"Bu laboratuvar etkinliğinin amacı aktif bir doğrultucuyu araştırmaktır. devre. Spesifik olarak, aktif bir doğrultucu devresi, düşük eşikli bir P kanalı olan bir işlemsel amplifikatörü entegre eder. mosfetve tek yönlü bir akım valfını veya daha düşük ileri doğrultucuyu sentezlemek için bir geri besleme döngüsü Voltaj geleneksel bir PN bağlantı diyotundan daha düşük.
"
Yazan: Doug Mercer, Danışman Araştırmacı ve Antoniu Miclaus, Sistem Uygulamaları Mühendisi
Hedef
Bu laboratuvar etkinliğinin amacı aktif bir doğrultucu devresini araştırmaktır. Spesifik olarak, aktif bir doğrultucu devresi, düşük eşikli bir P kanalı olan bir işlemsel amplifikatörü entegre eder. MOSFETve geleneksel bir PN bağlantı diyotundan daha düşük bir ileri voltaj düşüşüne sahip tek yönlü bir akım valfını veya doğrultucuyu sentezlemek için bir geri besleme döngüsü.
arkaplan bilgisi
Bir güç kaynağı, DC voltajı elde etmek amacıyla AC voltajını düzeltmek için geleneksel diyotları kullandığında, bazı doğası gereği verimsiz parçaların düzeltilmesi gerekir. Standart bir diyot veya ultra hızlı bir diyot, nominal akımda 1 V veya daha fazla ileri gerilime sahip olabilir. Diyotun bu ileri voltaj düşüşü, AC kaynağı ile seri halindedir ve bu da potansiyel DC çıkış voltajını azaltır. Ayrıca, bu voltaj düşüşünün ve diyottan iletilen akımın çarpımı, güç kaybının ve ısı üretiminin önemli olabileceği anlamına gelir.
Schottky diyotlarının daha düşük ileri voltajı, standart diyotlara göre bir gelişmedir. Bununla birlikte, Schottky diyotları aynı zamanda yerleşik bir sabit ileri gerilime de sahiptir. FET'in daha düşük iletim kayıplarından yararlanarak, bir diyotu taklit etmek için MOSFET cihazını giriş AC dalga formuyla eşzamanlı olarak aktif olarak değiştirerek daha yüksek verimlilikler elde edilebilir. Genellikle senkron düzeltme olarak adlandırılan aktif düzeltme, FET cihazının polariteye bağlı olarak AC dalga formundaki uygun noktada anahtarlanmasını içerir, böylece bir doğrultucu görevi görür ve akımı yalnızca istenen yönde iletir.
Bağlantı diyotlarının aksine, bir FET'in iletim kayıpları açık dirence (R) bağlıdır.DS(AÇIK)) ve akım. Düşük R'yi seçinDS(AÇIK)Yeterince büyük bir FET, ileri voltaj düşüşünü herhangi bir diyotun elde edebileceğinin çok küçük bir kısmına azaltır. Bu nedenle senkron doğrultucular diyotlara göre çok daha düşük kayıplara sahip olacak ve bu da genel verimliliğin artırılmasına yardımcı olacaktır.
Devre tasarımı, diyot bazlı doğrultuculardan daha karmaşıktır çünkü FET'leri değiştirmek için kullanılan kapı sinyallerinin senkronize edilmesi gerekir. Bu karmaşıklığın üstesinden gelmek genellikle diyotların ürettiği ısıyı ortadan kaldırmak zorunda kalmanın getirdiği ek karmaşıklıktan daha kolaydır. Sürekli artan verimlilik gereksinimleriyle birlikte çoğu durumda senkronize düzeltmeyi kullanmaktan daha iyi bir seçenek yoktur.
Malzeme
• ADALM2000 Aktif Öğrenme modül
• Lehimsiz Devre Tahtası
• tulum
• Raydan raya giriş/çıkışa sahip bir adet AD8541 CMOS işlem amplifikatörü
• Bir ZVP2110A PMOS Transistor (veya esdeger)
• 4.7 µF kondansatör
• 220 µF kapasitör
• 10 Ω rezistans
• 2.2 kΩ'luk bir direnç
• 47 kΩ'luk bir direnç
• 1 kΩ'luk bir direnç
örneklemek
Şekil 1'de gösterilen basit yarım dalga doğrultucu devresini devre tahtası üzerinde oluşturun. Aktif geçit sürücü devresi, AWG çıkışından gelen AC giriş dalga formunun çıkış voltajı V'nin üzerinde olduğunu tespit etmek için bir operasyonel amplifikatör (AD8541) kullanır.dışarı(olumlu yönde), bu da PMOS'u açar Transistor M1. Bu devre, bir op amp'in minimum besleme voltajı (AD2.7 için 8541 V) veya bir PMOS cihazının kapı eşik voltajı (ZVP1.5A için tipik olarak 2110 V) kadar düşük ac voltajları için aktif düzeltme sağlar. Daha düşük giriş voltajlarında, MOSFET'in arka kapıdan boşaltma diyotu görevi devralır ve normal bir diyot doğrultucu görevi görür.
Şekil 1. Kendinden beslemeli bir op amp kullanan aktif yarım dalga doğrultucu
Şekil 2. Kendinden Güç Alan Op Amp Breadboard Devresi Kullanan Aktif Yarım Dalga Doğrultucu
V olduğundaINV'den büyükdışarıop amp, PMOS transistörünü aşağıdaki formülle açacaktır:
burada (toprağa referanslı voltaj):
VGATEM1 kapısındaki voltajdır.
VINAC giriş voltajı için.
VdışarıC1 ve R içinLçıkış voltajı.
Giriş ve çıkış voltajları PMOS drenaj kaynağı voltajı V ile ilişkilendirilebilir.DSve kapı kaynağı voltajı VGSBirbirine bağlı olarak formül aşağıdaki gibidir:
Bu denklemlerin birleştirilmesi MOSFET geçit sürücüsünü drenaj kaynağı voltajının bir fonksiyonu olarak verir:
R2'nin değeri R21'in değerinin 1 katı ise (1 MΩ/47 kΩ), M1 V'nin drenaj kaynağı voltajıDSC75 V eşik voltajına sahip bir PMOS transistörünü açmak için 1.5 mV'luk bir düşüş yeterlidir. Giriş-çıkış voltaj düşüşünü azaltmak veya daha yüksek eşik voltajlarına sahip transistörleri desteklemek için R2'nin R1'e oranı daha büyük olabilir .
Op-amp, çıkış yumuşatma kapasitörü C1 tarafından çalıştırılır, dolayısıyla ek güç kaynağı gerekmez. Bu devre için seçilen op-amp'in belirli gereksinimleri vardır. Amplifikatörün, besleme raylarının yakınında çalışırken kazanç fazı dönüşümü olmayan raydan raya giriş ve çıkışları olmalıdır. Op-amp'ın bant genişliği devrenin frekans tepkisini sınırlar. Verimliliği artırmak için bu uygulama için genellikle düşük besleme akımı op amplifikatörleri seçilir, bu nedenle bant genişliği ve dönüş oranları genellikle daha düşüktür. Daha yüksek AC giriş frekanslarında (muhtemelen 500 Hz'den daha yüksek), amplifikatörün kazancı düşmeye başlayacaktır. AD8541 tek beslemeli CMOS op amp, tüm bu gereksinimleri 45 µA kadar düşük bir besleme akımıyla karşılar.
donanım ayarları
Kendinden güç alan bir op amp kullanan aktif yarım dalga doğrultucunun devre tahtası bağlantıları Şekil 2'de gösterilmektedir.
program adımları
AWG1 V'ye bağlıIN, tepeden tepeye 6 V'tan büyük bir genliğe, sıfır kaymaya ve 100 Hz frekansa sahip bir sinüs dalgası olarak yapılandırılmalıdır. Osiloskop girişi devre etrafındaki V gibi çeşitli noktaları izlemek için kullanılır.INVdışarıRSR boyunca ve R aracılığıyla voltajSve M1 geçit akımı.
C220 için 1 µF'lik daha büyük bir kapasitörle başlayın. Hem 220 µF hem de 4.7 µF Kondansatörler polarize olduğundan pozitif ve negatif uçları devreye doğru şekilde bağladığınızdan emin olun.
V'yi izlemek için iki osiloskop girişini kullanınINgirişte AC dalga formu ve VdışarıDC çıkış dalga formu. VdışarıV'ye çok yakın olmalıINDoruğa ulaşmak. Şimdi toplu 220 µF kapasitörünü çok daha küçük bir 4.7 µF kapasitörle değiştirin. V'yi gözlemledışarıDalga formu şu saatte değişir: Ne zaman VdışarıV'ye en yakın değerINAC giriş döngüsünün aralığı, transistör M1'in kapı voltajıyla karşılaştırılır.
Şekil 3. V için 220 µF Kapasitör Kullanımıdışarıve VIN Skopi diyagramı
Şekil 4. 4.7 µF Kapasitör Kullanan Vdışarıve VIN Skopi diyagramı
Osiloskop kanalı 2 şönte bağlanır (yani 10 Ω direnç RS), akımın tepe ve ortalama değerlerini elde etmek için ölçüm özelliğini kullanın. Ortalama değeri 2.2 kΩ yük direnci R ile bağlayınLV'nin DC değeri ile karşılaştırıldığındadışarıÖlçülen voltajdan hesaplanır. Bu ölçümü 220 µF ve 4.7 µF kapasitör değerleri için tekrarlayın.
Bu devrenin diğer kullanımları
Anahtar boyunca çok düşük bir voltaj düşüşüyle akımın yalnızca bir yönde akmasına izin veren bir devrenin başka potansiyel kullanımları da vardır. Giriş gücünün kesintili olabileceği bir akü şarj cihazında (güneş paneli veya rüzgar türbini jeneratörü gibi), giriş gücü aküyü şarj etmeye yetecek kadar yüksek bir voltaj üretmediğinde akünün boşalmasını önlemek gerekir. Tipik olarak basit Schottky diyotları bu amaç için kullanılır, ancak arka plan bölümünde belirtildiği gibi bu, verimlilik kaybına neden olur. Yeterince düşük çalışma besleme akımına sahip bir op amp kullanmak, genellikle büyük bir Schottky diyotunun ters kaçak akımından daha düşük olabilir.
soru:
Aktif redresörlerin bazı pratik uygulamalarını sayabilir misiniz? Cevapları Öğrenci Bölgesi forumunda bulabilirsiniz.
Analog Cihazlar Hakkında
Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI) dünyanın önde gelen yarıiletken Akıllı uçta çığır açan yenilikleri mümkün kılmak için fiziksel ve dijital dünyalar arasında köprü kurmaya kendini adamış bir şirket. ADI, dijital fabrikaların, otomobillerin ve dijital tıbbi bakımın sürekli gelişimini teşvik etmek, iklim değişikliğinin zorluklarına çözüm bulmak ve insanlar ile dünyadaki her şey arasında güvenilir bir bağlantı kurmak için analog, dijital ve yazılım teknolojilerini birleştiren çözümler sunmaktadır. ADI'nin 2022 mali yılı geliri, dünya çapında 12'den fazla çalışanıyla 24,000 milyar ABD dolarını aşıyor. Dünya çapında 125,000 müşterisiyle birlikte ADI, yenilikçilerin mümkün olanı aşmaya devam etmelerine yardımcı oluyor. Daha fazla bilgi için www.analog.com/cn adresini ziyaret edin.
yazar hakkında
Doug Mercer, 1977 yılında Rensselaer Politeknik Enstitüsü'nden (RPI) BSEE ile mezun oldu. 1977 yılında Analog Devices'a katıldığından beri doğrudan veya dolaylı olarak 30'dan fazla veri dönüştürücü ürününe katkıda bulunmuştur ve 13 patente sahiptir. 1995 yılında ADI Üyesi seçildi. 2009 yılında tam zamanlı işten ayrıldı ve Aktif Öğrenme Girişimi için yazan fahri araştırmacı olarak ADI'ye danışmanlık yapmaya devam ediyor. 2016 yılında RPI ECSE Departmanına Konut Mühendisi olarak atandı. İletişim: doug.mercer@analog.com.
Antoniu Miclaus şu anda Analog Devices'ta Sistem Uygulamaları Mühendisi olarak görev yapıyor ve ADI eğitim projeleri üzerinde çalışıyor ve Lab® Devreleri, QA otomasyonu ve süreç yönetimi için gömülü yazılımlar geliştiriyor. Analog Devices'a Şubat 2017'de Romanya'nın Cluj-Napoca kentinde katıldı. Şu anda Babes Bowyer Üniversitesi'nde Yazılım Mühendisliği Yüksek Lisans programında yüksek lisans öğrencisidir ve Cluj-Napoca Teknik Üniversitesi'nden Elektronik ve Telekomünikasyon Mühendisliği alanında lisans derecesine sahiptir. İletişim: antoniu.miclaus@analog.com.
Daha fazla göster : IGBT modülleri | LCD ekranlar | Elektronik Bileşenler