整流器是將交流電(AC)轉(zhuǎn)換成直流電(DC)的電路。交流電總是隨時(shí)間改變其方向，而直流電卻一直朝一個(gè)方向流動(dòng)。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。但是這種整流方法只能在電路輸入電壓大于二極管正向電壓(通常為0.7V)的情況下使用。我們之前解釋了基于二極管的半波整流器和全波整流器電路。

為了克服這一問題，引入了精密整流電路。精密整流器是另一種將交流轉(zhuǎn)換為直流的整流器，但在精密整流器中，我們使用運(yùn)算放大器來(lái)補(bǔ)償二極管的電壓降，這就是為什么我們不會(huì)損失二極管的0.6V或0.7V電壓降，電路也可以構(gòu)造為在放大器的輸出端有一些增益。

因此，在本教程中，我將向您展示如何使用運(yùn)算放大器構(gòu)建，測(cè)試，應(yīng)用和調(diào)試精密整流電路。除此之外，我還將討論這條賽道的一些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。那么，廢話少說(shuō)，我們開始吧。

什么是精密整流電路?

在我們了解精密整流電路之前，讓我們先澄清一下整流電路的基礎(chǔ)知識(shí)。

上圖顯示了理想整流電路的特性及其傳輸特性。這意味著當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)時(shí)，輸出將為零伏，當(dāng)輸入信號(hào)為正時(shí)，輸出將跟隨輸入信號(hào)。

上圖顯示了一個(gè)實(shí)際的整流電路及其傳輸特性。在實(shí)際的整流電路中，輸出波形將比施加的輸入電壓小0.7伏，其傳輸特性將如圖所示。此時(shí)，只有當(dāng)施加的輸入信號(hào)略大于二極管的正向電壓時(shí)，二極管才會(huì)導(dǎo)通。

現(xiàn)在基本知識(shí)已經(jīng)講完了，讓我們把注意力轉(zhuǎn)回到精密整流電路上。

精密整流器的工作

上面的電路顯示了一個(gè)基本的半波精密整流電路，帶有LM358運(yùn)算放大器和1n4148二極管。要了解運(yùn)算放大器的工作原理，您可以跟隨這個(gè)運(yùn)算放大器電路。

上面的電路還向大家展示了精密整流電路的輸入輸出波形，正好等于輸入。這是因?yàn)槲覀儚亩O管的輸出中獲取反饋，運(yùn)算放大器補(bǔ)償二極管上的任何電壓降。所以，二極管的行為就像一個(gè)理想的二極管。

現(xiàn)在，在上圖中，您可以清楚地看到當(dāng)輸入信號(hào)的正半周期和負(fù)半周期應(yīng)用于運(yùn)算放大器的輸入端時(shí)會(huì)發(fā)生什么。該電路還顯示了該電路的傳輸特性。

但在實(shí)際電路中，你不會(huì)得到上圖所示的輸出，讓我告訴你為什么?

在我的示波器中，黃色信號(hào)是輸入信號(hào)，綠色信號(hào)是輸出信號(hào)。我們得到的不是半波整流，而是一種全波整流。

上圖顯示了當(dāng)二極管關(guān)閉時(shí)，負(fù)半周期是信號(hào)流過(guò)電阻到輸出，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)際情況。

讓我們看看連接1K負(fù)載時(shí)會(huì)發(fā)生什么。

電路看起來(lái)像上面的圖像。

輸出如圖所示。

輸出看起來(lái)像這樣，因?yàn)槲覀儗?shí)際上已經(jīng)形成了一個(gè)分壓電路，有兩個(gè)9.1K和一個(gè)1K電阻，這就是為什么輸入信號(hào)的正半部分剛剛衰減。

同樣，上面的圖像顯示了當(dāng)我將負(fù)載電阻值從1K更改為220R時(shí)會(huì)發(fā)生什么。

這不是這條賽道上最小的問題。

上圖顯示了一個(gè)欠沖狀態(tài)，其中電路的輸出低于零伏，并在某個(gè)尖峰后上升。

上圖顯示了上述兩種電路的欠沖狀態(tài)，有負(fù)載和無(wú)負(fù)載。這是因?yàn)?，每?dāng)輸入信號(hào)低于零時(shí)，運(yùn)算放大器就會(huì)進(jìn)入負(fù)飽和區(qū)域，結(jié)果就是所示圖像。

另一個(gè)我們可以說(shuō)的原因是，當(dāng)輸入電壓從正變?yōu)樨?fù)時(shí)，在運(yùn)放反饋發(fā)揮作用并穩(wěn)定輸出之前需要一些時(shí)間，這就是為什么我們?cè)谳敵錾系玫降陀诹汶妷旱募夥濉?

這是發(fā)生的，因?yàn)槲沂褂玫氖且粋€(gè)糖豆LM358運(yùn)算放大器與低轉(zhuǎn)換率。你可以擺脫這個(gè)問題，只要把一個(gè)運(yùn)算放大器與更高的轉(zhuǎn)換率。但請(qǐng)記住，這也會(huì)發(fā)生在電路的高頻范圍內(nèi)。

改進(jìn)的精密整流電路

上圖顯示了一種改進(jìn)的精密整流電路，通過(guò)它我們可以減少上述所有缺陷和缺點(diǎn)。讓我們研究一下電路，弄清楚它是如何工作的。

現(xiàn)在在上面的電路中，您可以看到，如果正弦信號(hào)的正半部分作為輸入，二極管D2將導(dǎo)通?，F(xiàn)在上面顯示的路徑(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P1點(diǎn)，電壓為0V，因?yàn)樘摰卦谠擖c(diǎn)形成，所以電流不能流過(guò)電阻R19，在輸出點(diǎn)P2，電壓為負(fù)0.7V，因?yàn)檫\(yùn)算放大器正在補(bǔ)償二極管下降，所以沒有辦法電流可以去P3點(diǎn)。因此，每當(dāng)將信號(hào)的正半周期應(yīng)用于運(yùn)算放大器的輸入時(shí)，我們就實(shí)現(xiàn)了0V輸出。

現(xiàn)在讓我們假設(shè)我們已經(jīng)將正弦交流信號(hào)的負(fù)一半應(yīng)用于運(yùn)算放大器的輸入。這意味著施加的輸入信號(hào)小于0V。

此時(shí)，D2二極管處于反向偏置狀態(tài)，這意味著它是開路。上面的圖片恰恰告訴了你這一點(diǎn)。

由于二極管D2處于反向偏置狀態(tài)，電流將流過(guò)電阻R22，在點(diǎn)P1處形成虛擬地?，F(xiàn)在，當(dāng)輸入信號(hào)的負(fù)一半被施加時(shí)，我們將在輸出中得到一個(gè)正信號(hào)，因?yàn)樗且粋€(gè)反相放大器。二極管將導(dǎo)通，我們將在點(diǎn)P3處得到補(bǔ)償輸出。

現(xiàn)在輸出電壓是-Vin/R2 = Vout/ R1

所以輸出電壓變?yōu)閂out = -R2/R1* Vin

現(xiàn)在讓我們?cè)谑静ㄆ髦杏^察電路的輸出。

在沒有任何負(fù)載的情況下，電路的實(shí)際輸出如圖所示。

現(xiàn)在在分析電路時(shí)，半波整流電路已經(jīng)足夠好了，但是當(dāng)涉及到實(shí)際電路時(shí)，半波整流電路就沒有實(shí)際意義了。

由于這個(gè)原因，我們引入了全波整流電路，為了實(shí)現(xiàn)全波精確整流，我只需要做一個(gè)求和放大器，基本上就是這樣了。

使用運(yùn)算放大器的精密全波整流器

為了制造一個(gè)全波精密整流電路，我剛剛在前面提到的半波整流電路的輸出端增加了一個(gè)求和放大器。從點(diǎn)P1到點(diǎn)P2是基本的精密整流電路，二極管的配置使我們?cè)谳敵鎏幍玫截?fù)電壓。

從P2點(diǎn)到P3點(diǎn)是求和放大器，精密整流器的輸出通過(guò)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(shuō)它是R5/2，這就是我們?nèi)绾卧O(shè)置運(yùn)放的2X增益。

在電阻R4的幫助下，P1點(diǎn)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的求和放大器，這意味著輸出電壓將是輸入電壓的2倍。假設(shè)輸入電壓峰值為2V，那么我們將得到輸出電壓峰值為4V。同時(shí)，我們以1X的增益將輸入直接饋送到求和放大器。

現(xiàn)在，當(dāng)求和運(yùn)算發(fā)生時(shí)，我們?cè)谳敵鎏幍玫揭粋€(gè)求和電壓，它是(-4V) + (+2V) = -2V，作為輸出端的運(yùn)放。由于運(yùn)算放大器配置為反相放大器，我們將在輸出處獲得+2V，即點(diǎn)P3。

當(dāng)輸入信號(hào)的負(fù)峰值被施加時(shí)，同樣的事情也會(huì)發(fā)生。

上圖為該電路的最終輸出，藍(lán)色波形為輸入，黃色波形為半波整流電路的輸出，綠色波形為全波整流電路的輸出。

組件的要求

?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根

?電源(±10V) - 1

原理圖

下面給出了使用運(yùn)放的半波和全波精密整流器的電路圖

對(duì)于這個(gè)演示，電路是在無(wú)焊面包板上構(gòu)建的，在原理圖的幫助下;為了減少寄生電感和電容，我已經(jīng)盡可能地將元件連接在一起。

進(jìn)一步增強(qiáng)

電路可以進(jìn)一步修改，以提高其性能，就像我們可以添加一個(gè)額外的濾波器，以抑制高頻噪聲。

這個(gè)電路僅作演示之用。如果您正在考慮在實(shí)際應(yīng)用中使用此電路，則必須使用斬波式運(yùn)算放大器和高精度0.1歐姆電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)絕對(duì)穩(wěn)定性。

本文編譯自circuitdigest