pornind de la
redresorul din figura 5.7.a. se adaugă un sumator după cum se poate observa din
figura 5.8.
R1
-EC
AO1
EC
D2
D1
uo2 ui
-
+
uo1
R2 R3 R5
-EC
AO2
EC
-
+
R4
Fig. 5.8.
Varianta cea mai utilizată este cea în care R1, R2, R4, R5 au aceeaşi valoare
R iar R3 = R/2.
Pentru analiza circuitului considerăm mai întâi cazul ui > 0.
La ieşirea redresorului monoalternanţă vom obţine:
iii uuR
Ru
R
Ru
1
201
La intrările sumatorului se aplică două tensiuni: ui şi uo1 lucru ce se poate
vedea clar în figura 5.9.
R3
-EC
AO2
EC
ui
-
+
uo2
R5
uo1
R4
Fig. 5.9.
uR
Ru
R
Ru
R
Ru
R
Ru u uo i o i o i o2
5
4
5
3
1 1 1
2
2
Ţinând cont că anterior am dedus expresia pentru uo1 rezultă:
uo2 = -ui - 2uo1 = -ui - 2(-ui ) = ui.
Pentru cazul ui < 0 la ieşirea redresorului monoalternanţă avem uo1 = 0. La
ieşirea sumatorului vom avea uo2 = -ui = | ui |.
Concluzie: în ambele situaţii avem uo2 = | ui | - expresie ce descrie
funcţionarea redresorului dublă alternanţă.
Formele de undă sunt prezentate în figura 5.10.
UIM
-UIM
UIM
-UIM
t
t
t
uo2
uo1
ui
Fig. 5.10.
În cazul general, pentru valori diferite ale rezistenţelor R1÷R5 obţinem pt.
cazul:
ui > 0
uR
Ruo i1
2
1
uR
Ru
R
Ru
R
Ru
R
R
R
Ruo i o i i2
5
4
5
4
1
5
4
5
4
2
1
uR
R
R
R
R
Ru
R
R
R
R
R
Ruo i i2
5
3
2
1
5
4
5
4
4
3
2
1
1
Pentru a realiza redresoare şi eventual amplificare adică uo2 = R5/R4 | ui |
Se impune condiţia: R
R
R
R
4
3
2
1
1 1
adică : R
R
R
R
4
3
2
1
2
O variantă de redresor dublă alternanţă cu impedanţă mare de intrare este
prezentată în figura 5.11.
-
+
-EC
EC
R2R1
D2 D1
-
+
-EC
AO1
AO2
EC
0V R3
D4 D3
uo1
uo2
ui
uo
Fig. 5.11
Pentru a explica funcţionarea circuitului trebuie precizat că ieşirea AO nu se
saturează pentru semnal de intrare de amplitudine adecvată. Acest lucru implică
potenţial zero la intrarea inversoare a celui de al doilea AO şi potenţial ui la
intrarea inversoare a primului AO. (diferenţa de potenţial dintre cele două intrări
ale unui AO ideal este zero dacă ieşirea nu este saturată).
Primul AO este în configuraţie de amplificator neinversor, având la intrare chiar
tensiunea ui, iar al doilea AO este în configuraţie de amplificator inversor.
Să analizăm funcţionarea în cele două cazuri : ui>0 şi ui<0.
a) Pentru ui>0 la ieşirea primului AO vom avea tensiune pozitivă, se
deschide dioda D1 , blocându-se D2. Este asigurată calea pentru închiderea reacţiei
negative, valoarea tensiunii la ieşire este dată de formula pentru amplificator
neinversor realizat cu AO ideal, adică: oo uR
Ru
1
21 .
Schema explicativă este prezentată în figura 5.12.
-
+
-EC
EC
R2R1
-
+
-EC
0 virtual AO1
AO2
EC
R3
-0,7V
uo
ui
Fig. 5.12.
b) Pentru ui<0 la ieşirea primului AO vom avea tensiune negativă, se
deschide dioda D2 , blocându-se D1. Schema explicativă este prezentată în figura
5.13.
Al doilea AO în configuraţie de amplificator inversor primeşte la intrare o tensiune
egală cu ui care deschide dioda D3 asigurând calea pentru reacţie negativă prin R3,
valoarea tensiunii la ieşire este dată de formula pentru amplificator inversor
realizat cu AO ideal, adică:
io uR
Ru
1
3 .
-
+
-EC
EC
R2
-
+
-EC
AO1
AO2
EC
R1 R3
ui
ui uo
Fig. 5.13.
IV. PARTEA EXPERIMENTALĂ
E1. Se identifică redresorul de precizie dublă alternanţă din fig.5.6.a şi se aplică la
intrare (borna 1) un semnal sinusoidal de frecvenţă fI=1kHz si VIM=500mV. Se
vizualizează cu osciloscopul V01(borna 2) si V02 (borna 5) pentru poziţiile extreme
ale potenţiometrului P1. Se determină amplificările pentru cele două ieşiri.
E2.Se studiază comportarea în frecvenţă a redresorului din fig.5.6.a modificând
frecvenţa semnalului de intrare între 100 Hz si 500 KHz. Se determină cu
osciloscopul valorile V01 si V02 completând tabelul de mai jos.
Tabelul 7.1
fi
kH
z
0,05 0,1 0,2 0,5 0,8 1 5 10 50 80 100 200 300 500
V01
V02
E3. Se vizualizează ieşirea din redresorul de precizie cu filtru dacă P1=0 prin
conectarea bornelor 3-4. Dacă la ieşire se conectează o sarcină variabilă între 1 şi
10 K, se vizualizează pulsaţiile la bornele acesteia.
E4. Se aplică un semnal la intrarea 6 a redresorului de precizie dublă alternantă
din fig.5.6.b. de frecvenţă fI=1kHz si VI=100mV. Se vizualizează pe osciloscop
ieşirile V03 (borna 8) si V04 (borna 9) V0 (borna 7) pentru valorile extreme ale
potenţiometrului P2. Se calculează amplificările din datele experimentale şi se
compară cu valorile teoretice.
E5. Se studiază comportarea în frecvenţă a acestui redresor de precizie pentru
amplificarea egală cu 1 completând tabelul de mai jos.
Tabelul 7.2
fi
kHz
0,05
0,1 0,2 0,5 0,8 1 5 10 50 80 100 200 300 500
V01
V02
V. CONTINUTUL REFERATULUI
R1.Se reprezintă schema redresorului de precizie studiat la punctul 3.1. cu valorile
calculate şi determinate experimental pentru amplificări la poziţiile extreme ale lui
P1.
R2.Se prezintă valorile experimentale din tabelul 5.1. si graficele Av1=V01/Vi = f(f),
Au2 =V02/Vi = f(f)
R3.Pentru redresorul de precizie cu filtru se reprezintă două valori particulare ale
pulsaţiei din sarcină şi valoarea rezistenţei de sarcină la aceste valori ale pulsaţiei.
R4.Se reprezintă valorile experimentale şi teoretice ale amplificărilor calculate
conform punctului 3.4 şi schema redresorului de precizie .
R5.Comportarea în frecvenţă a redresorului de precizie se prezintă prin rezultatele
experimentale .
R6.Se va răspunde la următoarele întrebări :
1. Cum arată ieşirea V02 dacă R4=R3/4?
2. Ce condiţii trebuie îndeplinite de elementele redresorului monoalternantă
realizat cu AO1 pentru a obţine o amplificare de 20?
3. Care sunt dezavantajele utilizării unui redresor de precizie ?
4. Care sunt avantajele utilizării unui redresor de precizie ?
5. Ce se întâmplă în circuitul din fig. 5.6.a dacă D1 se întrerupe şi nu mai
conduce curent ?
6. Ce efect are introducerea unei capacităţi pe reacţia AO?
7. Estimaţi impedanţa de intrare a circuitului din fig. 5.6.b dacă se scot pe rând
diodele D5 si apoi D3 .
8. Cum s-ar putea determina experimental Zi pentru circuitul din fig.5.6.b?
9. Analizaţi funcţionarea circuitului din fig.5.6.b dacă se scot diodele D5 si D3
10. Ce se întâmplă în circuitul din fig.5.6.dacă se schimbă sensul la ambele diode?
11. Cum se poate creste domeniul frecventelor care pot fi redresate de un redresor
de precizie ?
12. Pentru redresorul de precizie din fig.5.6.a să se estimeze amplitudinea
maximă a tensiunii sinusoidale care poate fi aplicată la intrare şi pentru care
aceasta funcţionează corect.
13. Să se aleagă elementele unui redresor de precizie dublă alternantă la care să se
obţină la ieşire o tensiune bipolară având amplitudinea alternantei pozitive de
5 ori mai mare decât amplitudinea alternantei negative.
14. În cazul redresorului dublă alternantă din fig.5.6.a. se aplică la intrare o
tensiune sinusoidală cu amplitudinea 5V . Să se afle tensiunea medie de la
ieşire dacă amplificarea este 1 fără condensator şi cu condensator dar fără
sarcină.
15. Care sunt domeniile de aplicare a redresorului de precizie ?
16. Cum arată caracteristica de transfer de Vo=f(Vi) pentru un redresor
monoalternanţă inversor ?
17. Să se aleagă elementele unui redresor dublă alternanţă cu sumator astfel ca
pentru alternanţa negativă panta caracteristicii de transfer să fie -5 iar pentru
alternanţa pozitivă să fie -1 ?
18. Cum se modifică caracteristica de transfer , pentru redresorul dublă alternanţă
cu impedanţă mare de intrare , dacă amplitudinea este variabilă?
19. Care este criteriul de alegere al diodelor pentru un redresor de precizie?
20. Se poate realiza un redresor dublă alternanţă la care pantele caracteristicii de
transfer să fie -5 si -10 conform celor prezentate la punctul 17?
Rp1 100
2
3
5
4
1
Ao
1Ao
2
1 7
5
6
3
2
D1
D2R1
P1
R4
R5
R3 C1R2
Fig. 5.14.a.
Pin.11
Pin.4
Dp2
Dp4 Dp3
Dp1Rp3
Rp4-VCC
+VCC
GND
Fig. 5.14.b.
Ao4
Ao3
D5
D3 D4
Rp2 P3
R6
R7
P2
10
9 8
14
12
13
9
8
7
6
Fig. 5.14.c.