Übungsserie: Single-Supply, Gleichrichter Dioden Anwendungen

Transkript

1 1. Mai 216 Elekronik 1 Marin Weisenhorn Übungsserie: Single-Supply, Gleichricher Dioden Anwendungen Aufgabe 1. Gleichricher In dieser Gleichricherschalung für die USA sei f = 6 Hz. Der Effekivwer der Ausgangspannung des rafos beräg 16 V der Scheielwer is um den Fakor 2 höher. Die Flussspannung der Dioden is je.5 V. Der Widersand surge is zum Schuz gegen eingesez die beim Einschalen aufreen können. Benuzen Sie für die echnung surge =. Abbildung 1: Gleichricherschalung mi Gläung. a) Schäzen Sie die Welligkei V r der Spannung an der Las L ab. b) Erklären Sie in Sichworen, die Idee zur Herleiung der Formel für die Welligkei. Aufgabe 2. Verbessere Superdiode Die Schalung in Abb. 2a wird mi ±12 V versorg. Die Eingangsspannung is Abb. 2b dargesell und ha die Periodendauer = 1 ms. u e () 1 1N4148 1N4148 D 1 D 2 2 u a () u e () µa741 (a) Gleichricher. (b) Dreieckspannung. Abbildung 2: Einweg Präzisionsgleichricher an Dreieckspannung.

2 Übungsserie: Single-Supply, Gleichricher Dioden Anwendungen, Elekronik 1 2 a) Zeichnen Sie die Spannung an Knoen 1 und an Knoen 2 sowie die Ausgangsspannung u a () als Funkion der Zei auf. Gehen sie davon Aus dass die Dioden eine Schleussenspannung von.7 V, aber ansonsen keinen Innenwidersand besizen. b) Funkionier die Schalung auch wenn die Diode D2 enfern und durch einen Leerlauf ersez wird? Zeichnen Sie für diesen Fall die Spannung am Knoen 2 als Funkion der Zei. c) Welchen Voreil ha diese Schalung gegenüber der als Gleichricher verwendeen Superdiode in Abb. 3 bei Signalfrequenzen im khz Bereich? Superdiode u e () µa741 1N4148 V cc u a () Abbildung 3: Superdiode. Aufgabe 3. Knoen-Poeniale in single-supply Schalung Die folgende singly-supply Schalung sell ein Bandpassfiler dar. C 1 1 nf k U e () k k 1 2 C 2 1 nf 2 3 C 3 1 µf U a () Abbildung 4: Single-supply Bandpassfiler mi OPV. a) Besimmen sie die Poeniale der Nezwerkknoen falls U e () = V. b) Erklären Sie warum diese single-supply Schalung dieselbe Funkion ausführ wie die dualsupply Schalung in Abb. 5. Beanworen Sie insbesondere die folgende Frage: Eigenlich sollen der Ground Anschluss von 3 sowie der Eingang u p des OPVs auf das Poenial /2 geleg werden, um eine single-supply Schalung zu erhalen. Warum dürfen der Ground Anschluss von 3 und der Eingang u p dennoch auf Masse bleiben? c) Welche Funkion erfüll die Kapaziä C 3? d) Wie gross sind der Maximalwer und der Minimalwer der Ausgangsspannung?

3 Übungsserie: Single-Supply, Gleichricher Dioden Anwendungen, Elekronik C 1 1 nf C k U e () 15.9 k 1 nf k V cc µa741 U a () Abbildung 5: Dual-supply Bandpassfiler mi OPV.

4 Übungsserie: Single-Supply, Gleichricher Dioden Anwendungen, Elekronik 1 4 Lösung 1. a) Im Prakikum haben Sie für die Welligkei des Brückengleichrichers die Formel V r = V p 2fC hergeleie, dabei is V p der Scheielwer der Spannung nach dem Gleichricher. Dieser Scheielwer ergib sich aus der echnung V p = 2 16 V 2.5 V = 21.6 V. Einsezen in die Formel für V r liefer V r = 546 mv. b) Die Idee für diese Formel is, dass die Zeidauer während der sich der Kondensaor aufläd sehr kurz im Vergleich zur Enladezei is. Ausserdem wird angenommen dass der Lassrom i L () konsan is. Das Bedeue dass die Kondensaorspannung zwischen zwei Ladevorgängen linear nach der Baueilgleichung du c () d = i L() C abfäll. Die Dauer des Enladevorgangs is eine halbe Periode der Wechselspannung am Eingang des ransformaors. Aus der Seigung der Kondensaorspannung und der Dauer des Enladevorgangs kann die Welligkei V r direk berechne werden. Lösung 2. u e () u 1 () [V] u 2 () u a () Abbildung 6: Spannungsverläufe an den verschiedenen Knoen. a) Siehe Abb.?? b) siehe Abb.??. Die Schalung funkionier auch dann noch, allerdings besiz sie nun den Nacheil der Superdiode aus Abb. 3, siehe nächser Aufgabenpunk. c) An der Superdiode verursachen Vorzeichenwechsel der Eingangsspannung hohe Spannungssprünge am Ausgang des OPV. Dadurch und aufrund der endlichen Slew ae des OPV enseh eine Abweichung des OPV Ausgangssignals gegenüber dem idealen sprungarigen

5 Übungsserie: Single-Supply, Gleichricher Dioden Anwendungen, Elekronik 1 5 [V] u 2 () 12 U L Abbildung 7: Spannungsverlauf der Schalung an Knoen 2 bei Abwesenhei von Diode D2. Verhalen des OPV: In der Schalung in Abb. 2a verhinder die Diode D2 das Aufreen hoher Spannungssprünge, an deren Selle reen relaiv kleine Sprünge in der Höhe von zwei mal der Schleussenspannung. Dadurch ensehen in der Zei nach Einem Vorzeichenwechsel deulich kleiner Fehler in der Ausgangsspannung. Lösung 3. a) Das Poenial an Knoen 1 lieg bei V. Die Poeniale an den Knoen 2 und 3 liegen bei /2. b) Bleib der Ground Anschluss von 3 auf Ground so befinde sich auch das Poenial an Knoen 1 auf Ground. Wird der Anschluss hingegen auf /2 Poenial geleg, so befinde sich auch der Knoen 1 auf dem Poenial /2. Für den es der Schalung is dieser Unerschied irrelevan, da der DC-Aneil des Poenials von Knoen 1 durch die Kapaziäen C 1 und C 2 ohnehin enkoppel wird. c) Die Kapaziä C 3 sorg dafür, dass der DC-Aneil von /2 keinen Einfluss auf die Ausgangsspannung U a () ha. d) Die Ausgangsspannung des OPVs ruh bei /2 falls U e () =. Bei sinusförmiger Anseuerung wechsel die Ausgangsspannung des OPVs höchsens zwischen zwei Maximalweren, diese sind /2 und. Angenommen der Kondensaor C 3 wurde ausreichend gross dimensionier, bleib die Spannung am Kondensaor nahezu konsan bei /2. Dami wechsel die Spannung U a () zwischen + /2 und /2.