Prostownik Liniowy na 2xuA741

Witam

Chciałbym zaprezentować moją konstrukcję która służy do zamiany napięcia przemiennego na stałe. Jest to część używana wraz z miernikem magnetoelektrycznym UM3a(wejście 150mV/200uA lub wyższe dla pomiaru napięć wyższych) oraz także przetwornikiem ADC zawartym na pokładzie mikrokomputera arduino.

ADC czy nawet zwykłe mierniki z ustrojem magnetoelektrycznym wymagają prądu stałego. Najprościej zastosować prostownik.

Klasyczne diody mają natomiast problem w postaci sporego spadku napięcia jak i także niestałości tego spadku (zmiana wraz ze zmianą prądu płynącego przez diodę).

Moje urządzenie to prostownik liniowy. Dzięki zastosowaniu wzmacniaczy operacyjnych możemy uzyskać wyprostowanie napięcia przemiennego bez spadku napięcia jak i szereg dodatkowych korzyści (np. wysoka impedancja wejściowa a mała wyjściowa).

Konstrukcja powstała na schemacie wykonanym przez firmę Texas Instruments.
http://www.ti.com/lit/ug/tidu030/tidu030.pdf

Jako wzmacniacze operacyjne zastosowałem klasyczne µA741.
Wzmacniacze te użyłem z kilku powodów:
-łatwa dostępność i niska cena
-możliwość kompensacji napięcia niezrównoważenia
-układ służyć ma tylko do pomiaru niskich częstotliwości (np. sieciowa 50Hz)

Diody to 1N4148 gdyż takowe wylutowałem z dostępnej elektroniki.
Nieduży rozmiar ułatwiał też nieco montaż. Inne diody impulsowe były w większych plastikowych obudowach i miały grubsze wyprowadzenia.

Rezystory R1 i R2 w dzielniku wzmacniacza odwracającego to 1.2KΩ 1% .

R3 to zwykły 1KΩ 5% jako że nie jest krytyczny dla precyzji układu.

C1 to kondensator 51pF pozyskany z radioodbiornika "Tamburyn". Przy niskich częstotliwościach nie jest on konieczny (nie zauważyłem różnicy).

Zastosowanie wzmacniacza µA741 wymagało dodania potencjometru do kompensacji napięcia niezrównoważenia. Przy pomiarach małych sygnałów te parę mV robi różnicę.Za pomocą tego potencjometru zrównałem niesymetryczność "pagórków" która pojawiła się przy uruchomieniu układu.Kalibrowane na podstawie widoku z oscyloskopu.

Zasilanie to nic innego jak dwie diody zenera 1N4741a (11V 1W) połączone szeregowo. W ten sposób udało się uzyskać w miarę symetryczne napięcie niewielkim kosztem i skomplikowaniem.Równolegle dolutowane kondensatory elektrolityczne i ceramiczne w celu redukcji tętnięń napięcia.

Za dostarczanie napięcia zasilania odpowiada transformator Unitra Zatra TS 15/17.
Mostek prostowniczy + kilka kondensatorów elektrolitycznych z odzysku (największy to 200uF 200V, nic innego pod ręką nie zostało).

Cały projekt wykonany na zwykłej płytce uniwersalnej.
Dopiero mam zamiar zacząć produkować własne płytki drukowane. Jak na razie brak chemii do trawienia oraz drukarki.

Jeżeli chodzi o moje doświadczenie to jestem studentem trzeciego semestru automatyki na Politechnice Gdańskiej.Mam 19 lat a elektroniki zanim poszedłem na studia uczyłem się sam (liceum ogólniak).

Chętnie sprawdziłbym dokładność układu w lepszy sposób lecz nie bardzo mam czym. Do pomiarów używam oscyloskopu(według producenta błąd nie większy od 8%), starego UM3a oraz zwykłego marketowego multimetru.

Owy układ prostownika liniowego jest więc także rozszerzeniem funkcjonalności moich obecnych przyrządów pomiarowych.

Nastawy oscyloskopu(C1-107 z 1992R) powinny być czytelne.
Po lewej w małym okienku mamy ilość V/działkę, po prawej większy wypustek na plastikowej gałce określa nastawiony czas/działkę.
Za źródło sygnału posłużył mi zwykły smartfon z aplikacją do generacji wybranych sygnałów.
Zdjęcia:

Wyprostowany sinus 100Hz o amplitudzie ok.60mV

Sygnał oryginalny


Wyprostowany trójkąt 100Hz o amplitudzie ok.60mV


Sygnał oryginalny

acctr wrote:

Dlaczego użyłeś transformatora sieciowego jako zasilacza? Przecież z tego co widać na zdjęciach nawet nie używasz napięcia symetrycznego.
Mogłeś użyć jakiegoś gotowego zasilacza podłączanego przez wtyk DC do gniazdka wlutowanego w płytkę.

Za te gołe złącza pod napięciem 230V należy się ocena niedostateczna i powtarzanie zajęć z bhp.

Jeżeli o zasilanie chodzi.

Po prostu nie mam żadnego zasilacza wtyczkowego o odpowiednio dużym napięciu.
W wypadku transformatora mogłem sobie wybrać odpowiednie napięcie podłączając się pod różne odczepy.
TS15/17 posiada ich kilka.

Diody zenera zapewniają wystarczającą symetryczność. Nie jest idealnie ale w ten sposób uzyskujemy dzielone napięcie z pojedynczego napięcia wejściowego.

Gołe 230V to tylko kwestia izolacji.Muszę zakleić taśmą.

Układ może i fajny do zabawy i nauki. Ale raczej do żadnych pomiarów to on się nie nadaje. Szczególnie nie nadaje się do pomiarów przebiegów niesinusoidalnych (trójkąt). No chyba że dla każdego kształtu chce się liczyć poprawki. Chyba jedyna zaleta po za edukacyjną (niewątpliwie nauka jest bardzo ważna) to cena bliska 0zł. Zdecydowanie lepszym pomysłem jest użycia przetwornika TrueRMS np AD736, cena co prawda 20-30zł ale same zalety.

Jeśli kolega kilioo kpi (a raczej tak to brzmi, jeśli jest inaczej to przepraszam) to uważam że nie słusznie. Projekt ma dużą wartość edukacyjną szczególnie że kolega pokazał do tego oscylogramy, wyjaśnił po co tak układ a nie tylko diody. Może edukacyjnie warto by jeszcze wyjaśnić jak ten układ działa.

A swoją droga nie wiem czy zwróciliście uwagę taki układ działa tez jak podwajacz częstotliwości dla sygnału trójkątnego

Dodano po 1 [minuty]:

Ten efekt fajnie było by widać na dwukanałowym (dwuwiązkowym..) oscyloskopie.

paluszasty wrote:

Układ może i fajny do zabawy i nauki. Ale raczej do żadnych pomiarów to on się nie nadaje. Szczególnie nie nadaje się do pomiarów przebiegów niesinusoidalnych (trójkąt). No chyba że dla każdego kształtu chce się liczyć poprawki. Chyba jedyna zaleta po za edukacyjną (niewątpliwie nauka jest bardzo ważna) to cena bliska 0zł. Zdecydowanie lepszym pomysłem jest użycia przetwornika TrueRMS np AD736, cena co prawda 20-30zł ale same zalety.

Przy użyciu ADC zawartego w arduino można wyliczyć wartość RMS jak i inne interesujące nas parametry (jak amplituda).

Całkowanie numeryczne nie jest trudne w realizacji.Mnożenie i dodawanie.Z tym komputery radzą sobie bardzo dobrze.
Arduino jeśli dobrze pamiętam może maksymalnie próbkować dziesięć tysięcy razy na sekundę czyli 10Ksps.

200 próbek na okres przy częstotliwości 50Hz.Myślę iż wystarczy dla wyznaczenia wartości RMS.

Jeżeli odczytać z oscyloskopu różnice między sygnałem wejściowym a wyjściowym to można zauważyć co najwyżej pojedyncze mV różnicy.Ciężko stwierdzić bo wiązka oryginalnego sygnału jest dosyć gruba(czasami można delikatnie skorygować za pomocą jasności). Na szybko licząc 2/5*0.01V=4mV.

Jednak równie dobrze może to być błąd oscyloskopu.
Jeżeli zaczytać się w opis to pojawiają się dodatkowe ostrzeżenia na temat zmiany błędu w zależności od prądu płynącego przez oscyloskop.

To że zero zostało ustawione w trybie GND nie oznacza że ów poziom będzie się utrzymywał podczas pomiaru. Zdarzało się że po pomiarze sprawdzałem poziom zera i był on przesunięty o 2-3mV.

Jednocześnie skompensowany został jedynie jeden µA741. Jeżeli skompensować offset drugiego wzmacniacza to być może udało by się uzyskać praktycznie brak różnicy (widocznej na oscyloskopie).

Dla większych amplitud sygnału te pojedyncze mV mogą być zaniedbywane.Nie ma tu wzmocnienia napięciowego więc sygnał odwzorowywany jest 1:1.

Na zajęciach z metrologii miałem możliwość porównania pomiarów oscyloskopowych z miernikiem TrueRMS.
Różnica była powalająca. A był to porządny oscyloskop analogowo-cyfrowy firmy Hameg.

Tutaj jest spracowany rosyjski oscyloskop z 1992r. Nie jest w 100% sprawny ze względu na ubity multimetr ale część oscyloskopowa pracuje poprawnie.
Do naprawy tej części mi się nie śpieszy bo całość robiona "na piechotę" za pomocą ruskich TTL-ów w obudowach SMD.

W przypadku oscyloskopów (współczesnych a ten HAMEG pewnie już taki mniej więcej był) różnice wynikają na pewno z rozdzielczości przetwornika A/D, wkońcu zazwyczaj rozdzielczość pionowa to tylko 8 bitów.

paluszasty wrote:

A swoją droga nie wiem czy zwróciliście uwagę taki układ działa tez jak podwajacz częstotliwości dla sygnału trójkątnego

A dla innych przebiegów, nie działa jako podwajacz?

acctr wrote:

es2 wrote:

A dla innych przebiegów, nie działa jako podwajacz?

dla prostokąta o super stromych zboczach nie

741 i strome zbocza

es2 wrote:

acctr wrote:

es2 wrote:

A dla innych przebiegów, nie działa jako podwajacz?

dla prostokąta o super stromych zboczach nie

741 i strome zbocza

741 to po prostu jeden z popularnych wzmacniaczy który ma kompensację napięcia niezrównoważenia. Ten wzmacniacz powstał w późnych latach 60-tych więc nic dziwnego że parametry nie rozpieszczają.

Jak komuś się chce zastosować szybszy nowoczesny wzmacniacz to nie ma problemu.

Są teraz konstrukcje które mają pasmo w okolicach kilkudziesięciu MHz i jednocześnie napięcie niezrównoważenia poniżej 1mV.

Taki OPA837 ma 130µV.

Tyle że wiadomo co łatwiej dostać.
W Polsce różnie bywa z dostępnością nowoczesnych układów scalonych.

A do tego nowoczesne części produkowane są tylko w obudowach SMD i to z tych mniejszych.
Ciężko zabierać się za te układy w warunkach amatorskich.

Witam.

W miejsce wzmacniacza 741 proponuję zastosować OP07. Właściwości tego wzmacniacza są sporo lepsze od 741 - szczególnie wejściowe napięcie niezrównoważenia - i można go wstawić za 741 jeżeli nie będzie się używać regulacji napięcia niezrównoważenia bo te wyprowadzenia trochę się różnią. Ja zbudowałem na takim układzie prostownik idealny napięcia sieciowego i bez regulacji napięcia niezrównoważenia działa bardzo dokładnie. Cena tego układu jest niewiele wyższa od 741..

...a tak zrobili to w Merze w latach '80-tych ubiegłego wieku:





Edit

tzok wrote:

...a tak zrobili to w Merze w latach '80-tych ubiegłego wieku:





Edit

Tak można, gdy wyjście może być "pływające".