การชดเชยแรงดันไปข้างหน้าของวงจรเรียงกระแสไดโอด

ฉันกำลังอ่าน Arts of Electronics และพวกเขาแสดงวงจรนี้:

มันบอกว่า D ₁ชดเชยให้กับ D ₂ปล่อยล่วงหน้าของโดยให้อคติ 0.6V ฉันไม่เข้าใจวงจรนี้เลย + 5V เป็นแหล่ง 5v ภายนอกหรือไม่ มันชดเชยได้อย่างไร

, R $R_1$$R_3$และวงจรพื้นสร้างอคติ 0.6V ในด้านอื่น ๆ ของตัวเก็บประจุเพื่อที่แกว่งในเชิงบวกในสัญญาณไม่ได้ที่จะเอาชนะอุปสรรค์ 0.6V D 1และR 3เป็นตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบแบ่ง แรงดันไฟฟ้า 0.6V จะถูกส่งไปยังD $D_1$$D_1$$R_3$$D_2$ซึ่งกำลังจะมีการดำเนินการเป็นผล ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการแกว่งขึ้นของค่าบวกเล็กน้อยจากอินพุทเพื่อนำไปสู่การนำ เนื่องจากอินพุตเป็นแบบคู่ความจุจึงเป็น AC บริสุทธิ์ การแกว่งของมันจะถูกเพิ่มเข้าไปแทนที่ด้านบนของแรงดันไบอัสที่มีอยู่ในอีกด้านหนึ่งของตัวเก็บประจุ แหล่ง 5V นั้นมาจากที่ไหนสักแห่งในวงจรที่เหลือ ไม่มีอะไรพิเศษเกี่ยวกับมัน

บางทีคุณอาจได้มุมมองที่ต่างออกไปโดยวาดวงจรใหม่เพื่อให้แรงดันตกจากบนลงล่าง ในมุมมองนี้เราเน้นว่าอินพุตมีความลำเอียงเป็น 0.6V อย่างไร แต่เอาต์พุตต่ำกว่านั้นคือ 0.6V ลงไปตามแรงดันตกคร่อม D1 ตัวอย่างเช่นสมมติว่าอินพุตสร้างการแกว่งเชิงบวกที่ 0.1V นี่จะกลายเป็น 0.7V ที่ด้านบนของ D2 (จุดทั้งหมดของอคติ) ที่ด้านล่างของ D2 แกว่งนั้นคือ 0.1V อีกครั้ง D2 ให้กระแสไฟเพียงพอเพื่อให้ R2 มี 0.1V

การแกว่งเชิงลบของ 0.1V เปลี่ยนเป็น 0.5V แต่สิ่งนี้ไม่สามารถสร้างเอาต์พุต -0.1V ที่ด้านล่างของ D2; นั่นเป็นเรื่องไร้สาระเพราะอยู่นอกช่วงอุปทานของเรา 0.5V ไม่เพียงพอที่จะส่งต่อไบอัส D2 และดังนั้นเอาต์พุตอยู่ที่ 0V ซึ่งถูกดึงลงสู่พื้นด้วย R2 ซึ่งแทบไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าใด ๆ

วัตถุประสงค์ของ R1 คือทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมต่อที่ยืดหยุ่นเพื่อแยกแรงดันไฟฟ้าอ้างอิง 0.6 ซึ่งค่อนข้างแข็งจากจุดที่สัญญาณถูกฉีดซึ่งต้องตรงกันข้ามจะแกว่งได้อย่างอิสระประมาณ 0.6V R1 ยังป้องกันไดโอดจากการแกว่งปัจจุบันของอินพุต หากเราแทนที่ R1 ด้วยลวดจะไม่ทำงานเพราะสัญญาณจะพยายามย้ายแรงดันที่ด้านบนของ D1 ซึ่งแคโทดถูกตรึงกับพื้น การแกว่งเชิงบวกของอินพุตจะดัมพ์กระแสผ่าน D1, การใช้งานในทางที่ผิด ทำให้เกิดความต้านทานอินพุตไม่ดีส่งผลให้ไม่สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมบนหรือภายใต้ D2

ในทางกลับกันหาก R1 มีขนาดใหญ่การชดเชยจะลดลงเนื่องจากแรงดันอ้างอิงสามารถออกแรงควบคุมอคติน้อยลง

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ในการทำให้ดีขึ้นสำหรับการจำลองให้เราสร้างตัวเก็บประจุให้ใหญ่ขึ้น: 10 ยูเอฟ จากนั้นเราสามารถใช้ความถี่ต่ำที่ดีเช่น 1,000 Hz ซึ่งจะไม่ผ่านตัวเก็บประจุ 100 pF ได้ดีในความต้านทานน้อยกว่า 1K นอกจากนี้ลองเชื่อมต่อกับแหล่งสัญญาณด้วยแอมพลิจูด 3V หากคุณรันการจำลองโดเมนเวลาคุณจะเห็นว่ารูปคลื่นของเอาต์พุตนั้นสับได้ค่อนข้างแม่นยำครึ่งหนึ่ง

ฉันติดวงจรเดียวกันและพบสิ่งต่าง ๆ ที่ฉันไม่เข้าใจในรายละเอียด ดังนั้นฉันจะพยายามอธิบายในระดับต่ำมาก หากคุณสังเกตเห็นสิ่งผิดปกติโปรดบอกฉันและฉันจะแก้ไข โปรดอ่านคำตอบอื่น ๆ เนื่องจากพวกเขาให้ข้อมูลเชิงลึกระดับสูงที่มีค่ามาก

ก่อนอื่นให้แน่ใจว่าคุณเข้าใจ แรงดันไดโอดลดลง (ถ้าไม่ใช่ google) ไดโอด "กิน" ~ 0.6-0.7V ของอินพุตของคุณกล่าวอีกนัยหนึ่งแรงดันข้ามไดโอดคือ ~ 0.6V เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าในซีรีย์เพิ่มขึ้นนั่นหมายถึง R3 จะเห็น ~ 4.3V (5V ของแหล่งจ่ายกระแสลบด้วย 0.6V ของไดโอด)

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ต่อไปเราเพิ่มเส้นทางที่สองแบบขนาน นี่อาจเป็นเรื่องยุ่งยากที่จะเข้าใจ เช่นทำไมปัจจุบันจะใช้เส้นทางกับตัวต้านทานเลย? แต่ในท้ายที่สุดมันก็ง่ายอีกครั้ง: ไดโอดใช้ 0.6V R1 & R2 ทำงานแบบขนานกับไดโอดดังนั้นพวกมันทั้งหมดจึงมี 0.6V เช่นกัน ตอนนี้พวกเขาสร้างตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าดังนั้นเราจึงได้${1\over 11}\cdot 0.6V$${10\over 11}\cdot 0.6V$ทั่ว R2

^{จำลองวงจรนี้}

เพื่อให้สิ่งต่าง ๆ มีความซับซ้อนมีไดโอดอีกตัวหนึ่งอยู่ระหว่าง R1 และ R2 คุณอาจโต้เถียงว่าจะมีการลดลงอีก 0.6V ข้าม D2 ซึ่งหมายความว่าใน R1 & R2 จะเป็น 0V ต่อครั้งนั่นคือไม่มีกระแสไหลเลย ในทางปฏิบัติไดโอดจะยอมให้กระแสไหลผ่านแม้กระทั่งก่อนถึงขีด จำกัด 0.6V หากคุณจำลองวงจรมันจะคำนวณการลดลงเป็นเพียง 0.4V ด้วยกระแส20μA จะมีกระแสเล็ก ๆ ไหลผ่านด้าน D2 ในขณะที่กระแสส่วนใหญ่ (4300μAหรือ 99.5%) จะไหลผ่าน D1 แต่อย่างที่คุณเห็นจุดที่ SIG เข้าสู่วงจรในทั้งสองกรณียังคงมีศักยภาพที่ ~ 0.6V

^{จำลองวงจรนี้}

ตอนนี้ส่วนสุดท้ายของจิ๊กซอว์คือสัญญาณและ 0.6V เพิ่มเข้าด้วยกันได้อย่างไร กล่าวอีกนัยหนึ่งว่าแรงดันไฟฟ้าทั้งสองนี้ซ้อนทับได้อย่างไร ฉันขอแนะนำให้อ่านเกี่ยวกับวิธีการทำงานถ้าไม่ชัดเจนตัวอย่างสั้น ๆ ต่อไปนี้แสดงให้เห็นถึงแนวคิด: คุณสามารถพิจารณาตัวเก็บประจุเป็นแหล่งจ่ายแรงดันและคุณคำนวณแรงดันไฟฟ้าสำหรับแต่ละแหล่งแยกต่างหากและเพิ่มในภายหลัง

^{จำลองวงจรนี้}

ดังนั้นถ้า 0.1V ถูกปล่อยออกมาในระหว่างที่สัญญาณเพิ่มขึ้น, ศักย์ไฟฟ้าอาจเป็น 0.6V + 0.1V, ไดโอดจะลบ 0.6V ของสิ่งเหล่านี้, ดังนั้นผลลัพธ์จะเห็นเพียง 0.1V อีกครั้ง (ลบแรงดันไฟฟ้าเล็ก ๆ น้อย ๆ

แหล่งจ่ายไฟ 5V ภายนอกผ่าน R3 สร้างประมาณ 0.6V สำหรับขั้วบวกของ D1 ไม่ต้องสนใจสัญญาณอินพุตตอนนี้ ระดับ 0.6V บน D1 จะถูกถ่ายโอนผ่าน R1 ไปยังขั้วบวกของ D2

เนื่องจากแคโทดของ D2 เชื่อมต่อกับ 0V ผ่านตัวต้านทาน 10k D2 จึงอยู่ในช่วงดำเนินการ - นี่คือจุดที่คุณต้องการเพื่อการแก้ไขสัญญาณครึ่งคลื่นได้อย่างแม่นยำ

สัญญาณมาถึงขั้วบวกของ D2 และค่าบวกทั้งหมดจะช่วยเพิ่มอคติไปข้างหน้าของ D2 ดังนั้นจึงส่งสัญญาณบวกครึ่งรอบของสัญญาณไปยังเอาต์พุตผ่าน R2

เนื่องจาก D2 อยู่ในจุดที่มีการเอนเอียงไปข้างหน้าส่วนลบใด ๆ ของสัญญาณจะลดอคติไปข้างหน้าของ D2 และปิดอุปกรณ์ดังนั้นรอบครึ่งเชิงลบจะไม่ผ่าน D2

การวิเคราะห์ที่เหมาะสมจะแสดงความผิดเพี้ยน (บนรูปคลื่นเอาท์พุท) รอบจุดกึ่งกลางของสัญญาณ แต่เป็นการประมาณครั้งแรกมันจะมีความคล้ายคลึงที่สมเหตุสมผลกับวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นที่มีความแม่นยำ