Redresoare de precizie

Redresoare de precizie

Datorita caracteristicii de transfer neli-niare a diodelor redresoare si existentei unei "zone" moarte numai prin utilizarea acestor componente nu este posibila redresarea unor tensiuni mici(sute de mV). Ori in aplicatii se pune curent problema redresarii unor tensiuni avand ordinul de marime mentionat. Pentru aceasta se pot utiliza circuite numite redre-soare de precizie.

a. Redresor de precizie monoalternanta

neinversor

Cel mai simplu redresor de precizie este cel monoalternanta neinversor avand schema din figura 8.59. In semiperioada pozitiva a tensiunii apli-cate la intrare, dioda D conduce, circuitul functio-neaza ca repetor (are reac-tie negativa totala). La iesire se regaseste integral ca forma si marime tensiunea de intrare.

Dezavantajul esential al acestui tip de redresor de precizie este frecventa relativ mica a semnalului ce poate fi redresat (1 2 kHz la bA 741), din cauza tran-zitiilor in punctele de schimbare a polaritatii tensiunii de intrare din negativa in pozitiva []. Un comportament mai bun al acestor tipuri de redresoare de precizie este obtenibil in cazul utilizarii unor amplificatoare opera-tionale prevazute cu posibilitatea compensarii externe, asa cum se prezinta in figura 8.60.

b. Redresorul monoalternanta inversor

Are de regula un comportament mai bun decat cel neinversor. Schema acestui redresor de precizie se prezinta in figura 8.56. In semiperioada negativa a tensiunii de intrare, tensiunea U_ea este pozitiva si dioda D conduce.

In acest interval de timp functionarea circuitului este descrisa de ecuatiile:

8.142

8.143

8.144

8.145

Prin prelucrarea acestora se obtine expre-sia tensiunii de iesire:

8.146

Intrucat cu buna aproximatie:

8.147

rezulta ca:

8.148

Relatiile de mai sus arata ca in alter-nanta negativa a tensiunii de intrare tensiunea de iesire o reproduce ca forma, (evident ampli-

ficata si in antifaza). Intrucat este cuprinsa in bucla de reactie, dioda D nu influenteaza in nici un fel functionarea circuitului.

In alternanta pozitiva a tensi-unii de intrare, tensiunea U_ea este negativa, dioda D fiind blocata. Dioda D aflata in conductie preia curentul de intrare fortand tensiunea de intrare la un potential apropiat de 0V.

Din acest motiv tensiunea de iesire va avea valoarea absolut neglijabila:

8.149

Forma tensiunii de iesire este prezentata in figura 8.65, impreuna cu caracteristica de transfer.

Circuitul, cu rezis-tenta de intrare mica, per-mite redre-sarea unor tensiuni de ordinul mi-livoltului. In cazul in care se doreste obtinerea unei tensiuni negative (preluand alternanta pozitiva) se inver-seaza sensul celor doua diode. Si in

acest caz sunt tipice limitarile referitoare la frecventa maxima a tensiunii de intrare.

Pentru cresterea frecventei acestei tensiuni se utili-zeaza scheme cu so-lutii de compensare (corectie) de frec-venta. Asemenea so-lutii se prezinta in figurile 8.63 si 8.64.

Ele sunt utili-zabile in cazurile in care amplificatorul operational adoptat este prevazut cu pini de corectie.

Prima solutie se refera la cazul cand co-rectia este obtinuta prin efect Miller. Cea de a doua utilizeaza si o compensare a divizorului R ,R

Pentru aceasta solutie, elementele ce for-meaza divizorul compensat trebuie sa indepli-neasca conditia cunoscuta:

8.150

unde:

C_i este capacitatea de intrare a AO

c. Redresoare de precizie bialternanta

Atat in cazul utilizarii ca redresor pro-priu-zis, cat si in cazurile in care este nece-sara obtinerea modulului unei tensiuni, se im-pune folosirea unui redresor bialternanta. Un exemplu de redresor de precizie bialternanta se prezinta in figura 8.65.

El contine un redresor monoalternanta rea-lizat cu amplificatorul A impreuna cu elemen-tele pasive aferente si un sumator realizat cu

amplificatorul A . Prin redresarea alternantei pozitive a tensiunii de intrare, redresorul monoalternanta A furnizeaza o tensine U_e1 nega-tiva. Sumatorul implementeaza relatia:

8.151

Conform acesteia si diagramei din figura 8.66,

la iesirea circuitului se obtine redresata bialternanta a tensiu-nii de intrare.

Condensatorul C imprima un comportament de tip trece - jos, filtrul astfel obtinut avand frecventa de taiere data de relatia 8.152. In cazul filtra-rii, tensiunea de ie-sire U_e2 va fi egala cu valoarea medie a ten-siunii redresate in absenta condensatorului.

8.152

Evident ca pulsatiile vor fi eliminate doar partial, armonicile regasindu-se in schimb mult atenuate. In cazul in care se urmareste detectia unui semnal ce moduleaza o purtatoare,

pentru frecventa de taiere a filtrului rezulta

dubla conditie:

8.153

unde:

f_max = frecventa maxima a semnalului modu-lator

f = frecventa purtatoarei

Caracteristica de transfer a redresorului bialternanta se prezinta in figura 8.67. Asa cum rezulta si din schema, sumatorul poate rea- liza si amplificarea semnalului redresat bial-ternanta.

In ce priveste frecventa maxima a semnalelor ce pot fi re-dresate, ea este limitata supe-rior la valori de ordinul a 5kHz pentru AO uzuale cu corectie interna si 10 kHz pentru cele cu corectie externa.

Redresarea tensiunilor cu frecvente de ordinul sutelor de kHz impune utilizarea unor amplificatoare operationale ce asigura un SR foarte mare.

Trebuie subliniat faptul ca pentru asigu-rarea egalitatii celor doua alternante redre-sate este necesara prevederea posibilitatii de ajustare a rezistentelor ce le determina.

Acest dezavantaj este atenuat in cazul utilizarii unui sumator neinversor, caz in care redresorul bialternanta are schema din figura 8.68.El functioneaza in felul urmator:

In alternanta pozitiva a tensiunii de in- trare U , dioda D , polarizata in sens invers, este blocata. La intrarea neinversoare a suma-torului A se aplica prin R tensiunea U

Amplificatorul functioneaza in montaj neinversor implementand relatia:

8.154

In alternanta negativa a tensiunii de intrare prezenta rezistentei R nu are nici un efect pentru functionarea circuitului.

Amplificatorul sumator implementeaza rela-tia:

, 8.155

intrarea inversoare a lui A fiind conectata virtual la masa.

In aceasta situatie intre u si u exista relatia:

8.156

Tensiunea de iesire este:

8.157

Prin urmare pentru oricare din alternante este valabila relatia:

8.158

Din examinarea schemei si a relatiilor care o caracterizeaza si ii descriu functio-narea se desprind urmatoarele concluzii:

- rezistenta R poate avea orice valoare pertinenta pentru astfel de aplicatii

- pentru ca cele doua alternante sa re-zulte egale dupa redresare este necesara inde-plinirea cu rigurozitate a unei singure egali-

tati:

8.159

Nici unul din redresoarele de precizie prezentate nu asigurau o rezisteta de intrare mare, ori se stie ca adesea un asemenea dezi-derat este cvasiobligatoriu pentru prelucrarea (preluarea) fidela a unor semnale de la surse reale. Un re-dresor de pre-cizie cu rezis-tenta de intra-re mare se pre-zinta in figura 8.69.

In alternanta pozitiva a ten-siunii de in-trare, tensi-unea de iesire este descrisa de relatia:

8.160

In alternanta negativa a aceleiasi ten-siuni, tensiunea de iesire este:

8.161

si prin urmare pentru ambele alternante este valabila relatia:

8.162

Din examinarea relatiilor ce descriu func-tionarea circuitului se observa ca:

- pentru obtinerea egalitatii celor doua alternante redresate este necesara ajustarea

valorilor a doua rezistente

- in cazul in care nu este necesara o am-plificare, circuitul permite o simplificare esentiala, dupa cum urmeaza.

Astfel adoptand:

  8.163

8.164

se obtine un redresor bialternanta cu am-plificare unitara.

8.3.6 Detectoare de amplitudine

Detectoarele de amplitudine urmaresc varfurile (valorile maxime) de o anumita pola-ritate ale unei tensiuni variabile.

Schema unui circuit ce realizeaza o ase-menea functie precum si modul in care se asi-gura urmarirea varfurilor se prezinta in figura 8.70. Functionarea circuitului are doua etape distincte si anume:

a. in prima, cand si cata vreme:

  8.165

dioda D este deschisa si circuitul functio-neaza in regim de repetor se incarca condensa-torul C, tensiunea de pe acesta urmarind ten-siunea de intrare.

b. Cand tensiunea de intrare devine mai mica decat cea de pe condensator dioda D se blocheaza si condensatorul C se descarca prin rezistenta R_S si prin ansamblul serie R , D si iesrea amplificatorului operational.

Dioda D are acelasi rol ca si in cazul redresoarelor de precizie, permitand cresterea sensibila a frecventei de lucru.

Pentru urmarirea corecta a varfurilor (amplitudinilor) este necesara o dimensionare corecta a constantei de timp a circuitului:

8.166

Pentru a putea urmari corect variatiile de amplitudine ale tensiunii supravegheate ea trebuie sa respecte relatia:

8.167

In cazurile in care din motive decurgand din specificul sarcinii nu se poate asigura indeplinirea conditiei 8.167 pentru valori pertinente ale capacitatii C, devine necesara intercalarea un repetor cu amplificator opera-tional. Modul de conectare al acestuia rezulta din analiza cazului concret. Utilizand amplifi-catoare operationale uzuale se pot obtine frec-vente maxime de functionare de ordinul zecilor de kHz.

Astfel functioneaza si detectoarele de varf, care sunt circuite ce selecteaza si memo-reaza valoarea maxima a unei tensiuni intr-un

interval de timp stabilit. In acest caz este obligatorie utilizarea unui repetor pentru a impiedica descarcarea condensatorului in inter-valul de memorare. Dupa expirarea acestuia, condensatorul va fi descarcat printr-un circuit corespunzator si se va comanda o noua secventa detectie - memorare.