- Apa itu Rangkaian Penyearah Presisi?
- Cara Kerja Penyearah Presisi
- Sirkuit Penyearah Presisi yang Dimodifikasi
- Penyearah Gelombang Penuh Presisi menggunakan Op-Amp
- Komponen Diperlukan
- Diagram skematik
- Peningkatan Lebih Lanjut
Penyearah adalah rangkaian yang mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC). Arus bolak-balik selalu berubah arah dari waktu ke waktu, tetapi arus searah terus mengalir dalam satu arah. Dalam rangkaian penyearah tipikal, kami menggunakan dioda untuk memperbaiki AC ke DC. Tetapi metode penyearah ini hanya dapat digunakan jika tegangan input ke rangkaian lebih besar dari tegangan maju dioda yang biasanya 0.7V. Kami sebelumnya menjelaskan penyearah setengah gelombang berbasis dioda dan rangkaian penyearah gelombang penuh.
Untuk mengatasi masalah ini, Sirkuit Penyearah Presisi diperkenalkan. Penyearah presisi adalah penyearah lain yang mengubah AC menjadi DC, tetapi dalam penyearah presisi kami menggunakan op-amp untuk mengkompensasi penurunan tegangan melintasi dioda, itulah mengapa kami tidak kehilangan penurunan tegangan 0,6V atau 0,7V melintasi dioda, juga rangkaian dapat dibangun untuk memiliki beberapa keuntungan pada output penguat juga.
Jadi, dalam tutorial ini, saya akan menunjukkan kepada Anda bagaimana Anda dapat membangun, menguji, menerapkan, dan men-debug rangkaian penyearah presisi menggunakan op-amp. Selain itu, saya akan membahas beberapa pro dan kontra dari sirkuit ini juga. Jadi, tanpa basa-basi lagi, mari kita mulai.
Apa itu Rangkaian Penyearah Presisi?
Sebelum kita mengetahui tentang Rangkaian Penyearah Presisi, mari kita perjelas dasar-dasar rangkaian penyearah.
Gambar di atas menunjukkan karakteristik rangkaian penyearah yang ideal dengan karakteristik perpindahannya. Artinya ketika sinyal input negatif maka output akan menjadi nol volt dan ketika sinyal input positif output akan mengikuti sinyal input.
Gambar di atas menunjukkan rangkaian penyearah praktis dengan karakteristik transfernya. Dalam rangkaian penyearah praktis, bentuk gelombang keluaran akan menjadi 0,7 volt lebih kecil dari tegangan masukan yang diterapkan, dan karakteristik transfer akan terlihat seperti gambar yang ditunjukkan pada diagram. Pada titik ini, dioda hanya akan bekerja jika sinyal masukan yang diterapkan sedikit lebih besar dari tegangan maju dioda.
Sekarang dasar-dasarnya sudah keluar, mari kita kembali fokus ke sirkuit penyearah presisi.
Cara Kerja Penyearah Presisi
Rangkaian di atas menunjukkan rangkaian penyearah presisi setengah gelombang dasar dengan Op-Amp LM358 dan dioda 1n4148. Untuk mempelajari cara kerja op-amp, sobat dapat mengikuti rangkaian op-amp berikut.
Rangkaian di atas juga menunjukkan kepada Anda bentuk gelombang input dan output dari rangkaian penyearah presisi, yang persis sama dengan input. Itu karena kami mengambil umpan balik dari output dioda dan op-amp mengkompensasi setiap penurunan tegangan di dioda. Jadi, dioda berperilaku seperti dioda yang ideal.
Sekarang pada gambar di atas, Anda dapat dengan jelas melihat apa yang terjadi ketika setengah siklus positif dan negatif dari sinyal input diterapkan di terminal input Op-Amp. Sirkuit juga menunjukkan karakteristik transfer sirkuit.
Tetapi dalam rangkaian praktis, Anda tidak akan mendapatkan output seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas, izinkan saya memberi tahu Anda mengapa?
Di osiloskop saya, sinyal kuning di input, dan sinyal hijau adalah output. Alih-alih mendapatkan rektifikasi setengah gelombang, kita mendapatkan semacam rektifikasi gelombang penuh.
Gambar di atas menunjukkan kepada Anda ketika dioda mati, setengah siklus negatif dari sinyal mengalir melalui resistor ke output, dan itulah sebabnya kami mendapatkan penyearah gelombang penuh seperti output, tetapi ini bukan yang sebenarnya kasus.
Mari kita lihat apa yang terjadi ketika kita menghubungkan beban 1K.
Rangkaiannya terlihat seperti gambar di atas.
Outputnya terlihat seperti gambar di atas.
Outputnya terlihat seperti ini karena kita secara praktis telah membentuk rangkaian pembagi tegangan dengan dua resistor 9.1K dan 1K, itulah mengapa input setengah positif dari sinyal baru saja dilemahkan.
Sekali lagi, gambar di atas ini menunjukkan kepada Anda apa yang terjadi ketika saya mengubah nilai resistor beban menjadi 220R dari 1K.
Ini bukan sedikit masalah yang dimiliki sirkuit ini.
Gambar di atas menunjukkan kepada Anda kondisi undershoot di mana output rangkaian berjalan di bawah nol volt dan naik setelah lonjakan tertentu.
Gambar di atas menunjukkan kondisi undershoot untuk kedua sirkuit yang disebutkan di atas, dengan beban dan tanpa beban. Itu karena, setiap kali sinyal input turun di bawah nol, op-amp masuk ke wilayah saturasi negatif dan hasilnya adalah gambar yang ditampilkan.
Alasan lain kita dapat mengatakan bahwa, setiap kali tegangan input berayun dari positif ke negatif, diperlukan beberapa waktu sebelum umpan balik op-amp mulai berfungsi dan menstabilkan output, dan inilah mengapa kami mendapatkan lonjakan di bawah nol volt pada keluaran.
Hal ini terjadi karena saya menggunakan op-amp jelly bean LM358 dengan laju perubahan tegangan yang rendah. Anda bisa mengatasi masalah ini, hanya dengan memasang op-amp dengan laju perubahan tegangan yang lebih tinggi. Namun perlu diingat bahwa ini juga akan terjadi pada rangkaian frekuensi yang lebih tinggi.
Sirkuit Penyearah Presisi yang Dimodifikasi
Gambar di atas menunjukkan rangkaian penyearah presisi yang dimodifikasi di mana kita dapat mengurangi semua kekurangan dan kekurangan yang disebutkan di atas. Mari pelajari sirkuit dan cari tahu cara kerjanya.
Sekarang di rangkaian di atas, Anda dapat melihat bahwa dioda D2 akan berjalan jika setengah positif dari sinyal sinusoidal diterapkan sebagai input. Sekarang jalur yang ditunjukkan di atas (dengan garis kuning) selesai dan Op-amp bertindak sebagai penguat pembalik, jika kita melihat titik P1, tegangannya adalah 0V sebagai ground virtual terbentuk pada titik itu, jadi arus tidak bisa mengalir melalui resistor R19, dan pada titik keluaran P2, tegangannya negatif 0,7V karena op-amp mengkompensasi penurunan dioda, sehingga tidak mungkin arus dapat menuju ke titik P3. Jadi, begitulah cara kami mencapai output 0V setiap kali setengah siklus positif dari sinyal diterapkan ke input Op-amp.
Sekarang mari kita asumsikan bahwa kita telah menerapkan setengah negatif dari sinyal AC sinusoidal ke input op-amp. Itu berarti sinyal input yang diterapkan kurang dari 0V.
Pada titik ini, Diode D2 dalam kondisi bias balik yang berarti rangkaian terbuka. Gambar di atas memberi tahu Anda hal itu.
Karena Diode D2 dalam kondisi bias balik, arus akan mengalir melalui resistor R22 membentuk ground virtual pada titik P1. Sekarang ketika setengah negatif dari sinyal input diterapkan, kita akan mendapatkan sinyal positif dalam output sebagai penguat pembalik. Dan dioda akan bekerja dan kita akan mendapatkan output yang dikompensasikan pada titik P3.
Sekarang tegangan keluaran akan menjadi -Vin / R2 = Vout / R1
Jadi tegangan keluaran menjadi Vout = -R2 / R1 * Vin
Sekarang mari kita amati keluaran dari rangkaian di osiloskop.
Output praktis dari rangkaian tanpa beban apa pun yang terpasang ditunjukkan pada gambar di atas.
Sekarang ketika sampai pada analisis rangkaian, rangkaian penyearah setengah gelombang sudah cukup baik, tetapi ketika sampai pada rangkaian praktis, penyearah setengah gelombang tidak masuk akal secara praktis.
Karena alasan itu, rangkaian penyearah gelombang penuh diperkenalkan, untuk mencapai penyearah gelombang penuh yang presisi, saya hanya perlu membuat penguat penjumlahan, dan pada dasarnya itu saja.
Penyearah Gelombang Penuh Presisi menggunakan Op-Amp
Untuk membuat rangkaian penyearah presisi gelombang penuh, saya baru saja menambahkan penguat penjumlahan ke output dari rangkaian penyearah setengah gelombang yang disebutkan sebelumnya. Dari titik, P1 ke titik P2 adalah rangkaian penyearah presisi dasar dan dioda dikonfigurasi sedemikian rupa sehingga kita mendapatkan tegangan negatif pada keluaran.
Dari titik, P2 ke titik P3 adalah penguat penjumlahan, keluaran dari penyearah presisi diumpankan ke penguat penjumlah melalui resistor R3. Nilai resistor R3 adalah setengah dari R5 atau Anda dapat mengatakan itu R5 / 2 itulah cara kami mengatur keuntungan 2X dari op-amp.
Input dari titik P1 juga diumpankan ke penguat penjumlahan dengan bantuan resistor R4, resistor R4 dan R5 bertanggung jawab untuk mengatur penguatan op-amp ke 1X.
Karena output dari Titik P2 diumpankan langsung ke penguat penjumlahan dengan gain 2X, itu berarti tegangan output akan menjadi 2 kali lipat dari tegangan input. Mari kita asumsikan tegangan input adalah puncak 2V, jadi kita akan mendapatkan puncak 4V pada output. Pada saat yang sama, kami langsung memberi masukan ke penguat penjumlahan dengan gain 1X.
Sekarang ketika operasi penjumlahan terjadi, kita mendapatkan tegangan yang dijumlahkan pada output yang (-4V) + (+ 2V) = -2V dan sebagai op-amp pada output. Karena op-amp dikonfigurasi sebagai penguat pembalik, kita akan mendapatkan + 2V pada keluaran yang merupakan titik P3.
Hal yang sama terjadi ketika puncak negatif dari sinyal input diterapkan.
Gambar di atas menunjukkan keluaran akhir rangkaian, bentuk gelombang dengan warna biru adalah Input dan bentuk gelombang dengan warna Kuning adalah keluaran dari rangkaian penyearah setengah gelombang, dan bentuk gelombang berwarna hijau adalah keluaran dari rangkaian penyearah gelombang penuh.
Komponen Diperlukan
- IC op-amp LM358 - 2
- 6.8K, 1% Resistor - 8
- 1K Resistor - 2
- 1N4148 Diode - 4
- Papan Roti - 1
- Kabel Jumper - 10
- Catu Daya (± 10V) - 1
Diagram skematik
Diagram sirkuit untuk penyearah presisi setengah gelombang dan gelombang penuh menggunakan op-amp diberikan di bawah ini:
Untuk demonstrasi ini, sirkuit dibangun di papan tempat memotong roti tanpa solder, dengan bantuan skema; Untuk mengurangi induktansi parasit dan kapasitansi, saya telah menghubungkan komponen sedekat mungkin.
Peningkatan Lebih Lanjut
Rangkaian dapat dimodifikasi lebih lanjut untuk meningkatkan kinerjanya seperti kita dapat menambahkan filter tambahan untuk menolak suara frekuensi tinggi.
Sirkuit ini dibuat hanya untuk keperluan demonstrasi saja. Jika Anda berpikir untuk menggunakan rangkaian ini dalam aplikasi praktis, Anda harus menggunakan op-amp tipe chopper dan resistor 0,1 ohm presisi tinggi untuk mencapai stabilitas absolut.
Saya harap Anda menyukai artikel ini dan mempelajari sesuatu yang baru darinya. Jika Anda ragu, Anda dapat bertanya di komentar di bawah atau dapat menggunakan forum kami untuk diskusi terperinci.