Vollwellengleichrichtung durch Operationsverstärker

Ich versuche, eine Stromwellenform aus einer Shunt-Widerstandsreihe mit der Stromleitung zu lesen.

Mit einem Vollbrückengleichrichter erhielt ich die folgende Wellenform:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Wellenform wurde alle 2 Millisekunden mit einem Arduino abgetastet. Bei der Fourier-Analyse fand ich heraus, dass es ein 100-Hz-Signal enthielt.

Da die Versorgungsfrequenz in meiner Region 50 Hz beträgt und gleichgerichtet wird, beträgt die Wellenform 100 Hz.

Aber ich möchte Operationsverstärker als Präzisionsgleichrichter verwenden, um kleinere Spannungen als den Diodenabfall zu erhalten. Ich verwende die folgende Konfiguration. Ich habe die Konfiguration getestet, indem ich den Eingang als positive und negative DV-Spannung von einer Batterie eingestellt habe und der negative Gleichstrom vom Operationsverstärker als positiver Gleichstrom ausgegeben wurde.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Dies ist die aktuelle Wellenform, die ich vom Operationsverstärker erhalten habe:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der Nullpunkt der Wellenform ändert sich periodisch.

Ist dies ein Problem mit der Operationsverstärkerkonfiguration oder gibt es eine bessere Möglichkeit, eine Vollwellengleichrichtung mit einem Operationsverstärker mit einer einzigen Versorgung durchzuführen?

EDIT: Ich wollte 10 Kiloohm Widerstände verwenden, nicht 10 Ohm. 240-24-Volt-Abwärtstransformatorsignal, aufgeteilt zwischen 10 Kiloohm und 1 Ohm Widerstand UPDATE: Die Opamp-Konfiguration funktionierte einwandfrei. Das ursprüngliche Signal enthielt die Nullpunktschwingung. Der Ausgang des Vollbrückengleichrichters zeigte diesen Ausgang nicht, weil er nicht stark genug war, um den Diodenspannungsabfall zu überwinden. Nach dem Erhöhen der Spannung konnte ich das gleiche Signal auch vom Vollbrückengleichrichter sehen. Puh!!!! Das Herausfinden der Grundwahrheit ist sehr wichtig.

Wenn man bedenkt, wie die aufgezeichnete Wellenform aussieht (niedrige Abtastrate), könnte dies ein Artefakt sein, das durch Aliasing verursacht wird. Wie stellen Sie sicher, dass das Signal mit genau 2 ms abgetastet wird? Wenn die Abtastperiode 2,5 ms überschreitet, werden Sie Probleme mit dem Nyquist-Theorem bekommen.
Ich würde nicht darauf wetten, dass die Abtastzeit des Arduino allzu konstant ist, insbesondere wenn Sie die Werte live auf den PC übertragen.
Wenn Sie Zugang zu einem echten Oszilloskop haben, würde ich den Ausgang Ihrer Gleichrichterschaltung überprüfen. Andernfalls verfügt Circuit Lab über einen Simulator. Führen Sie es aus und sehen Sie, was herauskommt.
Ich hoffe, Ihre tatsächlichen Widerstände sind eher 10.000 als 10 Ohm ...
Deine Abtastrate scheint viel zu niedrig zu sein. Schneller probieren? Oder verwenden Sie zumindest ein intelligenteres Interpolationsschema.
Der vollweggleichgerichtete Ausgang von Dioden ist nicht verzerrt, also sollte ich den Aliasing-Faktor eliminieren

Antworten (3)

Ihre Schaltung (mit den richtigen Widerstandswerten) sollte gut funktionieren. Probieren Sie die folgende Simulation aus.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Für diejenigen, die es in Frage stellen, funktioniert es so, dass der untere Verstärker OA2 den nicht invertierenden Eingang von OA1 auf 0 V hält, wenn der Eingang negativ wird, was bedeutet, dass Sie Vout = -Vin erhalten (es ist ein invertierender Verstärker und R1/R2 sind im Spiel).

Wenn der Eingang positiv ist, liegt der positive Eingang auf dem Eingangspotential und der Ausgang treibt dann den invertierenden Eingang auf das gleiche Potential, sodass die Verstärkung +1 ist.

Hier ist eine Simulation des Ausgangs mit einem Spitzeneingang von 300 mV bei 50 Hz. Bei höheren Frequenzen funktioniert es nicht sehr gut, da der Verstärker OA2 in die Sättigung getrieben wird und eine träge Erholung aufweist, aber für die Netzfrequenz ist es mehr als in Ordnung (und es wird von einer einzigen Versorgung mit einem spottbilligen Operationsverstärker betrieben).

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Als zusätzlicher Bonus muss der ADC-Eingang nicht vor möglichen negativen Transienten geschützt werden, da er von einer einzigen Versorgung gespeist wird.

Entschuldigung, ich wollte 10 Kiloohm setzen. Die ursprüngliche Wellenform wird von 10-Kiloohm-Widerständen erhalten. könnte die Verzerrung auf höhere Frequenzen im Signal zurückzuführen sein.
Können Sie Zugang zu einem Oszilloskop bekommen? Dies ist eine der Gelegenheiten, bei denen es sich auszahlen wird.
Ich wünschte wirklich, ich könnte einen bekommen. könnte die Verzerrung auf höhere Frequenzen im Signal zurückzuführen sein, die den Operationsverstärker in die Sättigung treiben. Wenn ja, sollte ich das Signal tiefpassfiltern, bevor ich es in den Operationsverstärker sende. Warum sollte ich aus Neugier keinen 10-Ohm-Widerstand verwenden?
Coole Schaltung. Wenn die Eingabe positiv ist, tut OA2 nichts und die Ausgabe folgt. Wenn der Eingang negativ ist, lässt OA2 OA1 + nicht negativ werden und Sie erhalten einen Wechselrichter.
Sie können das versuchen, Sie können versuchen, ein bisschen mehr Informationen herauszukitzeln, indem Sie sich die durchschnittliche Spannung vom Ausgang ansehen und versuchen, ihm ein sehr sauberes Signal von einem Spannungsteiler zuzuführen. Sie sollten keine 10 Ohm verwenden, da der LM358 nur mit wenigen mA zufrieden ist und Sie mehr verlangen würden. Bei einigen K bis vielleicht 30 oder 50 K minimieren Sie dies, ohne aufgrund von Vorspannungs- und Offsetströmen viel Fehler hinzuzufügen.
bitte erkläre. meinst du: sollte die Netzspannung mit einem Potentialteiler teilen und dem Operationsverstärker zuführen und den Ausgang überprüfen
Verwenden Sie den Ausgang eines Abwärtstransformators und teilen Sie ihn mit etwa 1 k / 10 Ohm, um einige hundert mV mit niedriger Quellenimpedanz zu erhalten.
Ich habe das Signal von einem 240-24-Volt-Transformator zwischen 10 k / 1 k und 1 k / 10 Ohm geteilt. Die beiden Wellenformen sind in der Frage angegeben. Bitte helfen Sie. Warum beeinflusst das Ändern des Widerstands die Wellenform?
Die Eingangsimpedanz Ihrer Schaltung ist für positive und negative Eingänge unterschiedlich!
aber ich habe die Widerstände richtig angepasst, auch wenn das der Fall ist, warum schwingt der Nullpunkt
Versuchen Sie, dem Ausgang des Gleichrichters einen Tiefpassfilter hinzuzufügen, wenn Sie nur den durchschnittlichen Strom messen möchten.

Ich weiß nicht, was deine Schaltung macht. Es sieht jedoch nicht wie ein Vollwellen-Präzisionsgleichrichter aus.

Texas Instruments hat ein Dokument, das Präzisions-Vollwellengleichrichter beschreibt.

Ein Beispiel von TI:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Idee ist, dass D1 und D2 die Signalpfade umschalten, sodass das Signal entweder durch den invertierenden oder nicht invertierenden Pfad durch U1b geht.

Das TI-Dokument geht detailliert auf das Entwerfen des Dings ein. Es ist nicht so einfach, wie es aussieht.

Bei 50 (oder 60) Hz sollte es ziemlich einfach sein. TI zeigt jedoch Beispiele dafür, was bei etwas höheren Frequenzen (1 kHz) passiert.

Ich vermisste die Anforderung für eine einzelne Stromversorgung. Diese Schaltung erfordert zwei Schienen.

Es ist nicht die richtige Antwort auf die Frage, aber ich lasse sie hier, falls jemand anderes sie nützlich findet.

Das OP möchte es mit einer einzigen Versorgung tun. Wahrscheinlich möglich, aber viel einfacher, einfach eine negative Versorgung hinzuzufügen und dieses Design zu verwenden.
Ist dieses Schema für Operationsverstärker mit Einzelversorgung anwendbar?
Nö. Diese Anforderung habe ich vermisst.
Hallo, ich habe mit einem Transformator mit Mittelanzapfung eine negative Gleichspannung erzeugt und versuche die Schaltung, die Sie gepostet haben. wo muss ich die masseklemme anschließen
Masse an einem Transformator mit Mittelabgriff ist normalerweise der Mittelabgriff.
Ich denke, diese Schaltung ist vielleicht der einfachste Präzisionsgleichrichter, der vorgespannt werden kann. U1B:+ muss in der Mitte der Versorgung liegen, und das Eingangssignal muss ebenfalls um die Mitte der Versorgung herum zentriert sein. U1B: + könnte von einem tiefpassgefilterten Eingangssignal abgeleitet werden - es würde den durchschnittlichen DC-Wert enthalten. Andernfalls erfordert das Vorspannen von U1B: + auf die mittlere Versorgung einen zusätzlichen 1k-Widerstand von U1B: + auf VCC. Das ist alles. Es ist eine großartige Schaltung und funktioniert aufgrund des geringeren Spannungsabfalls noch besser mit Mikrowellen-HF-Schottky-Dioden als Gleichrichter.

Die Schaltung ist in Ordnung, hat jedoch eine nichtlineare Eingangsimpedanz. Bei negativen Eingängen liegen beide 10k-Widerstände effektiv bei 0 V und daher beträgt die Impedanz 5 k. Für +ve-Eingänge sind die ersten Operationsverstärkereingänge beide gleich und daher beträgt die Eingangsimpedanz 10 k oder mehr. (Operationsverstärkereingänge sind hochohmig, - Eingang ist aufgrund von Rückkopplung eine virtuelle Erde.) Bei Speisung von einer Quelle mit niedriger Impedanz sollte alles in Ordnung sein.

Vollwellengleichrichtung durch Operationsverstärker
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 2v