- O que é um circuito retificador de precisão?
- Trabalho de retificador de precisão
- O circuito retificador de precisão modificado
- Retificador de precisão de onda completa usando Op-Amp
- Componentes necessários
- Diagrama esquemático
- Aprimoramento adicional
Um retificador é um circuito que converte corrente alternada (AC) em corrente contínua (DC). Uma corrente alternada sempre muda sua direção ao longo do tempo, mas a corrente contínua flui continuamente em uma direção. Em um circuito retificador típico, usamos diodos para retificar CA para CC. Mas este método de retificação só pode ser usado se a tensão de entrada para o circuito for maior do que a tensão direta do diodo, que é tipicamente 0,7 V. Explicamos anteriormente o retificador de meia onda baseado em diodo e o circuito retificador de onda completa.
Para superar esse problema, o circuito retificador de precisão foi introduzido. O retificador de precisão é outro retificador que converte AC em DC, mas em um retificador de precisão usamos um amplificador operacional para compensar a queda de tensão no diodo, é por isso que não estamos perdendo a queda de tensão de 0,6 V ou 0,7 V no diodo, o circuito também pode ser construído para ter algum ganho na saída do amplificador.
Portanto, neste tutorial, vou mostrar como você pode construir, testar, aplicar e depurar um circuito retificador de precisão usando op-amp. Paralelamente, discutirei alguns prós e contras desse circuito também. Então, sem mais delongas, vamos começar.
O que é um circuito retificador de precisão?
Antes de sabermos sobre o circuito retificador de precisão, vamos esclarecer os fundamentos do circuito retificador.
A figura acima mostra as características de um circuito retificador ideal com suas características de transferência. Isso significa que quando o sinal de entrada for negativo, a saída será zero volts e quando o sinal de entrada for positivo, a saída seguirá o sinal de entrada.
A figura acima mostra um circuito retificador prático com suas características de transferência. Em um circuito retificador prático, a forma de onda de saída será 0,7 volts menor do que a tensão de entrada aplicada e a característica de transferência será semelhante à figura mostrada no diagrama. Neste ponto, o diodo só conduzirá se o sinal de entrada aplicado for ligeiramente maior do que a tensão direta do diodo.
Agora que o básico está fora do caminho, vamos voltar nosso foco para o circuito retificador de precisão.
Trabalho de retificador de precisão
O circuito acima mostra um circuito retificador de precisão de meia onda básico com um Amp-Op LM358 e um diodo 1n4148. Para saber como funciona um amplificador operacional, você pode seguir este circuito do amplificador operacional.
O circuito acima também mostra a forma de onda de entrada e saída do circuito retificador de precisão, que é exatamente igual à entrada. Isso porque estamos obtendo o feedback da saída do diodo e o op-amp compensa qualquer queda de tensão no diodo. Portanto, o diodo se comporta como um diodo ideal.
Agora, na imagem acima, você pode ver claramente o que acontece quando um meio ciclo positivo e um negativo do sinal de entrada é aplicado no terminal de entrada do Op-Amp. O circuito também mostra as características de transferência do circuito.
Mas em um circuito prático, você não obterá a saída mostrada na figura acima, deixe-me dizer por quê?
No meu osciloscópio, o sinal amarelo na entrada e o sinal verde é a saída. Em vez de obter uma retificação de meia onda, estamos obtendo uma espécie de retificação de onda completa.
A imagem acima mostra quando o diodo está desligado, o meio ciclo negativo é do sinal que flui através do resistor para a saída, e é por isso que estamos obtendo a retificação de onda completa como a saída, mas esta não é a real caso.
Vamos ver o que acontece quando conectamos uma carga de 1K.
O circuito se parece com a imagem acima.
A saída se parece com a imagem acima.
A saída fica assim porque praticamente formamos um circuito divisor de tensão com dois resistores de 9.1K e um de 1K, por isso a metade positiva da entrada do sinal acabou de ser atenuada.
Novamente, a imagem acima mostra o que acontece quando eu mudo o valor do resistor de carga de 1K para 220R.
Este não é o menor problema que este circuito tem.
A imagem acima mostra uma condição de undershoot onde a saída do circuito fica abaixo de zero volts e aumenta após um certo pico.
A imagem acima mostra uma condição de undershoot para ambos os circuitos mencionados acima, com carga e sem carga. Isso porque, sempre que o sinal de entrada cai abaixo de zero, o op-amp vai para a região de saturação negativa e o resultado é a imagem mostrada.
Outra razão, podemos dizer que, sempre que a tensão de entrada mudar de positivo para negativo, levará algum tempo antes que o feedback do amplificador operacional entre em ação e estabilize a saída, e é por isso que estamos obtendo os picos abaixo de zero volts no resultado.
Isso está acontecendo porque estou usando um amplificador operacional LM358 de jujuba com uma taxa de variação baixa. Você pode resolver esse problema simplesmente colocando um amplificador operacional com uma taxa de variação mais alta. Mas lembre-se de que isso também acontecerá na faixa de frequência mais alta do circuito.
O circuito retificador de precisão modificado
A figura acima mostra um circuito retificador de precisão modificado através do qual podemos reduzir todas as falhas e desvantagens mencionadas acima. Vamos estudar o circuito e descobrir como funciona.
Agora, no circuito acima, você pode ver que o diodo D2 conduzirá se a metade positiva do sinal senoidal for aplicada como uma entrada. Agora o caminho mostrado acima (com a linha amarela) está completo e o Op-amp está agindo como um amplificador inversor, se olharmos para o ponto P1, a tensão é 0 V já que um aterramento virtual é formado naquele ponto, então a corrente não pode flua através do resistor R19, e no ponto de saída P2, a tensão é 0,7 V negativa, pois o op-amp está compensando a queda do diodo, então não há como a corrente ir para o ponto P3. Portanto, é assim que alcançamos uma saída de 0 V sempre que um meio ciclo positivo do sinal é aplicado à entrada do amp Op.
Agora, vamos supor que aplicamos a metade negativa do sinal CA senoidal à entrada do amplificador operacional. Isso significa que o sinal de entrada aplicado é inferior a 0V.
Neste ponto, o Diodo D2 está na condição de polarização reversa, o que significa que é um circuito aberto. A imagem acima diz exatamente isso.
Como o Diodo D2 está na condição de polarização reversa, a corrente fluirá através do resistor R22 formando um aterramento virtual no ponto P1. Agora, quando a metade negativa do sinal de entrada for aplicada, obteremos um sinal positivo na saída como um amplificador inversor. E o diodo vai conduzir e teremos a saída compensada no ponto P3.
Agora a tensão de saída será -Vin / R2 = Vout / R1
Portanto, a tensão de saída torna-se Vout = -R2 / R1 * Vin
Agora vamos observar a saída do circuito no osciloscópio.
A saída prática do circuito sem qualquer carga anexada é mostrada na imagem acima.
Agora, quando se trata da análise do circuito, um circuito retificador de meia onda é bom o suficiente, mas quando se trata de um circuito prático, o retificador de meia onda simplesmente não faz sentido prático.
Por esse motivo, foi introduzido um circuito retificador de onda completa, para conseguir um retificador de precisão de onda completa, eu só preciso fazer um amplificador somador, e é basicamente isso.
Retificador de precisão de onda completa usando Op-Amp
Para fazer um circuito retificador de precisão de onda completa, acabei de adicionar um amplificador somador à saída do circuito retificador de meia onda mencionado anteriormente. Do ponto, P1 ao ponto P2 é o circuito retificador de precisão básico e o diodo é configurado de forma que obtemos uma tensão negativa na saída.
Do ponto, P2 ao ponto P3 é o amplificador somador, a saída do retificador de precisão é alimentada para o amplificador somador através do resistor R3. O valor do resistor R3 é metade de R5 ou você pode dizer que é R5 / 2 que é como estamos configurando um ganho de 2X fora do amplificador operacional.
A entrada do ponto P1 também é alimentada para o amplificador somador com a ajuda do resistor R4, os resistores R4 e R5 são responsáveis por definir o ganho do amplificador operacional para 1X.
Visto que a saída do Ponto P2 é alimentada diretamente para o amplificador somador com o ganho de 2X, isso significa que a tensão de saída será 2 vezes a tensão de entrada. Vamos assumir que a tensão de entrada é de 2 V de pico, então teremos um pico de 4 V na saída. Ao mesmo tempo, estamos alimentando diretamente a entrada para o amplificador somador com um ganho de 1X.
Agora, quando a operação de soma acontece, obtemos uma tensão somada na saída que é (-4V) + (+ 2V) = -2V e como o amplificador operacional na saída. Como o op-amp está configurado como amplificador inversor, teremos + 2V na saída que é o ponto P3.
A mesma coisa acontece quando o pico negativo do sinal de entrada é aplicado.
A imagem acima mostra a saída final do circuito, a forma de onda em azul é a entrada e a forma de onda em amarelo é a saída do circuito retificador de meia onda e a forma de onda em verde é a saída do circuito retificador de onda completa.
Componentes necessários
- LM358 op-amp IC - 2
- 6,8 K, 1% Resistor - 8
- Resistor 1K - 2
- Diodo 1N4148 - 4
- Tábua de Pão - 1
- Jumper Wires - 10
- Fonte de alimentação (± 10V) - 1
Diagrama esquemático
O diagrama de circuito para retificador de precisão de meia onda e onda completa usando op-amp é dado abaixo:
Para esta demonstração, o circuito é construído em uma breadboard sem solda, com a ajuda do esquema; Para reduzir a indutância e a capacitância parasitas, conectei os componentes o mais próximo possível.
Aprimoramento adicional
O circuito pode ser modificado posteriormente para melhorar seu desempenho, como podemos adicionar um filtro adicional para rejeitar ruídos de alta frequência.
Este circuito é feito apenas para fins de demonstração. Se você está pensando em usar este circuito em uma aplicação prática, você deve usar um amplificador operacional do tipo chopper e um resistor de 0,1 ohms de alta precisão para obter estabilidade absoluta.
Espero que tenha gostado deste artigo e aprendido algo novo com ele. Se você tiver alguma dúvida, pode perguntar nos comentários abaixo ou pode usar nossos fóruns para uma discussão detalhada.