Respuesta de frecuencia del rectificador de precisión de doble onda

Para realizar una experiencia didáctica, tuve que diseñar un rectificador de doble onda utilizando amplificadores operacionales (TL081). Elijo usar dos etapas: un rectificador de precisión de onda única (es decir, un diodo ideal) y un sumador inversor para obtener un Vout rectificado completo a partir de Vin.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

El circuito se montó fácilmente en una placa de prueba y se probó, y funciona muy bien. El problema es su comportamiento a frecuencias "altas": a partir de 8kHz la característica I/O comienza a modificarse, por lo que considero que el circuito no es más confiable. Permítame mostrarle la captura de pantalla del osciloscopio con una onda sinusoidal de 10 Vpp y 16 kHz como voltaje de entrada Vin.

Prueba con onda sinusoidal Vin 10Vpp @ 16kHz. Desventaja: característica de E/S. Up-side: Vin=línea amarilla, Vout=línea azul claro.

Como puede ver, la característica de E/S se modifica y ya no tiene forma de V.

  • No puedo entender si esto se debe a un comportamiento diferente entre el Vin ascendente y el Vin descendente, o a otra cosa.
  • No puedo entender por qué experimentamos ese tipo de "retraso" entre Vin (línea amarilla) y Vout (línea azul claro), ya que el tiempo de conmutación de los diodos usados ​​es "4ns max" y la velocidad de respuesta de la op -amp es de 13 V/us (y, al medir su salida, la pendiente máxima alcanzada fue de 2,4 V/us; además, el circuito fue diseñado con bajas resistencias para permitir que el amplificador operacional funcione bien).

Las simulaciones realizadas con LTSpice usando los modelos de los componentes reales dieron los mismos resultados. ¡Gracias por sus respuestas!

Respuestas (2)

Estás sumando dos señales juntas. Una de esas señales es la entrada y la otra señal se deriva de la entrada y, por lo tanto, se retrasa ligeramente. No tiene nada que ver con los diodos, está relacionado puramente con la velocidad relativamente lenta del TL081 a 16 kHz.

A 16 kHz, el TL081 tiene una ganancia de bucle abierto de aproximadamente 100, por lo que no puede considerarse ideal e impondrá errores de tiempo en la salida rectificada de media onda que produce. ¿Por qué no prueba esto en un amplificador lineal (digamos que invierte la ganancia de 1) y observa los efectos de este retraso a medida que aumenta la frecuencia de entrada?

Hola. En primer lugar, gracias por la ayuda. Hice dos amplificadores inversores en cascada, y el retraso no es despreciable solo en frecuencias más altas, como 40kHz. También intenté hacer la misma prueba con los diodos, y dieron una salida muy retrasada con respecto a la señal de entrada. Todo el mundo me hace pensar que es su culpa. En este caso, ¿cómo debo interpretar el "tiempo de conmutación: 4 ns máx" que figura en la hoja de datos 1N4148?
Aquí están las fotos para una prueba Vin de 50kHz 5Vpp con 2 amplificadores operacionales TL081 inversores en cascada (Vout es la línea azul claro) y una prueba de un diodo 1N4148 con un Vin impuesto de 50kHz 4Vpp. En el primer caso tenemos un retraso de 250ns, en el segundo es de 2.25us. imgur.com/NHzZmCX imgur.com/lkkskWg
@Nicola Todos los diodos tienen una capacitancia que se reduce con voltaje inverso. Pruebe su dedo con ~ 100pF en cada parte para juzgar la sensibilidad a la capacitancia. 1N4148 es 4pF, así que tóquelo ligeramente.
@Sunnyskyguy Hace algún tiempo experimenté (construyendo un filtro Chebyshev) una pérdida en términos de ancho de banda debido a la capacitancia parásita introducida por los contactos de la placa de prueba, ¿me está diciendo que los diodos también pueden presentar ese comportamiento?
Sí, RC = Tau cuando Vf=0 es grande incluso con 4pF x ?Meg = ? nosotros en comparación con Vf=0.6V = ? ns Así lo ves converger > 0V
Sí, ahora este punto está muy claro. Gracias.
Ah, otro voto negativo del votante fantasma: ¿quién es ese hombre enmascarado y por qué se molesta?

El opamp está muy cargado, por lo que los nodos internos tienen que girar más para producir esa alta corriente de salida.

El opamp tiene que apagar un diodo y encender el otro diodo.

Hola, gracias por la respuesta. Primero probé con una resistencia alta para reducir la magnitud actual, pero el resultado es muy similar a este. Pensé en bajar las resistencias para tener más corriente y así cambiar los diodos más rápido. El problema es que la velocidad de respuesta medida no es la máxima de la hoja de datos del amplificador operacional. como puedes explicar esto?
Si la señal de error es pequeña, el opamp no se lleva rápidamente a la limitación de giro. Las compañías de silicio muestran un comportamiento de rotación de señal grande con pulsos. Este rectificador es triángulos de precisión, con rampas lentas, no los flancos rápidos de los pulsos. Se necesita tiempo para cargar completamente el capacitor interno del amplificador operacional, por lo que hay un retraso antes de que se produzca el cambio de velocidad máxima. Para aprender, inserte 4 diodos en serie en lugar de cada uno de los 2 diodos (8 diodos en total) y vuelva a evaluar el rendimiento.
Gracias por el consejo. Lo intentaré la próxima vez que pueda acceder al laboratorio. Sin embargo, acabo de probar el circuito con un voltaje de entrada de onda cuadrada en LTSpice, ¡y la velocidad de giro del voltaje de salida del amplificador operacional ahora es muy alta! ¡Gracias por la ayuda!
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