利用運算放大器構(gòu)建、測試、應(yīng)用和調(diào)試精密整流電路

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，將使用運算方法器來補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，這意味著當輸入信號為正時，輸出將為0 V，當輸入信號為正，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用的整流電路及其傳輸特性。在實際的整流電路中，輸出波形將比實際的輸入電壓小 0.7V，傳輸特性將如下圖所示。此時，只要當施加的輸入信號略大于二極管的正向電壓，二極管才會導通。

實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，運算放大器會補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半周期應(yīng)用于運算放大器的輸入端時會發(fā)生什么，但在實際電路中，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。

下圖顯示了當二極管關(guān)閉時，信號的負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，但這不是實際的電路。

全波整流電路

我們可以看下，當我們連接一個1K 負載時會發(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，是因為我們實際上已經(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，顯示了當將負載從 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，有負載和無負載。這是因為，只要輸入信號低于零，運算放大器就會進入負飽和區(qū)，結(jié)果就是所示圖像。

精密整流有無負載波形圖

使尖峰電壓低于0 V 的原因：每當輸入電壓從正向擺動時，運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)生這種情況是因為我使用的是轉(zhuǎn)換率低的 LM358 運算放大器。其實只需放置一個具有更高壓擺率的運算放大器，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

改進的精密整流電路

下圖顯示了改進的精密整流電路，通過它可以減少上述所有缺陷和缺點。

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 將導通?，F(xiàn)在上面的路徑 (黃線)已經(jīng)完成，運算放大器作為反相放大器，如果我們看到 P1 ，電壓為 0V，因為在該店形成了虛擬地，所以電流不能流過電阻 R19。

在輸出點 P2，由于運算放大器正在補充 二極管壓降，電壓為負 0.7V，因此電流無法流向 P3 點。因此只需要將信號的正半周期施加到運算放大器的輸入端。

這樣就可以實現(xiàn) 0V 輸出。

改進的精密整流電路

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 P1 處形成虛擬接地?，F(xiàn)在，當施加輸入信號的負半部分時，我們將在輸出中得到一個正信號，作為其反相放大器。二極管將導通，我們將在 P3 點獲得補償輸出。

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，沒有任何負載的電路的實際輸出，如下圖所示。

改進的精密整流電路示波器波形圖

現(xiàn)在對電路進行分析，半波整流電路就足夠了，在實際電路中，半波整流就沒有實際意義。正是因為如此，才引入了全波整流電路，要實現(xiàn)全波精密整流，只需要做一個求和放大器。

使用運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，從這一點來看，P1 到 P2 點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電壓。

使用運算放大器的精密全波整流器

從點 P2 到點 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)置運算放大器 2 倍增益的方式。

在電阻 R4 的幫助下，來自點 P1 的輸入也被饋送到求和放大器，電阻 R4 和 R5 負責將運算放大器的增益設(shè)置為 1X。

由于 P2 點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，并作為輸出端的運算放大器。由于運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。

當施加輸入信號的負峰值時，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

使用運算放大器的半波和全波精密整流電路圖如下：

使用運算放大器的半波整流電路

使用運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

進一步增強

可以進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。如果你考慮在實際應(yīng)用中使用電路，就必須使用斬波型運算放大器和高精度 0.1 歐姆電阻來實現(xiàn)絕對穩(wěn)定性。

審核編輯：湯梓紅