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使用运放搭一个全波整流电路

全波整流器通常用于从交流输入创建直流电平。 这通常用于测量交流信号的幅度。 全波整流器是一个平均检测器。 这将与 rms 检波器或峰值检波器区分开来。

图1

全波整流器是半波整流器的增强型。 图 2 将全波整流器说明为与输入相加的半波整流器。

图2

要了解全波整流器的工作原理,假设理论上的运算放大器和二极管没有正向电压。 对于负输入电压,U1 的输出会尝试变为正,这会打开 D1 并关闭 D2。 假设 D1 短路(在这种情况下为开),这会将输出保持在接地电位,因为运算放大器 (U1) 的作用会强制运算放大器的输入电压达到相同的电平。

对于正输入电压,输出变为负,D2 开启,D1 关闭。 然后,U1 的输出充当反相放大器,增益由 R2/R1 设置。 通常增益设置为 1,这意味着 R2 = R1。

结果是 U1 的输出跟随输入的负半周期(反相),正半周期的输出为 0 V。 然后该输出成为第二级 (U2) 的输入之一,该输入与输入波形相加。

第一级的增益是半波整流器,相对于输入的增益为 2。 这意味着 R3 = 2R4。 因此,输入波与负半周期的参考电位(地)相加。 U2 输出的结果是负半周期的正增益。 对于正半周期,半波整流器的反相波与输入相加,半波整流器的增益为 2。这会在 U2 的输出端产生正半波。 结果是一个全波整流器。

半波整流器部分的增益通常设置为 1 (R1 = R2)。 R3和R4的比例匹配应该比较紧(电阻值的绝对值相对不重要),这样半波整流器输出的输入和输出的总和才会正确。 通过改变 R5 的值,可以很容易地在电路中获得增益。 图 3 显示了全波整流器的波形。 顶部迹线是输入,底部迹线是 U2 电路的输出。

图3

图 4 显示了 U1 的输出和半波整流器的输出。 请注意,在实际电路中,U1 的输出实际上是开环运行,直到达到 D2 的正向电压。 这显示在从顶部算起的第三条迹线(通道 C)中。 半波整流器的输出显示为底部轨迹(通道 D)。 图 4 中所有迹线的增益相同。

图4

全波整流器的输出通常后跟一个滤波器以产生直流电平。 滤波器的拐角频率应设置得足够低,以限制输出上的交流纹波,但又要足够高,以免严重影响电路的瞬态响应速度。 输出的输出频谱如图 5 所示。全波整流器相对于半波整流器的一个优势是,由于输出波瓣加倍,整流器输出的频谱乘以 2 倍。

图5

通过在反馈网络中添加一个电容器,可以将全波整流器的加法器部分变成一个简单的滤波器。 滤波器的转折频率由电容值和 R5 的值(F0 = 1/(2πR5C1))决定。 图 6 对此进行了说明。此外,该电路可以后接有源滤波器。

图6

通过反转两个二极管,可以将输出的极性变为负向。 全波整流器的误差项与反相放大器相同。 最重要的是抵消项。 电路的频率响应主要由运算放大器的开环增益设置。 二极管的分流电容和二极管的开启/关闭时间也会影响频率响应,但它们的影响通常远小于运算放大器的频率响应。对于使用单电源电压运行时, 同相输入偏置到参考电压,通常为电源电压的 ½。 零输入信号输出则处于参考电压。 图 7 显示了一个单电源半波整流器,其参考电压(运算放大器的同相输入端的电压)为 +4 V。在显示屏上,接地位于底部。

图7

输入仍然以地为参考,因此输入必须使用串联电容器进行交流耦合。 频率的低端由输入耦合电容和输入电阻 R1 设置的 RC 时间常数决定。 对于双极电源,电路响应为直流。 或者,如果前面的电路以相同的参考电压为参考,则输入可以是直流耦合的。 如果在电路中采用增益,则应小心,因为参考电平和信号都会被放大。

运算放大器的频率响应要求由最大信号输入频率决定。 二极管必须有足够的开环增益才能偏置。 此外,由于求和作用,频率会加倍。 因此,应用经验法则,运算放大器的带宽在输入信号最大频率的两倍处应至少为 20 dB。

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  • dy-icXFVvIG 2022-03-29 17:04
    比论文强一万倍
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  • dy-FHED9mtt 2022-03-29 16:57
    什么时候更新
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