Raddrizzatore Ad Onda Intera

[MusicIsLife]

Ciao a tutti!

Ho realizzato un raddrizzatore ad onda intera con due diodi e due amplificatori operazionali. Vi allego l'immagine dello schema elettrico. I due operazionali sono due LM741; i due diodi sono due BAT85. Le resistenze (R1 ed R3) da 1k8, R2 e P1 da 1k. Il circuito è alimentato con una sinusoide di 4Vpicco-picco a frequenze differenti.

Ho i seguenti 2 problemi:

1) Come si vede dall'immagine successiva, quando la sinusoide negativa viene ribaltata a 350-400mV c'è un cambio di traiettoria del segnale. Mi chiedevo che cosa potrebbe essere che causa questo fatto e sono arrivato alla conclusione che può essere uno dei due diodi che entra in conduzione in un momento sbagliato, giusto?

2) Come mai per frequenze superiori a 50kHz il segnale viene distorto così tanto? Teoricamente non dovrebbe essere un problema legato agli operazionali (nè di banda, visto che è pari ad 1MHz per i 741, nè di slew-rate visto che esso è 0.5V/us e, invece, calcolandolo mi esce circa 0.016V/us). Cosa potrebbbe essere dunque? I diodi che non stanno dietro al segnale? Ovviamente la cosa peggiore se aumento ancora la frequenza. (vi allego lo screenshot a 50kHz e, successivamente, quello ad 1MHz dove ci sono ovviamente problemi di slew-rate oltre a quelli di banda degli operazionali. la prima immagine è a 50kHz, la seconda ad 1MHz).

Grazie per l'attenzione!!

Modificato: 12 aprile 2012 da MusicIsLife

[Livio Orsini]

A mio giudizio, come prima cosa dovresti usare un OA differente, il 741 già ad 1 kHz comincia a diminuire il guadagno ad anello aperto. giudicando così al volo gredo che gli inconvenienti che lamenti dipendano esclusivamente dal tipo di operazionale, dovresti usara un tipo con banda più larga.

[tesla88]

Io proverei se ha in giro un LF353 che è abbastanza comune a vedere se migliora .... il 741 è un po' vecchiotto..

[Livio Orsini]

Soprattutto a 400Hz il suo guadagno ad anello aperto è sceso di 3db

[MusicIsLife]

Tra le migliorie da proporre ho proposto ovviamente quella di utilizzare operazionali a banda più larga e con ingressi a FET.

Io però devo motivare questi problemi e non devo montare un circuito con operazionali più performanti. Praticamente devo capire da cosa sono dati i due problemi evidenziati.

[tesla88]

Se trovo tempo lo provo su bread e con un oscilloscopio analogico...a me vedere quelle cose lì seghettate da sui nervi

[MusicIsLife]

W l'analogico!!

[Mirko Ceronti]

_{W l'analogico!!}

_No.....

_{!!!!! SUPER-VIVA l'ANALOGICO !!!!!!}

_Saluti

_Mirko

[Livio Orsini]

Io però devo motivare questi problemi e non devo montare un circuito con operazionali più performanti.

Il problema è questo. Non puoi pretendere di vincere il derby di galoppo montando un vecchio castrone da tiro. Se l'amplificatore non ce la fa va cambiato. Prova a guardare il grafico del guadagno ad anello aperto in funzione della frequenza del 741 e te en rendi conto. Oppure fai la vecchai prova di stabilità eccita un741 con un segnale ampio ad onda quadra ad 1 kHZ e carica l'uscita con una capacità da 0.1 uF o da 0.47uF, ed osserva l'uscita; se i 741 sono ancora quelli di quadro non c'è più niente, solo oscillazioni.

[MusicIsLife]

Quindi secondo voi i problemi (entrambi) sono causati esclusivamente dall'operazionale?

Perchè io credevo che perlomeno il primo problema (quello del cambio di traiettoria del segnale a circa 400mV) fosse causato dai due diodi.

Se dite che devo escludere ii diodi tra le problematiche inizio ad indagare a fondo sui problemi di questi operazionali in questo circuito.

[Livio Orsini]

Quindi secondo voi i problemi (entrambi) sono causati esclusivamente dall'operazionale?

No. Secondo me l'operazionale incide pesantemente sulle distorsioni spece al crescere della frequenza. Tu nel primo post hai inserito un oscillogramma per f=1MHz, questa frequenza è incompatibile con un 741; già segnali a 50 kHz possono dare problemi. Il 741 è un vecchio, robusto e tranquillo AO per impieghi generali a bassa freqaunza e continua.

Se magari ci delucidi un poì di più su cosa ti proponi di ottenere da questo circuito possiamo forse darti qualche idea.

[MusicIsLife]

Il circuito è un semplice raddrizzatore ad onda intera e, dunque, il suo scopo è quello di raddrizzare la forma d'onda negativa e permettere di ottenere in uscita un segnale raddrizzato. Io devo testare questo circuito a differenti frequenze, partendo dalle basse per arrivare alle alte frequenze.

Il segnale a 400Hz è bello pulito, per nulla distorto e va tutto bene.

Mano a mano che salgo in frequenza è normale che subentrino tutte le limitazioni in base al tipo di circuito realizzato e, soprattutto, in base al tipo di componenti impiegati.

Ora, mi spiego il fatto che ad 1MHz il segnale sia distorto a causa della banda passante del 741 che è proprio ad 1MHz e, se non sbaglio, bisogna stare almeno ad 1/3 di 1MHz per essere sicuri che il segnale non sia distorto a causa del taglio della banda passante dato dall'operazionale.

La cosa che non riesco a spiegarmi è perchè ingrandendo il segnale ci sia quella specie di cambio di traiettoria (nella prima immagine). Ho dato questa colpa ad uno dei due diodi visto che quel cambio di traiettoria è proprio sulla semionda che è invertita. Ho pensato dunque che quella variazione sia causata dalla tensione di soglia di uno dei due diodi.

L'altra cosa che non riesco a spiegarmi è perchè già a 50kHz (ben al di sotto di 1MHz) il segnale è così distorto e, anche in questo caso, ho incolpato i due diodi che forse sono troppo lenti già a 50kHz.

Vorrei insomma capire da che frequenza in su è giusto incolpare la banda degli operazionali e sino a che frequenza invece la colpa debba essere data a qualche altro componente (visto che i resistori si spera che non introducano distorsione =), direi che rimangono solo i due diodi come componenti imputabili).

[tesla88]

Beh calcola che anche i diodi hanno una certa capacità e anche se limitatamente potrebbero comportarsi come dei varicap , potresti comunque provare a usare dei diodi veloci anche se prima io mi preoccuperei dell'OA. Inoltre non so se il tutto è su breadboard o scheda , sappi che le capacità parassite su una bread non sono trascurabili , idem per un PCB mal progettato...

[MusicIsLife]

Il tutto è realizzato su bread-board.

[Livio Orsini]

L'altra cosa che non riesco a spiegarmi è perchè già a 50kHz (ben al di sotto di 1MHz) il segnale è così distorto e, anche in questo caso, ho incolpato i due diodi che forse sono troppo lenti già a 50kHz.

Devi sempre far riferimento al diagramma di guadagno ad anello aperto in funzione della frequenza.

Quanto guadagna il tuo ampli?

Ho sottomano il diagramama: a 50 kHz son circa 22 db intensione, poco più di 10 volte; a 1MHz è 0,707!

Ora fatti i conti con i guadagni che hai impostato e vedi sino a che frequenza puoi avere un comportamento lineare. Se poi ci aggiungi i parassiti vari direi, così a occhio che sei tra i 5 kHz ed i 10 kHz.

[ludo69]

Scusa MusicIsLife ,

il prototipo è a fine didattico o ti serve per un'applicazione?

in caso, quale? se la descrivi magari ti sappiamo suggerire altre strade che portano al risultato senza usare circuiteria particolare (costosa o introvabile...)

[Livio Orsini]

Schema

Prova questa versione circuitale, dovrebbe funzionare un poco meglio.

[MusicIsLife]

Il mio schema è solamente a scopo didattico, difatti non devo realizzare un circuito che funzioni, ma devo valutare i limiti di questo circuito.

Livio, il mio circuito guadagna 1 poichè l'ampiezza della tensione applicata in ingresso risulta uguale a quella ricavata in uscita.

[Livio Orsini]

Livio, il mio circuito guadagna 1 poichè l'ampiezza della tensione applicata in ingresso risulta uguale a quella ricavata in uscita.

A parte il fatto che i rsistori non sono quotati, ma dalla topologia non credo sia a guadagno unitario, visto che si usano gli ingressi non invertenti.

[MusicIsLife]

Il circuito guadagna 1 per Vi>0. In questo caso D1 è off e D2 è on. Non scorre corrente su R1 e quindi neppure su R2 e P1. Dunque si ha Vo=Vi.

Per Vi<0 D1 è on e D2 è off. Il morsetto non invertente di U2 è praticamente a massa e quindi Vi vede l'ingresso di un invertente e si ha: Vo=-Vi (R2+P1)/R1.

Considerando che R1=R2+P1=1k8 si ha Vo=-Vi.

[Livio Orsini]

Non è così.

[MusicIsLife]

Come non è così? O__o

[MusicIsLife]

Cosa non va nel mio ragionamento?!

[Livio Orsini]

A parte il fatto che non quoti i componenti, il guadagno può essere unitario, o anche minore, come guadagno globale. Il guadagno del primo stadio è comunque > 1

[MusicIsLife]

Mi sembrava di aver quotato i componenti qualche post fa.

R1=R3=1k8. R2+P1=1k8.

In questo modo per forza di cose il guadagno è = 1.