Полноволновое выпрямление операционным усилителем

Я пытаюсь прочитать форму волны тока из серии шунтирующих резисторов с линией электропередачи.

Используя мостовой выпрямитель, я получил следующую форму волны:

введите описание изображения здесь

Форма волны замерялась каждые 2 миллисекунды с помощью Arduino. После анализа Фурье я обнаружил, что он содержит сигнал частотой 100 Гц.

Поскольку частота питания в моем регионе составляет 50 Гц, а при выпрямлении форма волны составляет 100 Гц.

Но я хочу использовать операционные усилители в качестве прецизионного выпрямителя, чтобы получить меньшее напряжение, чем падение напряжения на диоде. Я использую приведенную ниже конфигурацию. Я протестировал конфигурацию, установив вход как положительное и отрицательное напряжение DV от батареи, а отрицательное постоянное напряжение было задано операционным усилителем как положительное.

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Это текущая форма сигнала, полученная от операционного усилителя:

введите описание изображения здесь

Нулевая точка формы волны периодически меняется.

Это проблема с конфигурацией операционного усилителя или есть лучший способ сделать двухполупериодное выпрямление с использованием операционного усилителя с одним источником питания?

РЕДАКТИРОВАТЬ: я хотел использовать резисторы на 10 кОм, а не на 10 Ом. Сигнал понижающего трансформатора 240–24 В, разделенный между резистором 10 кОм и резистором 1 Ом. ОБНОВЛЕНИЕ: Конфигурация операционного усилителя работала отлично. Исходный сигнал содержал колебания нулевой точки. Выходной сигнал мостового выпрямителя не показывал этот выходной сигнал, потому что он был недостаточно сильным, чтобы преодолеть падение напряжения на диоде. После увеличения напряжения я смог увидеть тот же сигнал от мостового выпрямителя. Фу!!!! Выяснение правды на земле очень важно.

Учитывая то, как выглядит записанный сигнал (низкая частота дискретизации), это может быть артефактом, вызванным алиасингом. Как убедиться, что сигнал дискретизируется ровно за 2 мс? Если период выборки превышает 2,5 мс, у вас возникнут проблемы с теоремой Найквиста.
Я бы не стал делать ставку на то, что время выборки Arduino будет таким стабильным, особенно если вы передаете значения в реальном времени на ПК.
Если у вас есть доступ к настоящему осциллографу, я бы проверил выход схемы вашего выпрямителя. В противном случае у Circuit Lab есть симулятор. Запустите его и посмотрите, что выйдет.
Я надеюсь, что ваши настоящие резисторы больше похожи на 10 000, чем на 10 Ом...
Ваша частота дискретизации кажется слишком низкой. Попробуйте сэмплировать быстрее? Или, по крайней мере, используйте более умную схему интерполяции.
двухполупериодный выпрямленный выход диодов не искажается, поэтому я должен устранить фактор наложения

Ответы (3)

Ваша схема (с правильными значениями резисторов) должна работать нормально. Попробуйте приведенную ниже симуляцию.

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Для тех, кто сомневается, это работает так: нижний усилитель OA2 поддерживает неинвертирующий вход OA1 на уровне 0 В, когда вход становится отрицательным, что означает, что вы получаете Vout = -Vin (это инвертирующий усилитель). и R1/R2 находятся в игре).

Когда вход положительный, положительный вход находится на входном потенциале, а выход приводит к инвертированию входа на тот же потенциал, поэтому коэффициент усиления равен +1.

Вот моделирование выхода с пиковым входным напряжением 300 мВ при частоте 50 Гц. Он не будет работать очень хорошо на более высоких частотах, потому что усилитель OA2 доведен до насыщения и будет медленно восстанавливаться, но для частоты сети это более чем нормально (и он работает от одного источника питания с очень дешевым операционным усилителем).

введите описание изображения здесь

В качестве дополнительного бонуса, поскольку он питается от одного источника, нет необходимости защищать вход АЦП от возможных отрицательных переходных процессов.

извините, я хотел поставить 10 кОм. исходная форма волны получена с резисторов 10 кОм. могут ли искажения быть связаны с более высокими частотами, присутствующими в сигнале.
Можно ли получить доступ к осциллографу? Это один из тех случаев, когда это окупится с лихвой.
Я действительно хочу, чтобы я мог получить один. могут ли искажения быть связаны с более высокими частотами в сигнале, приводящем операционный усилитель в насыщение. если это так, я должен фильтровать низкие частоты сигнала перед отправкой его в операционный усилитель. также почему я не должен использовать резистор 10 Ом из любопытства
Классная схема. Когда вход положительный, OA2 ничего не делает, и следует выход. Когда вход отрицательный, OA2 не позволит OA1+ стать отрицательным, и вы получите инвертор.
Вы можете попробовать это, вы можете попытаться получить немного больше информации, посмотрев на среднее напряжение на выходе и подав на него очень чистый сигнал с делителя напряжения. Вы не должны использовать 10 Ом, потому что LM358 работает только с несколькими мА, а вам потребуется больше. При значениях от нескольких К до 30 или 50 К вы минимизируете это без добавления большой ошибки из-за токов смещения и смещения.
пожалуйста, объясни. Вы имеете в виду: следует разделить сетевое напряжение с помощью делителя потенциала и подать его на операционный усилитель и проверить выход
Используйте выход понижающего трансформатора и разделите его примерно на 1 кОм/10 Ом, чтобы получить несколько сотен мВ с низким импедансом источника.
я разделил сигнал от трансформатора 240-24 вольт между 10k/1k и 1k/10ohms две формы волны размещены в вопросе, пожалуйста, помогите. почему изменение резистора влияет на форму волны
Входное сопротивление вашей схемы отличается для положительных и отрицательных входов!
но я правильно подобрал резисторы, даже если это так, почему нулевая точка колеблется
Попробуйте добавить фильтр нижних частот к выходу выпрямителя, если вы хотите измерить только средний ток.

Я не знаю, что делает ваша схема. Однако он не похож на двухполупериодный прецизионный выпрямитель.

У Texas Instruments есть документ, описывающий прецизионные двухполупериодные выпрямители.

Пример из ТИ:

введите описание изображения здесь

Идея состоит в том, что D1 и D2 переключают пути сигнала, поэтому сигнал проходит через инвертирующий или неинвертирующий путь через U1b.

В документе TI подробно рассказывается о разработке этой штуки. Это не так просто, как кажется.

На частоте 50 (или 60) Гц звук должен быть довольно прямолинеен. Однако TI показывает примеры того, что происходит на несколько более высоких (1 кГц) частотах.

Я пропустил требование для одного источника питания. Для этой схемы требуются двойные рельсы.

Это неправильный ответ на вопрос, но я оставлю его здесь на случай, если кто-то еще сочтет его полезным.

ОП хочет сделать это с одним источником. Возможно, но гораздо проще просто добавить отрицательный запас и использовать этот дизайн.
применима ли эта схема для операционных усилителей с однополярным питанием?
Неа. Я пропустил это требование.
Привет, я генерировал отрицательное постоянное напряжение с помощью трансформатора с центральным отводом, и я пытаюсь использовать схему, которую ты опубликовал. куда мне подключить клемму заземления
Заземление на трансформаторе с центральным отводом обычно является центральным отводом.
Я думаю, что эта схема, пожалуй, самый простой прецизионный выпрямитель для смещения. U1B:+ должен быть в середине питания, и входной сигнал также должен быть сосредоточен вокруг середины питания. U1B:+ может быть получен из входного сигнала с фильтром нижних частот - он будет содержать среднее значение постоянного тока. В противном случае при смещении U1B:+ к середине питания потребуется один дополнительный резистор 1 кОм от U1B:+ до VCC. Вот и все. Это отличная схема, и она работает даже лучше с микроволновыми ВЧ-диодами Шоттки в качестве выпрямителей из-за меньшего падения напряжения.

Схема в порядке, однако у нее нелинейный входной импеданс. Для отрицательных входов оба резистора 10 кОм фактически находятся на уровне 0 В, поэтому импеданс равен 5 кОм. Для входов +ve входы первого операционного усилителя одинаковы, поэтому входное сопротивление составляет 10 кОм или более. (Входы операционного усилителя имеют высокий импеданс, вход представляет собой виртуальную землю из-за обратной связи.) При питании от источника с низким импедансом все должно быть в порядке.

Полноволновое выпрямление операционным усилителем
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v