- ¿Qué es un circuito rectificador de precisión?
- Funcionamiento del rectificador de precisión
- El circuito rectificador de precisión modificado
- Rectificador de precisión de onda completa con amplificador operacional
- Componentes requeridos
- Diagrama esquemático
- Mejora adicional
Un rectificador es un circuito que convierte la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). Una corriente alterna siempre cambia su dirección con el tiempo, pero la corriente continua fluye continuamente en una dirección. En un circuito rectificador típico, usamos diodos para rectificar CA a CC. Pero este método de rectificación solo se puede utilizar si el voltaje de entrada al circuito es mayor que el voltaje directo del diodo, que suele ser de 0,7 V. Anteriormente explicamos el circuito rectificador de media onda basado en diodos y el circuito rectificador de onda completa.
Para superar este problema, se introdujo el circuito rectificador de precisión. El rectificador de precisión es otro rectificador que convierte CA en CC, pero en un rectificador de precisión usamos un amplificador operacional para compensar la caída de voltaje en el diodo, es por eso que no estamos perdiendo la caída de voltaje de 0.6V o 0.7V en el diodo, también el circuito se puede construir para tener algo de ganancia en la salida del amplificador.
Entonces, en este tutorial, le mostraré cómo puede construir, probar, aplicar y depurar un circuito rectificador de precisión usando un amplificador operacional. Además de eso, también discutiré algunos pros y contras de este circuito. Entonces, sin más preámbulos, comencemos.
¿Qué es un circuito rectificador de precisión?
Antes de conocer el circuito rectificador de precisión, aclaremos los conceptos básicos del circuito rectificador.
La figura anterior muestra las características de un circuito rectificador ideal con sus características de transferencia. Esto implica que cuando la señal de entrada es negativa, la salida será cero voltios y cuando la señal de entrada es positiva, la salida seguirá a la señal de entrada.
La figura anterior muestra un circuito rectificador práctico con sus características de transferencia. En un circuito rectificador práctico, la forma de onda de salida será 0,7 voltios menos que el voltaje de entrada aplicado, y la característica de transferencia se verá como la figura que se muestra en el diagrama. En este punto, el diodo solo conducirá si la señal de entrada aplicada es ligeramente mayor que el voltaje directo del diodo.
Ahora lo básico fuera del camino, volvamos nuestro enfoque al circuito rectificador de precisión.
Funcionamiento del rectificador de precisión
El circuito anterior muestra un circuito rectificador de precisión de media onda básico con un amplificador operacional LM358 y un diodo 1n4148. Para aprender cómo funciona un amplificador operacional, puede seguir este circuito de amplificador operacional.
El circuito anterior también le muestra la forma de onda de entrada y salida del circuito rectificador de precisión, que es exactamente igual a la entrada. Eso es porque tomamos la retroalimentación de la salida del diodo y el amplificador operacional compensa cualquier caída de voltaje en el diodo. Entonces, el diodo se comporta como un diodo ideal.
Ahora, en la imagen de arriba, puede ver claramente lo que sucede cuando se aplica un semiciclo positivo y uno negativo de la señal de entrada en el terminal de entrada del Op-Amp. El circuito también muestra las características de transferencia del circuito.
Pero en un circuito práctico, no obtendrá la salida como se muestra en la figura anterior, déjeme decirle por qué.
En mi osciloscopio, la señal amarilla en la entrada y la señal verde es la salida. En lugar de obtener una rectificación de media onda, estamos obteniendo una especie de rectificación de onda completa.
La imagen de arriba muestra cuando el diodo está apagado, el semiciclo negativo es de la señal que fluye a través de la resistencia hacia la salida, y es por eso que estamos obteniendo la rectificación de onda completa como la salida, pero esta no es la real caso.
Veamos qué pasa cuando conectamos una carga de 1K.
El circuito se parece a la imagen de arriba.
La salida se parece a la imagen de arriba.
La salida se ve así porque prácticamente hemos formado un circuito divisor de voltaje con dos resistencias de 9.1K y una de 1K, por eso la mitad positiva de entrada de la señal acaba de atenuarse.
Nuevamente, esta imagen de arriba muestra lo que sucede cuando cambio el valor de la resistencia de carga a 220R de 1K.
Este no es el menor problema que tiene este circuito.
La imagen de arriba muestra una condición de subimpulso donde la salida del circuito cae por debajo de cero voltios y aumenta después de un cierto pico.
La imagen de arriba muestra una condición de suboscilación para los dos circuitos mencionados anteriormente, con carga y sin carga. Esto se debe a que, siempre que la señal de entrada desciende por debajo de cero, el amplificador operacional entra en la región de saturación negativa y el resultado es la imagen que se muestra.
Otra razón por la que podemos decir que, siempre que el voltaje de entrada cambia de positivo a negativo, pasará algún tiempo antes de que la retroalimentación de los amplificadores operacionales entre en juego y estabilice la salida, y es por eso que estamos obteniendo picos por debajo de cero voltios en el salida.
Esto sucede porque estoy usando un amplificador operacional Jelly Bean LM358 con una velocidad de respuesta baja . Puede salirse con la suya con este problema, simplemente colocando un amplificador operacional con una velocidad de respuesta más alta. Pero tenga en cuenta que esto también sucederá en el rango de frecuencia más alto del circuito.
El circuito rectificador de precisión modificado
La figura anterior muestra un circuito rectificador de precisión modificado a través del cual podemos reducir todas las fallas e inconvenientes mencionados anteriormente. Estudiemos el circuito y descubramos cómo funciona.
Ahora, en el circuito anterior, puede ver que el diodo D2 conducirá si la mitad positiva de la señal sinusoidal se aplica como entrada. Ahora la ruta que se muestra arriba (con la línea amarilla) está completa y el amplificador operacional actúa como un amplificador inversor, si miramos el punto P1, el voltaje es 0V ya que se forma una tierra virtual en ese punto, por lo que la corriente no puede fluye a través de la resistencia R19, y en el punto de salida P2, el voltaje es negativo 0.7V ya que el amplificador operacional compensa la caída del diodo, por lo que no hay forma de que la corriente pueda ir al punto P3. Entonces, así es como hemos logrado una salida de 0V cada vez que se aplica un semiciclo positivo de la señal a la entrada del amplificador operacional.
Ahora supongamos que hemos aplicado la mitad negativa de la señal de CA sinusoidal a la entrada del amplificador operacional. Eso significa que la señal de entrada aplicada es menor que 0V.
En este punto, el diodo D2 está en la condición de polarización inversa, lo que significa que es un circuito abierto. La imagen de arriba te lo dice exactamente.
Como el diodo D2 está en la condición de polarización inversa, la corriente fluirá a través de la resistencia R22 formando una tierra virtual en el punto P1. Ahora, cuando se aplica la mitad negativa de la señal de entrada, obtendremos una señal positiva en la salida como amplificador inversor. Y el diodo conducirá y obtendremos la salida compensada en el punto P3.
Ahora el voltaje de salida será -Vin / R2 = Vout / R1
Entonces el voltaje de salida se convierte en Vout = -R2 / R1 * Vin
Ahora observemos la salida del circuito en el osciloscopio.
La salida práctica del circuito sin carga adjunta se muestra en la imagen de arriba.
Ahora bien, cuando se trata del análisis del circuito, un circuito rectificador de media onda es lo suficientemente bueno, pero cuando se trata de un circuito práctico, el rectificador de media onda simplemente no tiene sentido práctico.
Por esa razón, se introdujo un circuito rectificador de onda completa, para lograr un rectificador de precisión de onda completa, solo necesito hacer un amplificador sumador, y eso es básicamente todo.
Rectificador de precisión de onda completa con amplificador operacional
Para hacer un circuito rectificador de precisión de onda completa, acabo de agregar un amplificador sumador a la salida del circuito rectificador de media onda mencionado anteriormente. Desde el punto, P1 al punto P2 es el circuito rectificador de precisión básico y el diodo está configurado de tal manera que obtenemos un voltaje negativo en la salida.
Desde el punto P2 al punto P3 es el amplificador sumador, la salida del rectificador de precisión se alimenta al amplificador sumador a través de la resistencia R3. El valor de la resistencia R3 es la mitad de R5 o puede decir que es R5 / 2, así es como establecemos una ganancia 2X del amplificador operacional.
La entrada del punto P1 también se alimenta al amplificador sumador con la ayuda de la resistencia R4, las resistencias R4 y R5 son responsables de establecer la ganancia del amplificador operacional en 1X.
Dado que la salida del punto P2 se alimenta directamente al amplificador sumador con la ganancia de 2X, eso significa que el voltaje de salida será 2 veces el voltaje de entrada. Supongamos que el voltaje de entrada es de 2 V pico, por lo que obtendremos un pico de 4 V en la salida. Al mismo tiempo, estamos alimentando directamente la entrada al amplificador sumador con una ganancia de 1X.
Ahora, cuando ocurre la operación de suma, obtenemos un voltaje sumado en la salida que es (-4V) + (+ 2V) = -2V y como amplificador operacional en la salida. Como el amplificador operacional está configurado como un amplificador inversor, obtendremos + 2V en la salida, que es el punto P3.
Lo mismo sucede cuando se aplica el pico negativo de la señal de entrada.
La imagen de arriba muestra la salida final del circuito, la forma de onda en azul es la entrada y la forma de onda en amarillo es la salida del circuito rectificador de media onda, y la forma de onda en verde es la salida del circuito rectificador de onda completa.
Componentes requeridos
- Amplificador operacional IC LM358 - 2
- 6,8 K, 1% de resistencia - 8
- Resistencia 1K - 2
- Diodo 1N4148 - 4
- Tabla de pan - 1
- Cables de puente - 10
- Fuente de alimentación (± 10 V) - 1
Diagrama esquemático
El diagrama de circuito para el rectificador de precisión de media onda y onda completa que usa amplificador operacional se muestra a continuación:
Para esta demostración, el circuito se construye en una placa de prueba sin soldadura, con la ayuda del esquema; Para reducir la inductancia y capacitancia parásitas, he conectado los componentes lo más cerca posible.
Mejora adicional
El circuito se puede modificar aún más para mejorar su rendimiento, como podemos agregar un filtro adicional para rechazar los ruidos de alta frecuencia.
Este circuito está hecho solo con fines de demostración. Si está pensando en usar este circuito en una aplicación práctica, debe usar un amplificador operacional tipo chopper y una resistencia de 0.1 ohmios de alta precisión para lograr una estabilidad absoluta.
Espero que les haya gustado este artículo y hayan aprendido algo nuevo de él. Si tiene alguna duda, puede preguntar en los comentarios a continuación o puede utilizar nuestros foros para una discusión detallada.