OpAmp-Präzisions-Halbwellengleichrichter

Betrachten Sie den gezeigten einfachen Präzisions-Halbwellengleichrichter. Lassen Sie die Open-Loop-Verstärkung des Operationsverstärkers sein$A$.

Aus der Schaltung kann die Spannung an der Kathode berechnet werden als

$$V_{anode} = A(V_{in} - V_{cathode})\tag1$$

Jetzt leitet die Diode wann

$$V_{anode} > V_{cathode} + 0.7V\tag2$$

$$A(V_{in} - V_{cathode}) > V_{cathode} + 0.7V$$ $$V_{in} > \frac{A+1}{A}V_{cathode} + \frac{0.7}{A}$$

Für A >> 1 können wir schreiben

$$V_{in} > V_{cathode} + \frac{0.7}{A}\tag3$$

Wenn die Diode leitet, wird die Schaltung zu einem Spannungsfolger und$V_{out}=V_{in}$. Und wenn die Diode nicht leitet$V_{out}=0$. Daher kann der Operationsverstärker + Diode durch eine Diode D1 mit einer Einschaltspannung von 0,7 / A ersetzt werden. Und wie$A \rightarrow \infty$, diese Einschaltspannung$V_{D_1}\rightarrow 0$.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Eine Spannung mit niedriger Amplitude kann dazu führen, dass die Präzisionsdiode aufgrund der vom Operationsverstärker bereitgestellten Verstärkung in Durchlassrichtung vorgespannt wird. Ein idealer Operationsverstärker kann also aus einer nicht idealen Diode eine ideale machen.

EDIT: ( Aus dem Kommentar von OP entnommen )

Also idealerweise z$V_{in} = 0$,$V_{out}$und die Spannung am Ausgangsknoten sind beide 0, aber sobald$V_{in}$nur geringfügig größer als 0 wird, unter der Annahme einer unendlichen Verstärkung, wird die Spannung am Ausgangsanschluss übersteigen$V_f$benötigt, um die Diode einzuschalten, und die Schaltung wird zu einem Einheitsverstärkungsverstärker.

Das ist Ihr Präzisionsgleichrichter.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Aber vorher gehen wir zurück und sehen uns einige (ideale) Grundlagen des Opamps an.

1. Der Operationsverstärker hat keinen Eingangsstrom
2. Der Ausgang wird alles tun, was er tun kann, um sicherzustellen, dass die invertierenden und nicht invertierenden Anschlüsse gleich sind.

Für Ihre Frage spielt der erste Punkt keine Rolle. Der zweite Punkt ist, was Sie interessiert.

Beim positiven Zyklus erhalten Sie eine positive Spannung, die am V+-Anschluss erscheint. Der Operationsverstärker wird alles tun, um sicherzustellen, dass die Spannung zwischen V + und V- Null ist. Wenn also V- = V+ ist, bedeutet dies, dass die Kathode der Diode mit V+ identisch ist. Aber damit das wahr ist, muss der Operationsverstärker V + + 0,7 ausgeben. So überwindet es die Diode.

Im negativen Zyklus erscheint am Anschluss V+ eine gewisse negative Spannung. Aufgrund der Diode und ihrer Ausrichtung wird die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers jedoch so weit wie möglich gesenkt, da die Diode nicht eingeschaltet hat.