Gleichrichter

Diode und OpAmp
© Roland Küng, 2009
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Diode Review
Diodenmodelle:
weiss: ideal
schwarz: Flussspannung VD = 0.7 V
VO, ID1 ?
Vout(t) ?
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Limiter
Kennlinien für Diodenmodell VD = 0.7 V
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DC-Restorer
vc lädt sich auf 6 V auf
entladen durch Sperren von D verhindert
• Mit dieser Schaltung lässt sich der DC-Pegel bei kapazitiv
gekoppelter Übertragung wieder einfach herstellen.
• Die Schaltung kann auch benutzt werden, wenn man
verhindern möchte, dass die Ausgangspannung einer
Wechselsignalquelle negativ wird
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DC-Restorer: Praxis
Bei Belastung mit dem Widerstand R wird C während der Sperrphase der Diode
mit der Zeitkonstante RC entladen.
Wahl von C hängt von R und Puls-Frequenz ab.
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DC-Restorer: Anwendung
z.B. Videosignal ist
nach der Übertragung
DC frei.
Sync Puls
Verstärken reicht nicht.
Man muss DC regenieren um
Schwarzwert zu kalibrieren.
Restored DC Level
für korrekte Heligkeit:
Nullinie = Sync Puls Level
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Spannungsverdoppler
Positive Spannung
Aus DC Restorer:
vIN
D2
D1
vOUT
Dioden ideal
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Spannungsverdoppler
Negative Spannung
vD1 vout
Dioden ideal
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Spannungsverdoppler
0.7 V
Diode sperrt
IN
2
OUT
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Ideale Diode
Dioden Flussspannung wird durch OpAmp ausgeregelt
ideal Diode!
Analyse Tipp: Golden Rule: iD = iR
vI > 0: vA = vI + VD
vO = vI
vI < 0: iR < 0, Diode sperrt, also ID = 0
vO = 0
Diff.spannung vd = vI
vA = L-, OpAmp sättigt (Totzeit)
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Spitzenwert-Gleichrichter
Superdiode lädt C auf positiven Spitzenwert von vi auf
C kann sich nur über RL entladen, nicht über D oder OpAmp (Golden Rule)
- Für vi < vo wird vd negativ.
- D sperrt
- OpAmp geht in negative Sättigung, da Gegenkopplung fehlt
Totzeit bis OpAmp wieder regelt
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Schneller Gleichrichter für
negative Halbwellen
Verbesserung: OpAmp nicht mehr in Sättigung keine Totzeit, schneller
Negative Halbwelle: D1 leitet, D2 sperrt.
Positive Halbwelle: D1 sperrt, D2 leitet und sorgt für Gegenkopplung
incl. wählbarer Verstärkung
R2 = R1
und wenn man positive Halbwellen will ? inv. Verstärker vorschalten
oder einfach Dioden umdrehen ? Antwort next slide
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Schneller Gleichrichter für
positive Halbwellen
Modifikation Dioden umdrehen
u.U. Inverter nachschalten
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Gleichrichter für
negative Halbwellen
TINA Demo
R2 1k D1 1N1183
AM1
VF3
VF2
V2 12
OP1 TL081C
+
6
+
AM2
7
3
-
D2 1N1183
+
V1 12
R3 10k
2
4
R1 1k
VG1
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Schneller
Spitzenwert-Gleichrichter
• Für positive Spitzenspannung
vI > VC:
D1 leitet, D2 sperrt
voA1 = vI + 0.7
vI < VC:
D1 sperrt, D2 leitet
voA1 = vI - 0.7
vd
VC
Buffer A2 belastet C kaum lange Haltezeit
R versorgt D2 mit etwas Strom so, dass
A1 nicht in Sättigung geht wenn vI < vO
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LED: How It Works
• The holes exist at
a lower energy
level than the free
electrons
• Therefore when a free electron
falls in a hole it looses energy
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LED: How It Works
• This energy is
emitted in form of
a photon, which is
visible as light
• The color of the light is
determined by the energy level
of the photon.
• If Energy is high enough, light is
visible
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Inside a Light Emitting Diode
1. Transparent
Plastic Case
2. Terminal Pins
3. Diode
optional:
Bündelung durch Linse im Gehäuse
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LED Materialien
Al
N
AlN, AlP,AlAs
Ga
P
GaN, GaP, GaAs
In
As
InN, InP, InAs
GaAs
GaP
GaAsP
GaAl
GaAsAl
Binary
compounds
Ternary
compounds
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Colors,
Materials
&
Voltages
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Betrieb einer LED:
•
•
•
•
•
LED leuchtet bei Vorwärtsbetrieb der Diode
Flussspannung 1.5…4 V and 1…100 mA, je nach Farbe und Typ
iD(vD) Kennlinie exponentiell wie bei Si-Diode
Um Overload zu verhindern: Vorwiderstand nie vergessen!
Sperrspannung im Datenblatt prüfen, ev. Schutzdiode verwenden
optional
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Typ. Datenblatt einer LED:
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Stromgesteuerte LED
v1 = v s
vs
iL =
R1
Anwendung:
Lichtsender (optischer Modulator)
LED Tester
LED Dimmer, LED Displays
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RGB Pixel LED TV
Additive Farbmischung
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Light Amplification by the
Stimulated Emission of Radiation
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Zusammenfassung
Diode kann als Limiter, als Softlimiter, DC-Restorer
DC-Clamp und Spannungsverdoppler genutzt werden
Zusammen mit einem OpAmp kann man die
Ideale Diode mit Flussspannung = 0 V nachbilden.
Damit können auch Spannungen < 0.7 V gleichgerichtet werden.
LED sind Dioden aus anderen Halbleitermaterialien, welche bei
der Rekombination von Elektron-Loch Paaren Licht erzeugen.
Die Flussspannung ist >> 0.7 V je nach Farbe.
Ein Vorwiderstand für jede LED ist zwingend notwendig.
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Beispiele LED:
Bestimme R‘s
Rote LED: 1.8 V, 10 mA
4.2 V
I = 20 mA
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LED Flasher Design:
2 Flash / s
Geg:
L+ = -L- = 10 V
VD = 2 V (rot, grün)
ID = 20 mA
1N4148
oder LED grün
±12V
Wahl:
C = 470n…1 uF
R1 = 15k
VTH = 6 V
Tperiod = 2 ⋅ RC ⋅ ln
wenn
L = L + = −L −
L + VTH
L − VTH
v TH = L +
R1
R1 + R 2
v TL = L −
R1
R1 + R 2
Zusatzaufgabe: Testen sie die „Superdiode“ für vin = 20 mV~ und Verstärkung 100
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