Rectificación de onda completa por opamp

Estoy tratando de leer una forma de onda actual de una serie de resistencias de derivación con la línea de alimentación.

Usando un puente rectificador completo, obtuve la siguiente forma de onda:

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La forma de onda se muestreó cada 2 milisegundos usando un Arduino. Tras el análisis de Fourier, descubrí que contenía una señal de 100 Hz.

Dado que la frecuencia de suministro es de 50 Hz en mi región y al ser rectificada, la forma de onda es de 100 Hz.

Pero quiero usar amplificadores operacionales como un rectificador de precisión para obtener voltajes más pequeños que la caída del diodo. Estoy usando la siguiente configuración. Probé la configuración configurando la entrada como voltaje DV positivo y negativo de una batería y el opamp dio la CC negativa como CC positiva.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Esta es la forma de onda actual que obtuve del opamp:

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El punto cero de la forma de onda sigue cambiando periódicamente.

¿Es esto un problema con la configuración del opamp, o hay una mejor manera de hacer la rectificación de onda completa usando un solo opamp de suministro?

EDITAR: quise usar resistencias de 10 kiloohmios, no de 10 ohmios. Señal de transformador reductor de 240-24 voltios dividida entre 10 kiloohmios y resistencia de 1 ohmios ACTUALIZACIÓN: La configuración del opamp funcionaba perfectamente bien. La señal original contenía la oscilación de punto cero. La salida del rectificador de puente completo no mostraba esta salida porque no era lo suficientemente fuerte como para superar la caída de voltaje del diodo. Después de aumentar el voltaje, también pude ver la misma señal del puente rectificador completo. ¡¡¡¡Uf!!!! Descubrir la verdad básica es muy importante.

Teniendo en cuenta cómo se ve la forma de onda registrada (frecuencia de muestreo baja), esto podría ser un artefacto causado por el aliasing. ¿Cómo se asegura de que la señal se muestree con exactamente 2 ms? Si el período de muestreo supera los 2,5 ms, tendrá problemas con el teorema de Nyquist.
No apostaría a que el tiempo de muestreo del Arduino sea tan constante, especialmente si está transmitiendo los valores en vivo a la PC.
Si tiene acceso a un osciloscopio real, verificaría la salida de su circuito rectificador. En su defecto, Circuit Lab tiene un simulador. Ejecútalo a ver qué sale.
Espero que sus resistencias reales sean más de 10,000 que de 10 ohmios ...
Su frecuencia de muestreo parece demasiado baja. ¿Intentar muestrear más rápido? O al menos use un esquema de interpolación más inteligente.
la salida rectificada de onda completa de los diodos no está distorsionada, por lo que debería eliminar el factor de aliasing

Respuestas (3)

Su circuito (con los valores de resistencia adecuados) debería funcionar bien. Pruebe la siguiente simulación.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

La forma en que funciona, para aquellos que lo cuestionan, es que el amplificador inferior OA2 mantiene la entrada no inversora de OA1 en 0V cuando la entrada se vuelve negativa, lo que significa que está obteniendo Vout = -Vin (es un amplificador inversor y R1/R2 están en juego).

Cuando la entrada es positiva, la entrada positiva está en el potencial de entrada y la salida impulsa la inversión de la entrada al mismo potencial, por lo que la ganancia es +1.

Aquí hay una simulación de la salida con una entrada máxima de 300 mV a 50 Hz. No funcionará muy bien a frecuencias más altas porque el amplificador OA2 se satura y tendrá una recuperación lenta, pero para la frecuencia de la red está más que bien (y funciona con un solo suministro con un op-amp muy barato).

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Como beneficio adicional, dado que se alimenta de un solo suministro, no es necesario proteger la entrada del ADC de posibles transitorios negativos.

lo siento, quise poner 10 kilohmios. la forma de onda original se obtiene de resistencias de 10 kiloohmios. ¿Podría la distorsión deberse a frecuencias más altas presentes en la señal?
¿Se puede acceder a un osciloscopio? Esta es una de esas ocasiones en las que valdrá la pena a lo grande.
Realmente desearía poder conseguir uno. ¿Podría la distorsión deberse a frecuencias más altas en la señal que conducen al opamp a la saturación? si es así, debería filtrar la señal de paso bajo antes de enviarla al opamp. Además, ¿por qué no debería usar una resistencia de 10 ohmios por curiosidad?
Circuito genial. Cuando la entrada es positiva, OA2 no hace nada y sigue la salida. Cuando la entrada es negativa, OA2 no permitirá que OA1+ se vuelva negativo y obtendrá un inversor.
Puede intentar eso, puede intentar obtener un poco más de información al observar el voltaje promedio de la salida e intentar alimentarlo con una señal muy limpia de un divisor de voltaje. No debe usar 10 ohmios porque el LM358 solo está feliz de conducir unos pocos mA y estaría exigiendo más. Con unos pocos K hasta quizás 30 o 50 K, lo minimiza sin agregar mucho error debido a las corrientes de polarización y compensación.
por favor explique. ¿Quiere decir: debe dividir el voltaje de la red usando un divisor potencial y alimentarlo al opamp y verificar la salida?
Use la salida de un transformador reductor y divídalo con algo así como 1k/10 ohmios para obtener unos cientos de mV con baja impedancia de fuente.
Dividí la señal de un transformador de 240-24 voltios entre 10k/1k y 1k/10ohms. Las dos formas de onda se publican en la pregunta. Por favor, ayuda. ¿Por qué cambiar el resistor afecta la forma de onda?
¡La impedancia de entrada de su circuito es diferente para entradas positivas y negativas!
pero combiné las resistencias correctamente, incluso si ese es el caso, ¿por qué oscila el punto cero?
Intente agregar un filtro de paso bajo a la salida del rectificador si solo desea medir la corriente promedio.

No sé qué está haciendo tu circuito. Sin embargo, no parece un rectificador de precisión de onda completa.

Texas Instruments tiene un documento que describe los rectificadores de onda completa de precisión.

Un ejemplo de TI:

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La idea es que D1 y D2 cambien las rutas de la señal para que la señal pase por la ruta inversora o no inversora a través de U1b.

El documento de TI entra en algunos detalles sobre el diseño de la cosa. No es tan simple como parece.

A 50 (o 60) Hz, debería ser bastante sencillo. Sin embargo, TI muestra ejemplos de lo que sucede a frecuencias algo más altas (1 kHz).

Me perdí el requisito de una sola fuente de alimentación. Este circuito requiere rieles dobles.

No es la respuesta correcta para la pregunta, pero lo dejaré aquí en caso de que alguien más lo encuentre útil.

El OP quiere hacerlo con un solo suministro. Probablemente sea posible, pero es mucho más fácil simplemente agregar un suministro negativo y usar este diseño.
¿Este esquema es aplicable para amplificadores operacionales de suministro único?
No. Me perdí ese requisito.
hola, generé un voltaje de CC negativo usando un transformador de derivación central y estoy probando el circuito que has publicado. ¿Dónde debo conectar la terminal de tierra?
La conexión a tierra en un transformador con derivación central suele ser la derivación central.
Creo que este circuito es quizás el rectificador de precisión más fácil de sesgar. U1B:+ tiene que estar en la mitad del suministro, y la señal de entrada también debe estar centrada alrededor de la mitad del suministro. U1B: + podría derivarse de una señal de entrada filtrada de paso bajo: mantendría el valor de CC promedio. De lo contrario, la polarización de U1B:+ a la mitad del suministro requiere una resistencia adicional de 1k de U1B:+ a VCC. Eso es todo. Es un gran circuito y funciona aún mejor con diodos Schottky de RF de microondas como rectificadores, debido a la menor caída de voltaje.

El circuito está bien, sin embargo, tiene una impedancia de entrada no lineal. Para entradas negativas, ambas resistencias de 10k están efectivamente a 0v y, por lo tanto, la impedancia es de 5k. Para las entradas +ve, las primeras entradas del amplificador operacional son las mismas y, por lo tanto, la impedancia de entrada es de 10k o más. (Las entradas del amplificador operacional son de alta impedancia, la entrada es una tierra virtual debido a la retroalimentación). Cuando se alimenta desde una fuente de baja impedancia, todo debería estar bien.

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