Compensazione della caduta di tensione diretta di un raddrizzatore di segnali a diodi

Sto leggendo Arts of Electronics e stanno mostrando questo circuito:

Dice che D ₁ compensa la caduta in avanti di D ₂ fornendo 0,6 V di polarizzazione. Non capisco affatto questo circuito. Il + 5V è una fonte 5v esterna? Come compensa?

I , e creano fondamentalmente una polarizzazione di 0,6 V sull'altro lato del condensatore, in modo che un'oscillazione positiva nel segnale non debba superare un ostacolo di 0,6 V. e formano un regolatore di tensione shunt. La tensione di 0,6 V viene trasmessa a che è sul punto di condurre, di conseguenza. Quindi è necessario solo un piccolo incremento positivo dall'input per portarlo a conduzione. Poiché l'ingresso è accoppiato in modo capacitivo, è puro CA. Le sue oscillazioni sono sovrapposte in modo addizionale sulla parte superiore della tensione di polarizzazione che esiste sull'altro lato del condensatore. La sorgente 5V proviene da qualche parte nel resto del circuito. Non c'è niente di speciale al riguardo.$R_1$$R_3$$D_1$$D_1$$R_3$$D_2$

Forse puoi ottenere una prospettiva diversa ridisegnando il circuito in modo che la tensione scenda dall'alto verso il basso. In questa vista, evidenziamo come l'ingresso è polarizzato a 0,6 V, ma l'uscita è 0,6 V al di sotto di quella, in basso attraverso la caduta di tensione di D1. Ad esempio, supponiamo che l'ingresso crei un'oscillazione positiva di 0,1 V. Questo diventa 0,7 V nella parte superiore di D2 (l'intero punto del bias). Nella parte inferiore di D2, quell'oscillazione è di nuovo 0,1 V. D2 lascia passare abbastanza corrente in modo che R2 abbia 0,1 V attraverso di essa.

Un'oscillazione negativa di 0,1 V diventa 0,5 V. Ma questo non può creare un'uscita -0.1V nella parte inferiore di D2; questa è una sciocchezza perché è al di fuori della nostra gamma di fornitura. 0,5 V non è sufficiente per inoltrare la polarizzazione D2, quindi l'uscita è a 0 V, tirata a terra da R2, che non ha quasi corrente che scorre attraverso di essa per creare tensione.

Lo scopo di R1 è quello di fungere da collegamento flessibile per separare la tensione di riferimento 0,6, che è piuttosto rigida, dal punto in cui viene iniettato il segnale, che al contrario deve essere libero di oscillare di circa 0,6 V. R1 protegge anche il diodo dalle oscillazioni della corrente di ingresso. Se sostituiamo R1 con un filo, non funzionerà perché il segnale proverà a spostare la tensione nella parte superiore di D1, il cui catodo è bloccato a terra. Le oscillazioni positive dell'ingresso scaricheranno la corrente attraverso D1, abusandola. Ciò crea una scarsa impedenza di ingresso, con conseguente incapacità di generare la giusta tensione su o sotto D2.

D'altra parte, se R1 viene ingrandito, la compensazione diminuisce, poiché la tensione di riferimento è in grado di esercitare un controllo minore sulla polarizzazione.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Per renderlo più piacevole per la simulazione, rendiamo il condensatore molto più grande: 10 uF. Quindi possiamo usare una bella, bassa frequenza come 1000 Hz, che non passerà molto bene attraverso un condensatore da 100 pF in un'impedenza inferiore a 1K. Inoltre, colleghiamo una sorgente di segnale con un'ampiezza di 3V. Se esegui la simulazione del dominio del tempo, vedrai che la forma d'onda di output viene tagliata in modo abbastanza preciso a metà.

Sono stato bloccato dallo stesso circuito e ha scoperto un sacco di cose che non ho capito in dettaglio. Quindi proverò ad andare molto in basso nella mia spiegazione. Se noti qualcosa di sbagliato, per favore dimmelo e io correggerò. Leggi anche le altre risposte, in quanto forniscono informazioni preziose di alto livello.

Innanzitutto, assicurati di comprendere la caduta di tensione del diodo (se non google). I diodi "consumano" ~ 0,6-0,7 V del tuo ingresso, in altre parole, la tensione attraverso il diodo è ~ 0,6 V. Poiché la tensione in serie si somma, questo significa che R3 vede ~ 4,3 V (5 V della sorgente di corrente meno 0,6 V del diodo).

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

${1\over 11}\cdot 0.6V$${10\over 11}\cdot 0.6V$

^{simula questo circuito}

Per rendere le cose più complicate, c'è un altro diodo tra R1 e R2. Si potrebbe sostenere che ci sarà un altro calo di 0,6 V su D2, il che significa che su R1 e R2 saranno 0 V ciascuno, cioè che non scorre affatto corrente. In pratica, i diodi lasceranno passare della corrente anche prima che venga raggiunta la soglia di 0,6 V. Se simuli il circuito, calcolerà la caduta in modo che sia solo 0.4V con una corrente di 20μA. Quindi ci sarà una corrente molto piccola che passa attraverso il lato D2, mentre la maggior parte della corrente (4300μA o 99,5%) passa attraverso D1. Ma come puoi vedere, il punto in cui SIG entra nel circuito sarebbe in entrambi i casi ancora a un potenziale di ~ 0,6 V.

^{simula questo circuito}

Ora la parte finale del puzzle è come il segnale e 0,6 V si sommano. In altre parole, come si sovrappongono queste due tensioni. Suggerisco di leggere come funziona, se non è chiaro, il seguente breve esempio illustra il concetto: puoi considerare il condensatore una sorgente di tensione e calcolare le tensioni per ciascuna sorgente separatamente e aggiungerle in un secondo momento.

^{simula questo circuito}

Quindi se 0,1 V vengono scaricati durante il fronte di segnale in aumento, il potenziale di tensione sarà 0,6 V + 0,1 V, il diodo ne rimuoverà 0,6 V, quindi l'uscita ne vedrà solo 0,1 V (meno le tensioni minori trascurabili per le imprecisioni).

La sorgente esterna a 5 V tramite R3 produce circa 0,6 V sull'anodo di D1. Ignora il segnale di input per ora. Il livello di 0,6 V su D1 viene trasferito, tramite R1 all'anodo di D2.

Poiché il catodo di D2 è collegato a 0 V tramite la resistenza da 10k, D2 è sul punto di condurre - questo è dove è necessario che sia per una rettifica a semionda di precisione semi-decente di un segnale.

Il segnale arriva sull'anodo di D2 e ​​tutti i valori positivi miglioreranno ulteriormente la polarizzazione diretta di D2, quindi il semiciclo positivo del segnale viene trasferito all'uscita attraverso R2.

Poiché D2 sta per essere distorto in avanti, qualsiasi parte negativa del segnale ridurrà la polarizzazione diretta di D2 e ​​spegnerà il dispositivo in tal modo, i semicicli negativi non passano attraverso D2.

Un'analisi corretta mostrerebbe una distorsione (sulla forma d'onda di uscita) attorno al punto medio del segnale, ma come prima approssimazione avrà una ragionevole somiglianza con un raddrizzatore a mezza onda di precisione.