組成二極管的各種整流電路

組成二極管的各種整流電路（rectifying circuit），它們利用二極管的單向?qū)ㄌ匦园呀涣麟娔苻D(zhuǎn)換為直流電能，并且在分析的時(shí)候忽略了二極管的正向壓降。

事實(shí)上，對市電220VAC這么大的交流電壓進(jìn)行整流時(shí)，微小如1V左右的損耗也的確是可以忽略，但如果是對小信號進(jìn)行整流處理，那些整流電路都將派不上用場了，比如輸入信號的峰值就只有1V，如果使用之前所述的全橋整流電路進(jìn)行整流處理，連二極管都無法導(dǎo)通，更遑論整流這么艱巨的任務(wù)了，如下圖所示：

對于小信號整流，我們可以使用精密整流電路，下面我們介紹幾種常用的精密整流電路。以下假設(shè)輸入交流信號均為正弦波，二極管的正向壓降均為0.7V：

一、半波整流電路（half-wave rectification）

如下圖所示，其中OP1是運(yùn)算放大器，它連接成電壓跟隨器電路，只不過在輸出端插入了一個(gè)二極管D1，這種運(yùn)算放大器與二極管的組合電路也稱為超級二極管。下面我們簡單分析一下：

當(dāng)輸入信號ui的正半周來到時(shí)，由于運(yùn)算放大器為電壓跟隨狀態(tài)，因此電路的輸出電壓uo等于輸入電壓ui（正電壓），當(dāng)然，一定要使二極管D1為導(dǎo)通狀態(tài)，讓運(yùn)算放大器處在閉環(huán)負(fù)反饋狀態(tài)才能實(shí)現(xiàn)電壓跟隨，因此，運(yùn)放OP1的輸出（不是uo）自然比輸出電壓uo高一個(gè)二極管D1的正向?qū)妷海╱D1=0.7V），此時(shí)電路等效如下圖所示：

當(dāng)輸入信號ui的負(fù)半周來到時(shí)，由于初始時(shí)運(yùn)算放大器仍為電壓跟隨狀態(tài)，因此電路的輸出電壓uo為負(fù)電壓，這樣二極管D1截止導(dǎo)致運(yùn)算放大器處于開環(huán)狀態(tài)（也就相當(dāng)于一個(gè)比較器），運(yùn)算放大器的反相端經(jīng)電阻R1下拉到地（0V），而其同相端為負(fù)電壓（比0V?。?，運(yùn)放（比較器）OP1輸出電壓為低電平。（比較器的Vp

其輸入輸出波形如下所示：

很明顯，這個(gè)電路在整流工作過程中，需要經(jīng)常從閉環(huán)狀態(tài)切換為開環(huán)狀態(tài)，再回到閉環(huán)狀態(tài)，這都是需要花費(fèi)時(shí)間的（晶體管從飽和狀態(tài)退出再到截止?fàn)顟B(tài)），因此，如果輸入信號的頻率過高，則輸出電壓uo就會因?yàn)檫\(yùn)放響應(yīng)時(shí)間太長而跟不上輸入信號的變化速度，腫么辦？

如下圖所示的改進(jìn)電路，它用一個(gè)箝位二極管限制輸出電壓，它使得輸出電壓uo僅比地（0V）低一個(gè)二極管壓降，強(qiáng)制運(yùn)放內(nèi)部的三極管不再進(jìn)入飽和狀態(tài)，這樣就可以迅速響應(yīng)更快的輸入信號（注意運(yùn)放的連接形式，不再是電壓跟隨器，而是反相放大器）。

當(dāng)輸入信號ui的正半周來到時(shí)，由于運(yùn)算放大器為反相放大器（處于負(fù)反饋），因此OP1輸出負(fù)電壓，又由于OP1同相端接地（0V），根據(jù)運(yùn)放的“虛短”特性，因此其反相端亦為0V（只有處于負(fù)反饋閉環(huán)路狀態(tài)才能談運(yùn)放的“虛短”與“虛斷”特性，對運(yùn)放不熟悉的讀者可參考對應(yīng)文章），這樣D2的陽極比陰極電位高，處于導(dǎo)通狀態(tài)，強(qiáng)制運(yùn)放輸出為-0.7V，與此同時(shí)，二極管D1由于反向偏置而截止，因此沒有輸出電壓，此時(shí)電路等效如下：

我們再進(jìn)一步調(diào)整一下，如下圖所示：

當(dāng)輸入信號ui的負(fù)半周來到時(shí)，由于運(yùn)算放大器為反相放大器（處于負(fù)反饋），因此OP1輸出為正電壓，又由于OP1同相端接地（0V），根據(jù)運(yùn)放的“虛短”特性，因此其反相端亦為0V，這樣D2的陽極比陰極電位低，處于截止?fàn)顟B(tài)，這樣運(yùn)算放大器應(yīng)該是處于開環(huán)狀態(tài)的。但是與此同時(shí)，二極管D1由于正向偏置而導(dǎo)通，通過D1與R2仍然使OP1處于負(fù)反饋狀態(tài)，使得輸出有相應(yīng)的正電壓輸出，此時(shí)電路等效如下：

我們進(jìn)一步調(diào)整如下圖所示：

其實(shí)就是個(gè)反相放大器，因此這個(gè)電路還有放大功能，當(dāng)輸入為負(fù)半周時(shí)，其輸入電壓與輸出電壓關(guān)系如下所示：

要特別注意輸出電壓的極性，負(fù)半周輸入時(shí)被整流成了正半周，而正半周輸入時(shí)則沒有輸出，其波形關(guān)系如下圖所示：

二、全波整流電路（full-waverectification）

對應(yīng)的全波整流電路如下圖所示：

藍(lán)色方框里的電路與前述半波整流電路是相似的，不過兩個(gè)二極管是反過來的，它將輸入正半周整流成負(fù)半周（前面的電路恰好相反，讀者可自行分析），而后半部分就是個(gè)加法運(yùn)算放大器電路，一路輸入信號為將半波整流輸出的負(fù)半周，它的放大倍數(shù)AV1是：

假設(shè)我們調(diào)整其值如下所示：

當(dāng)輸入電壓ui正半周到來時(shí)，輸出電壓uo有：

當(dāng)輸入電壓ui負(fù)半周到來時(shí)，藍(lán)色框內(nèi)的半波整流電路是沒有輸出的，因此輸出電壓uo就是輸入信號ui的反相（其放大倍數(shù)為-1），即uo=-ui，也就相當(dāng)于把負(fù)半周整流成了正半周，這樣兩個(gè)半周相加就是一個(gè)完整的全波了，如下圖所示：

這個(gè)全波整流電路的意圖很簡單：將輸入信號進(jìn)行整流且放大2倍，再與輸入信號本身相疊加。當(dāng)然，這個(gè)電路也同樣具備放大的功能，其計(jì)算公式與上述步驟是相似的，此處不再贅述。

還有另一個(gè)類似的全波整流電路，如下圖所示：

當(dāng)輸入信號ui的正半周來到時(shí)，由于運(yùn)算放大器OP1為反相放大器（處于負(fù)反饋），輸出為低電平，又由于運(yùn)放的同相端接地（0V），根據(jù)運(yùn)放的“虛短”特性，因此其反相端亦為0V，這樣D2的陽極比陰極電位高，處于導(dǎo)通狀態(tài)的D2把OP1輸出強(qiáng)制為-0.7V，而二極管D1則處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)電路等效如下：

這么亂，怎么看？好，你是大爺，幫你調(diào)調(diào)整一下，如下圖所示：

前級的半波整流電路沒有輸出，整個(gè)電路就是一個(gè)同相放大器，其放大倍數(shù)如下：

當(dāng)輸入信號ui的負(fù)半周來到時(shí)，由于運(yùn)算放大器為反相放大器（處于負(fù)反饋），因此OP1輸出為正電壓，又由于OP1同相端接地（0V），根據(jù)運(yùn)放的“虛短”特性，因此其反相端亦為0V，這樣D2的陽極比陰極電位低，處于截止?fàn)顟B(tài)，這樣運(yùn)算放大器應(yīng)該是處于開環(huán)狀態(tài)的。但是與此同時(shí)，二極管D1由于正向偏置而導(dǎo)通，通過二極D1、運(yùn)放OP2、電阻R3與R2仍然使OP1處于負(fù)反饋狀態(tài)，使得輸出有相應(yīng)的正電壓輸出，此時(shí)電路等效如下：

進(jìn)一步調(diào)整如下圖所示：

此時(shí)電路的放大倍數(shù)為：

因此，無論輸入為正半周還是負(fù)半周，輸出都為正電壓，即達(dá)到全波整流的目的，如果我們令R1=R2=R3，則兩者放大倍數(shù)均為2，輸出電壓的幅值是輸入電壓是的2倍，當(dāng)然，你也可以適當(dāng)調(diào)節(jié)R3的值進(jìn)行其它比例的放大。

審核編輯 ：李倩