什么是精密整流電路？精密整流器的工作原理

今天給大家分享的是精密整流電路。 主要是以下幾個方面：1、精密整流電路，2、精密整流電路分析?3、精密整流電路原理，4、精密整流電路電路公式構(gòu)建，5、精密整流電路測試；6、精密整流電路應(yīng)用和調(diào)試。 整流電路是將交流電（AC）轉(zhuǎn)換為直流電（DC）的電路，交流電總是隨著時間改變方向，但直流電卻不斷地沿一個方向流動。 在典型的整流電路中，我們使用二極管將交流電整流為直流電，但這種整流方法只能在輸入電壓大于二極管的正向電壓（通常為 0.7V）時使用。 為了克服這個問題，引入精密整流電路。 精密整流電路是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的另一種整流電路，但在精密整流電路中，在精密整流電路中，將使用運(yùn)算方法器來補(bǔ)償二極管兩端的電壓降，這樣的話就可以避免損失?0.6V 或 0.7V 電壓降。二極管也可以將電路構(gòu)造為在放大器的輸出端也有一些增益。 在本文中主要是運(yùn)算放大器構(gòu)建、測試、應(yīng)用和調(diào)試精密整流電路。

什么是精密整流電路？

在了解精密整流電流源之前，先回憶一下整流電路的基礎(chǔ)知識。關(guān)于整流電路，我之前有文章詳細(xì)講解過，大家如果不記得可以去我的主頁搜索。 下圖顯示了理想整流電路的特性及其傳遞特性，這意味著當(dāng)輸入信號為正時，輸出將為0 V，當(dāng)輸入信號為正，輸出將跟隨輸入信號。

理想整流電路的特性及其傳遞特性 下圖顯示了一個實(shí)用的整流電路及其傳輸特性。在實(shí)際的整流電路中，輸出波形將比實(shí)際的輸入電壓小 0.7V，傳輸特性將如下圖所示。此時，只要當(dāng)施加的輸入信號略大于二極管的正向電壓，二極管才會導(dǎo)通。

實(shí)用的整流電路及其傳輸特性

精密整流器的工作原理

下圖的電路顯示了一個基本的半波精密整流電路，帶有一個 LM358 運(yùn)算放大電路和一個 LN4148 二極管。

半波精密整流電路 下圖的電路給大家展示了精密整流電路的輸入輸出波形，正好等于輸入。電路從二極管的輸出中獲取反饋，運(yùn)算放大器會補(bǔ)償二極管上的任何電壓降，因此二極管類似于理想二極管。

精密整流電路的輸入輸出波形 在上圖中，你可以清楚地看到輸入信號的正負(fù)半周期應(yīng)用于運(yùn)算放大器的輸入端時會發(fā)生什么，但在實(shí)際電路中，不會得到如上圖所示的輸出。

精密整流電路的輸入輸出波形 在下圖的示波器中，黃色信號是輸入，綠色信號是輸出。我們不是得到半波整流，而是得到一種全波整流。 下圖顯示了當(dāng)二極管關(guān)閉時，信號的負(fù)半周期是通過電阻流向輸出，這就是為什么我們得到像輸出一樣的全波整流，但這不是實(shí)際的電路。

全波整流電路 我們可以看下，當(dāng)我們連接一個1K 負(fù)載時會發(fā)生什么，電路圖如下所示：

全波整流電路 輸出看起來像下圖：

精密整流電路示波器波形圖 輸出看起來像上圖一樣，是因?yàn)槲覀儗?shí)際上已經(jīng)形成了一個帶有兩個 9.1K 和一個 1K電阻的分壓器電路，這就是為什么信號的輸入正半部分被衰減的原因。 下圖，顯示了當(dāng)將負(fù)載從 1K 更改到 220R會發(fā)生什么？具體的如下圖所示

精密整流電路示波器波形圖 下圖顯示了一個下沖條件，其中電路的輸出低于零伏并在某個尖峰后上升。 下圖顯示了上述兩個電路的下沖情況，有負(fù)載和無負(fù)載。這是因?yàn)?，只要輸入信號低于零，運(yùn)算放大器就會進(jìn)入負(fù)飽和區(qū)，結(jié)果就是所示圖像。

精密整流有無負(fù)載波形圖 使尖峰電壓低于0 V 的原因：每當(dāng)輸入電壓從正向擺動時，運(yùn)算放大器反饋開始發(fā)揮作用并穩(wěn)定輸出需要一些時間。 發(fā)生這種情況是因?yàn)槲沂褂玫氖寝D(zhuǎn)換率低的 LM358 運(yùn)算放大器。其實(shí)只需放置一個具有更高壓擺率的運(yùn)算放大器，你就可以解決這個問題，但是，這也會發(fā)生在電路的較高頻率范圍內(nèi)。

精密整流電路示波器波形圖

改進(jìn)的精密整流電路

下圖顯示了改進(jìn)的精密整流電路，通過它可以減少上述所有缺陷和缺點(diǎn)。 在下面的電路中，你可以看到如果正弦信號的正半部分用作輸入，二極管 D2 將導(dǎo)通?，F(xiàn)在上面的路徑 （黃線）已經(jīng)完成，運(yùn)算放大器作為反相放大器，如果我們看到 P1 ，電壓為 0V，因?yàn)樵谠摰晷纬闪颂摂M地，所以電流不能流過電阻 R19。 在輸出點(diǎn) P2，由于運(yùn)算放大器正在補(bǔ)充 二極管壓降，電壓為負(fù) 0.7V，因此電流無法流向 P3 點(diǎn)。因此只需要將信號的正半周期施加到運(yùn)算放大器的輸入端。 這樣就可以實(shí)現(xiàn) 0V 輸出。

改進(jìn)的精密整流電路 現(xiàn)在假設(shè)已經(jīng)將 正弦交流信號的副板部分應(yīng)用到運(yùn)算放大器的輸入端，這就意味著施加的輸入信號小于0V。 此時，二極管 D2 處于反向偏置狀態(tài)，這意味著它是開路的。正好如下圖所示：

改進(jìn)的精密整流電路 由于二極管 D2 處于反向偏置狀態(tài)，電流將流過電阻 R22，在點(diǎn) P1 處形成虛擬接地?，F(xiàn)在，當(dāng)施加輸入信號的負(fù)半部分時，我們將在輸出中得到一個正信號，作為其反相放大器。二極管將導(dǎo)通，我們將在 P3 點(diǎn)獲得補(bǔ)償輸出。 現(xiàn)在輸出電壓將為 -Vin/R2 = Vout/ R1 所以輸出電壓變?yōu)?Vout = -R2/R1* Vin 現(xiàn)在在示波器中觀察電路的輸出，沒有任何負(fù)載的電路的實(shí)際輸出，如下圖所示。

改進(jìn)的精密整流電路示波器波形圖 現(xiàn)在對電路進(jìn)行分析，半波整流電路就足夠了，在實(shí)際電路中，半波整流就沒有實(shí)際意義。正是因?yàn)槿绱?，才引入了全波整流電路，要?shí)現(xiàn)全波精密整流，只需要做一個求和放大器。

使用運(yùn)算放大器的精密全波整流器

為了制作全波精密整流電路，在前面提到的半波整流電路的輸出端添加了一個求和放大器，從這一點(diǎn)來看，P1 到 P2 點(diǎn)是基本的精密整流電路，二極管的配置使我們在輸出端獲得負(fù)電壓。

使用運(yùn)算放大器的精密全波整流器 從點(diǎn) P2 到點(diǎn) P3 為求和放大器，精密整流器的輸出通過電阻 R3 饋送到求和放大器。電阻 R3 的值是 R5 的一半，或者你可以說它是 R5/2，這就是我們設(shè)置運(yùn)算放大器 2 倍增益的方式。 在電阻 R4 的幫助下，來自點(diǎn) P1 的輸入也被饋送到求和放大器，電阻 R4 和 R5 負(fù)責(zé)將運(yùn)算放大器的增益設(shè)置為 1X。 由于 P2 點(diǎn)的輸出直接饋送到增益為 2X 的加法放大器，這意味著輸出電壓將是輸入電壓的 2 倍。假設(shè)輸入電壓為 2V 峰值，因此我們將在輸出端獲得 4V 峰值。同時，我們直接將輸入饋送到增益為 1X 的求和放大器。 現(xiàn)在，當(dāng)求和電路發(fā)生時，我們在輸出端得到一個總和電壓，即 (-4V) + (+2V) = -2V，并作為輸出端的運(yùn)算放大器。由于運(yùn)算放大器配置為反相放大器，我們將在輸出端獲得 +2V，即 P3 點(diǎn)。 當(dāng)施加輸入信號的負(fù)峰值時，也會發(fā)生同樣的情況。

精密整流電路的最終輸出波形圖 上圖是電路的最終輸出，藍(lán)色波形是輸入，黃色波形是半波整流電路的輸出，綠色波形是全波整流電路的輸出。

所需組件

LM358 運(yùn)算放大器 IC - 2

6.8K，1% 電阻 - 8

1K 電阻 - 2

1N4148 二極管 - 4

面包板 - 1

跳線 - 10

電源 (± 10V) - 1

全波精密整流電路理圖，示意圖

使用運(yùn)算放大器的半波和全波精密整流電路圖如下：

使用運(yùn)算放大器的半波整流電路 ?

使用運(yùn)算放大器的全波整流電路 在此演示中，電路在原理圖的幫助下構(gòu)建在無焊面包板上；為了減少寄生電感和電容，將組件連接得盡可能近。

半波精密整流電路和全波精密整流電路

進(jìn)一步增強(qiáng)

可以進(jìn)一步修改電路以提高其性能，就像我們可以添加一個額外的濾波器來抑制高頻噪聲一樣。 這個電路僅僅只是用來講解電路。如果你考慮在實(shí)際應(yīng)用中使用電路，就必須使用斬波型運(yùn)算放大器和高精度 0.1 歐姆電阻來實(shí)現(xiàn)絕對穩(wěn)定性。

編輯：黃飛

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