Компенсация прямого падения напряжения диодного выпрямителя

Я читаю Искусства Электроники, и они показывают эту схему:

Это говорит о том, что D ₁ компенсирует прямое падение D ₂ , обеспечивая 0,6 В смещения. Я вообще не понимаю эту схему. Является ли + 5 В внешним источником 5 В? Как это компенсирует?

Схема , R 3 и D 1 в основном создает смещение 0,6 В на другой стороне конденсатора, так что положительное колебание сигнала не должно преодолевать препятствие 0,6 В. D 1 и R 3 образуют шунтирующий регулятор напряжения. Напряжение 0,6 В подается на D $R_1$$R_3$$D_1$$D_1$$R_3$$D_2$который находится на грани дирижирования, в результате. Таким образом, требуется лишь небольшой положительный подъем от входа, чтобы привести его к проводимости. Поскольку вход емкостный, это чистый переменный ток. Его колебания аддитивно накладываются поверх напряжения смещения, которое существует на другой стороне конденсатора. Источник 5 В находится где-то в остальной части цепи. В этом нет ничего особенного.

Возможно, вы можете получить другую перспективу, перерисовав схему так, чтобы напряжение падало сверху вниз. В этом представлении мы подчеркиваем, как смещение на входе составляет 0,6 В, но выходное напряжение на 0,6 В ниже, чем при падении напряжения D1. Например, предположим, что вход создает положительное колебание 0,1 В. Это становится 0,7 В наверху D2 (вся точка смещения). В нижней части D2 это колебание снова составляет 0,1 В. D2 пропускает достаточный ток, так что R2 имеет 0,1 В через него.

Отрицательное колебание 0,1В превращается в 0,5В. Но это не может создать выход -0,1 В в нижней части D2; это ерунда, потому что она находится за пределами нашего ассортимента. 0,5 В недостаточно для прямого смещения D2, поэтому выходной сигнал равен 0 В, который притягивается к земле с помощью R2, через который ток почти не протекает, чтобы создать какое-либо напряжение.

Цель R1 - действовать как гибкая связь, чтобы отделить эталонное напряжение 0,6, которое является довольно жестким, от точки, где подается сигнал, который, напротив, должен свободно качаться примерно на 0,6 В. R1 также защищает диод от колебаний входного тока. Если мы заменим R1 проводом, он не будет работать, потому что сигнал попытается переместить напряжение в верхней части D1, катод которого прикреплен к земле. Положительные колебания входа будут сбрасывать ток через D1, злоупотребляя им. Это создает плохой входной импеданс, что приводит к неспособности генерировать правильное напряжение на или ниже D2.

С другой стороны, если R1 выполнен большой, компенсация уменьшается, поскольку опорное напряжение может оказывать меньший контроль над уклоном.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Чтобы сделать его лучше для моделирования, давайте сделаем конденсатор намного больше: 10 мкФ. Тогда мы можем использовать хорошую низкочастотную частоту, например 1000 Гц, которая не будет очень хорошо проходить через конденсатор емкостью 100 пФ при сопротивлении менее 1 кОм. Кроме того, давайте подключим источник сигнала с амплитудой 3 В. Если вы запустите симуляцию во временной области, вы увидите, что выходной сигнал довольно точно разрезан пополам.

Я застрял по той же схеме, и она раскрыла кучу вещей, которые я не поняла в деталях. Поэтому я попытаюсь пойти очень низко в моем объяснении. Если вы заметили что-то не так, пожалуйста, скажите мне, и я исправлю. Пожалуйста, прочтите также другие ответы, так как они дают очень ценную информацию высокого уровня.

Во-первых, убедитесь, что вы понимаете падение напряжения на диоде (если не в Google). Диоды «потребляют» ~ 0,6-0,7 В на вашем входе, иными словами, напряжение на диоде составляет ~ 0,6 В. Поскольку последовательно включается напряжение, это означает, что R3 видит ~ 4,3 В (5 В источника тока минус 0,6 В диода).

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

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

^{смоделировать эту схему}

Чтобы усложнить ситуацию, между R1 и R2 есть еще один диод. Вы можете утверждать, что на D2 будет еще одно падение напряжения 0,6 В, что означает, что на R1 и R2 будет 0 В каждый, то есть ток вообще не протекает. На практике диоды пропускают некоторый ток даже до достижения порога 0,6 В. Если вы смоделируете цепь, она рассчитает падение напряжения всего на 0,4 В при токе 20 мкА. Таким образом, через сторону D2 будет проходить очень очень маленький ток, в то время как большая часть тока (4300 мкА или 99,5%) проходит через D1. Но, как вы можете видеть, точка, в которой SIG входит в цепь, в обоих случаях будет иметь потенциал ~ 0,6 В.

^{смоделировать эту схему}

Теперь последняя часть головоломки состоит в том, как сигнал и 0,6 В складываются друг с другом. Другими словами, как эти два напряжения накладываются друг на друга. Я предлагаю прочитать о том, как это работает, если это неясно, следующий краткий пример иллюстрирует концепцию: вы можете считать конденсатор источником напряжения, рассчитать напряжения для каждого источника отдельно и сложить их позже.

^{смоделировать эту схему}

Таким образом, если 0,1 В разряжается во время нарастающего фронта сигнала, потенциал напряжения будет 0,6 В + 0,1 В, диод снимает 0,6 В из них, поэтому выход снова видит только 0,1 В (минус незначительные незначительные напряжения для неточностей).

Внешний источник 5 В через R3 создает около 0,6 В на аноде D1. Пока игнорируйте входной сигнал. Уровень 0,6 В на D1 передается через R1 на анод D2.

Поскольку катод D2 подключен к 0 В через резистор 10 кОм, D2 находится на грани проводимости - это то место, где вам нужно это для полуприличного прецизионного полуволнового выпрямления сигнала.

Сигнал поступает на анод D2, и все положительные значения будут дополнительно усиливать прямое смещение D2, следовательно, положительный полупериод сигнала передается на выход через R2.

Поскольку D2 находится на пороге прямого смещения, любые отрицательные части сигнала уменьшат прямое смещение D2 и, таким образом, выключат устройство, отрицательные полупериоды не проходят через D2.

Надлежащий анализ показал бы искажение (на выходной форме волны) вокруг средней точки сигнала, но в первом приближении он будет иметь разумное сходство с прецизионным полуволновым выпрямителем.