دائرة مقوم نصف موجة وكامل الموجة باستخدام المرجع

المعدل هو دائرة تحول التيار المتردد (AC) إلى التيار المباشر (DC). يغير التيار المتردد اتجاهه دائمًا بمرور الوقت ، لكن التيار المباشر يتدفق باستمرار في اتجاه واحد. في دائرة المعدل النموذجي ، نستخدم الثنائيات لتصحيح التيار المتردد إلى التيار المستمر. ولكن لا يمكن استخدام طريقة التصحيح هذه إلا إذا كان جهد الدخل للدائرة أكبر من الجهد الأمامي للديود الذي يكون عادةً 0.7 فولت. لقد أوضحنا سابقًا مقوم نصف موجة قائم على الصمام الثنائي ودائرة مقوم كامل الموجة.

للتغلب على هذه المشكلة ، تم تقديم دائرة مقوم الدقة. مقوم الدقة هو مقوم آخر يحول التيار المتردد إلى تيار مستمر ، ولكن في مقوم الدقة نستخدم op-amp لتعويض انخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي ، وهذا هو السبب في أننا لا نفقد انخفاض الجهد 0.6V أو 0.7V عبر الصمام الثنائي ، كما يمكن إنشاء الدائرة للحصول على بعض المكاسب عند إخراج مكبر الصوت أيضًا.

لذلك ، في هذا البرنامج التعليمي ، سأوضح لك كيف يمكنك إنشاء دائرة مقوم الدقة واختبارها وتطبيقها وتصحيحها باستخدام op-amp. إلى جانب ذلك ، سأناقش بعض إيجابيات وسلبيات هذه الدائرة أيضًا. لذلك ، دون مزيد من اللغط ، فلنبدأ.

ما هي دائرة المعدل الدقيق؟

قبل أن نعرف عن دائرة مقوم الدقة ، دعنا نوضح أساسيات دائرة المعدل.

يوضح الشكل أعلاه خصائص دائرة المعدل المثالي بخصائص النقل الخاصة بها. هذا يعني أنه عندما تكون إشارة الإدخال سالبة ، سيكون الناتج صفر فولت وعندما تكون إشارة الإدخال موجبة ، سيتبع الإخراج إشارة الإدخال.

يوضح الشكل أعلاه دائرة مقوم عملية بخصائص النقل الخاصة بها. في دارة المعدل العملي ، سيكون شكل الموجة الناتج أقل بمقدار 0.7 فولت من جهد الدخل المطبق ، وستبدو خاصية النقل مثل الشكل الموضح في الرسم التخطيطي. عند هذه النقطة ، لن يتم إجراء الصمام الثنائي إلا إذا كانت إشارة الإدخال المطبقة أكبر قليلاً من الجهد الأمامي للديود.

الآن الأساسيات بعيدة عن الطريق ، دعنا نعيد تركيزنا إلى دائرة مقوم الدقة.

عمل المعدل الدقيق

تُظهر الدائرة المذكورة أعلاه دائرة مقوم دقة نصف موجية أساسية مع LM358 Op-Amp وصمام ثنائي 1n4148. لمعرفة كيفية عمل جهاز op-amp ، يمكنك متابعة دائرة op-amp.

توضح لك الدائرة المذكورة أعلاه أيضًا شكل موجة الإدخال والإخراج لدائرة مقوم الدقة ، والتي تساوي تمامًا المدخلات. هذا لأننا نأخذ التعليقات من إخراج الصمام الثنائي ويعوض op-amp أي انخفاض في الجهد عبر الصمام الثنائي. لذا ، فإن الصمام الثنائي يتصرف مثل الصمام الثنائي المثالي.

الآن في الصورة أعلاه ، يمكنك أن ترى بوضوح ما يحدث عندما يتم تطبيق دورة نصف موجبة وسالبة لإشارة الإدخال في طرف الإدخال الخاص بـ Op-Amp. تُظهر الدائرة أيضًا خصائص النقل للدائرة.

لكن في دائرة عملية ، لن تحصل على الإخراج كما هو موضح في الشكل أعلاه ، دعني أخبرك لماذا؟

في راسم الذبذبات الخاص بي ، الإشارة الصفراء في الإدخال والإشارة الخضراء هي الإخراج. بدلاً من الحصول على تصحيح نصف الموجة ، نحصل على نوع من تصحيح الموجة الكاملة.

توضح لك الصورة أعلاه عند إيقاف تشغيل الصمام الثنائي ، تكون الدورة النصفية السالبة للإشارة تتدفق عبر المقاوم إلى الإخراج ، وهذا هو السبب في أننا نحصل على تصحيح كامل الموجة مثل الإخراج ، ولكن هذا ليس هو الفعلي قضية.

دعونا نرى ما يحدث عندما نقوم بتوصيل حمولة 1K.

تبدو الدائرة مثل الصورة أعلاه.

الإخراج يشبه الصورة أعلاه.

يبدو الإخراج على هذا النحو لأننا قمنا عمليًا بتشكيل دائرة مقسم للجهد بمقاومين 9.1K و 1K ، وهذا هو السبب في أن نصف الإدخال الموجب للإشارة قد تم تخفيفه للتو.

مرة أخرى ، توضح لك هذه الصورة أعلاه ما يحدث عندما أقوم بتغيير قيمة المقاوم للحمل إلى 220R من 1K.

هذه ليست أقل مشكلة تواجهها هذه الدائرة.

توضح لك الصورة أعلاه حالة العجز عن الهدف حيث ينخفض ​​خرج الدائرة إلى ما دون الصفر فولت ثم يرتفع بعد ارتفاع معين.

توضح لك الصورة أعلاه حالة العجز عن الهدف لكل من الدوائر المذكورة أعلاه ، مع تحميل وبدون تحميل. وذلك لأنه عندما تنخفض إشارة الإدخال إلى ما دون الصفر ، ينتقل op-amp إلى منطقة التشبع السالب وتكون النتيجة هي الصورة المعروضة.

سبب آخر يمكننا أن نقول أنه عندما يتأرجح جهد الدخل من الموجب إلى السالب ، فسوف يستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن يتم تشغيل ردود الفعل op-amps وتثبيت الإخراج ، وهذا هو سبب حصولنا على ارتفاعات أقل من صفر فولت على انتاج.

يحدث هذا لأنني أستخدم هلام الفول LM358 op-amp بمعدل انخفاض كبير. يمكنك التخلص من هذه المشكلة ، فقط عن طريق وضع جهاز op-amp بمعدل أعلى. لكن ضع في اعتبارك أن هذا سيحدث أيضًا في نطاق التردد الأعلى للدائرة.

دائرة معدل الدقة المعدلة

يوضح الشكل أعلاه دائرة معدل دقة معدلة يمكننا من خلالها تقليل جميع العيوب والعيوب المذكورة أعلاه. دعنا ندرس الدائرة ونكتشف كيف تعمل.

الآن في الدائرة أعلاه ، يمكنك أن ترى أن الصمام الثنائي D2 سينفذ إذا تم تطبيق النصف الموجب من الإشارة الجيبية كمدخل. الآن اكتمل المسار الموضح أعلاه (مع الخط الأصفر) ويعمل Op-amp كمضخم عكسي ، إذا نظرنا إلى النقطة P1 ، يكون الجهد 0V حيث يتم تشكيل أرضية افتراضية عند تلك النقطة ، لذلك لا يمكن للتيار يتدفق من خلال المقاوم R19 ، وفي نقطة الإخراج P2 ، يكون الجهد سالب 0.7V لأن المرجع أمبير يعوض انخفاض الصمام الثنائي ، لذلك لا توجد طريقة يمكن للتيار أن ينتقل إلى النقطة P3. لذلك ، هذه هي الطريقة التي حققنا بها خرج 0V عندما يتم تطبيق نصف دورة موجبة للإشارة على مدخلات Op-amp.

الآن لنفترض أننا طبقنا النصف السالب من إشارة التيار المتردد الجيبية على مدخلات المرجع أمبير. هذا يعني أن إشارة الإدخال المطبقة أقل من 0 فولت.

في هذه المرحلة ، يكون الصمام الثنائي D2 في حالة انحياز عكسي مما يعني أنه دائرة مفتوحة. الصورة أعلاه تخبرك بذلك بالضبط.

نظرًا لأن الصمام الثنائي D2 في حالة منحازة عكسية ، سيتدفق التيار عبر المقاوم R22 مكونًا أرضية افتراضية عند النقطة P1. الآن عندما يتم تطبيق النصف السالب من إشارة الإدخال ، سنحصل على إشارة موجبة في الخرج كمضخم مقلوب. وسيعمل الصمام الثنائي وسنحصل على الناتج المعوض عند النقطة P3.

الآن سيكون جهد الخرج -Vin / R2 = Vout / R1

لذلك يصبح جهد الخرج Vout = -R2 / R1 * Vin

الآن دعونا نلاحظ خرج الدائرة في الذبذبات.

يظهر الإخراج العملي للدائرة دون أي حمل مرفق في الصورة أعلاه.

الآن عندما يتعلق الأمر بتحليل الدائرة ، فإن دائرة مقوم نصف الموجة جيدة بما فيه الكفاية ، ولكن عندما يتعلق الأمر بدائرة عملية ، فإن المعدل نصف الموجي ليس له معنى عملي.

لهذا السبب ، تم تقديم دائرة مقوم كامل الموجة ، لتحقيق مقوم دقة كامل الموجة ، أحتاج فقط إلى صنع مضخم تجميع ، وهذا هو الأساس.

معدل الدقة الكاملة الموجة باستخدام Op-Amp

لإنشاء دائرة مقوم دقة كاملة الموجة ، أضفت للتو مضخم تجميع لإخراج دائرة المعدل نصف الموجي المذكورة سابقًا. من النقطة ، P1 إلى النقطة P2 هي دائرة مقوم الدقة الأساسية ويتم تكوين الصمام الثنائي بحيث نحصل على جهد سلبي عند الخرج.

من النقطة ، P2 إلى النقطة P3 هو مضخم التجميع ، يتم تغذية الإخراج من مقوم الدقة إلى مضخم التجميع من خلال المقاوم R3. قيمة المقاوم R3 هي نصف R5 أو يمكنك القول إنها R5 / 2 وهذا هو كيف نضع مكسبًا 2X من المرجع أمبير.

يتم أيضًا تغذية المدخلات من النقطة P1 إلى مضخم التجميع بمساعدة المقاوم R4 ، والمقاومات R4 و R5 مسؤولة عن ضبط كسب op-amp إلى 1X.

نظرًا لأن الإخراج من النقطة P2 يتم تغذيته مباشرة إلى مضخم التجميع مع كسب 2X ، فهذا يعني أن جهد الخرج سيكون ضعف جهد الدخل. لنفترض أن جهد الدخل هو ذروة 2 فولت ، لذلك سنحصل على ذروة 4 فولت عند الخرج. في الوقت نفسه ، نقوم بتغذية المدخلات مباشرة إلى مضخم التجميع بكسب 1X.

الآن عندما تحدث عملية التجميع ، نحصل على جهد إجمالي عند الخرج وهو (-4V) + (+ 2V) = -2V وكما هو op-amp عند الخرج. نظرًا لتكوين op-amp كمضخم عكسي ، فسنحصل على + 2V عند الخرج وهو النقطة P3.

يحدث الشيء نفسه عند تطبيق الذروة السلبية لإشارة الإدخال.

يظهر الصورة أعلاه الناتج النهائي للدائرة، و الموجي باللون الأزرق هو الإدخال و الموجي في الأصفر هو الإخراج من نصف موجة دائرة المعدل ، و الموجي باللون الأخضر هو إخراج كاملة موجة دائرة المعدل.

المكونات مطلوبة

• LM358 المرجع أمبير IC - 2
• 6.8 كيلو ، 1٪ المقاوم - 8
• 1K المقاوم - 2
• 1N4148 ديود - 4
• لوح الخبز - 1
• أسلاك العبور - 10
• مزود الطاقة (± 10 فولت) - 1

رسم تخطيطى

يرد أدناه مخطط الدائرة لمعدل الدقة نصف الموجة والموجة الكاملة باستخدام المرجع أمبير:

بالنسبة لهذا العرض التوضيحي ، تم إنشاء الدائرة في لوح تجارب غير ملحوم بمساعدة المخطط ؛ لتقليل الحث الطفيلي والسعة ، قمت بتوصيل المكونات في أقرب وقت ممكن.

مزيد من التحسين

يمكن تعديل الدائرة بشكل أكبر من أجل تحسين أدائها مثل إضافة مرشح إضافي لرفض الضوضاء عالية التردد.

هذه الدائرة مصنوعة فقط لأغراض العرض التوضيحي فقط. إذا كنت تفكر في استخدام هذه الدائرة في تطبيق عملي ، فيجب عليك استخدام جهاز op-amp من النوع المروحي ومقاوم عالي الدقة 0.1 أوم لتحقيق الاستقرار المطلق.

أتمنى أن تكون قد أحببت هذه المقالة وتعلمت شيئًا جديدًا منها. إذا كان لديك أي شك ، يمكنك أن تسأل في التعليقات أدناه أو يمكنك استخدام منتدياتنا لمناقشة مفصلة.