朱文彬　王海燕

摘 要：精密整流的作用是將交流小信號在過零處準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換為直流信號。傳統(tǒng)的二極管整流電路中，當(dāng)輸入電壓小于二極管的開啟電壓時，二極管截止，輸出電壓為零；當(dāng)輸入電壓大于開啟電壓，并使二極管完全導(dǎo)通，此時輸出電壓等于輸入電壓減二極管導(dǎo)通電壓，輸出電壓小于輸入電壓，即輸出電壓只能反映出輸入大于導(dǎo)通電壓的部分。因此，當(dāng)輸入電壓值較小，為某一交流小信號時（信號有效值與二極管的導(dǎo)通電壓相近），二極管整流電路就會產(chǎn)生明顯失真。所以，對交流小信號的整流不能用二極管。本文中所論述的小信號精密整流電路，是以運(yùn)算放大器為核心器件，將雙極性信號轉(zhuǎn)換為單極性信號。

關(guān)鍵詞：交流；小信號；整流；運(yùn)放；波形

中圖分類號： TU9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）25-176-2

1 電路組成

1.1 電路組成框圖

交流小信號首先經(jīng)過半波整流部分產(chǎn)生一半波信號，該信號再送入后級與輸入信號進(jìn)行疊加反向，輸出的波形為全波整流信號。這個信號經(jīng)一階濾波電路后可得到較為平穩(wěn)的直流信號。

1.2 電路原理圖

電路圖中由U1、D1、D2、R1、R2構(gòu)成半波整流部分；由U2、R3、R4、R5構(gòu)成疊加反向部分；由R6、C1構(gòu)成一階濾波部分。

假設(shè)電路中二極管導(dǎo)通電壓為0.7V，而集成運(yùn)放的開懷放大倍數(shù)一般為萬倍級，此時運(yùn)放輸入端僅需微伏級的凈輸入量就能使二極管導(dǎo)通。所以，運(yùn)放輸入端電壓的微小變化，就能使輸出跟隨其發(fā)生變化。小信號精密整流電路正是利用了這一特點(diǎn)，來實(shí)現(xiàn)對交流小信號的整流。

電路中集成運(yùn)放的型號主要根據(jù)輸入信號的電壓幅度及頻率進(jìn)行選擇。通常會選擇幅值范圍較大的軌到軌運(yùn)放。

2 電路工作原理分析

2.1 半波整流部分

2.1.1 當(dāng)輸入交流小信號為電壓正半周時：

因?yàn)閡i>0，所以U1的輸出電壓uo1<0，使D1導(dǎo)通、D2截止。此時R1、R2、U1構(gòu)成反向比例放大電路，其輸出電壓uo1=-（R2/R1）ui。電路中取R1=R2，所以uo1=-ui，電路為放大倍數(shù)為-1的反向放大電路。

2.1.2 當(dāng)輸入交流小信號為電壓負(fù)電壓時：

因?yàn)閡i<0，所以U1的輸出電壓uo1>0，使D1截止、D2導(dǎo)通。由于D1截止，使U1輸出端的信號uo1不送入下一級（即U2的輸入端）；因?yàn)橥蚨私拥兀苑聪蚨穗妷簽榱?，而此時D2導(dǎo)通，因此U1的輸出電壓uo1被鉗位在0V（即uo1=0）。

2.2 疊加反向部分

由硬件電路圖可知，R3、R4、R5和U2共同構(gòu)成了個反向加法電路，它將輸入信號ui和U1的輸出信號uo1進(jìn)行反向疊加運(yùn)算。uo2=-（R5/R3）uo1-（R5/R4）ui，因?yàn)?R3≈R5、R4=R5，所以uo2=-2uo1-ui。

2.2.1 當(dāng)輸入交流小信號為電壓正半周時：

①uo1為輸入信號：因?yàn)閁1輸出的電壓為uo1=-ui，該信號經(jīng)U2后輸出為uo2=2ui；

②ui為輸入信號：該信號的輸出為uo2〞=-ui；

③U2的輸出uo2=uo2+uo2〞= ui。即當(dāng)輸入為正半周時，為等量同向輸出。

2.2.2 當(dāng)輸入交流小信號為電壓負(fù)電壓時：

①uo1為輸入信號：uo1被鉗位在0V，即R3左側(cè)電壓為0，而R3右側(cè)電壓根據(jù)虛短可知也為0，所以理想情況下此時無電流流入U2，即uo2=0；

②ui為輸入信號：該信號的輸出為uo2〞=-ui；

③U2的輸出uo2= uo2+ uo2〞=-ui。即當(dāng)輸入為負(fù)半周時，為等量反向輸出。

2.2.3 在整個周期內(nèi)：U2的輸出為正半周電壓加負(fù)半周的反向電壓，從而實(shí)現(xiàn)了交流整流。

2.3 電路等效框圖

在整個周期范圍內(nèi)，通過R1、R2的支路的放大倍數(shù)為-1，通過R3的支路的放大倍數(shù)為-2，通過電阻R4的支路的放大倍數(shù)為-1。所以，該小信號精密整流電路可以用下面的等效框圖表示。

3 波形仿真

3.1 U1輸出仿真波形

3.2 U2輸出仿真波形

3.3 濾波后波形

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 賽爾吉?dú)W·佛朗哥.基于運(yùn)算放大器和模擬集成電路的電路設(shè)計(jì)[M].西安交通大學(xué)出版社，2009.

[2] 科特爾.運(yùn)算放大器權(quán)威指南[M].人民郵電出版社，2010.

[3] 岡村迪夫.OP放大電路設(shè)計(jì)[M].科學(xué)出版社，2011.