精密整流電路圖講解 使用運算放大器的精密整流電路設計

今天我們來了解一下使用運算放大器的精密整流電路的類型。當電壓處于低 mV 范圍時，我們不能使用二極管作為交流電壓整流器。因此這種運算放大器整流器在濾波器、各種信號測量等電路中可以有很大的用途，因為它的基極電壓較低。

值得注意的是 741 OP-AMP 整流電路，我們將在下面詳細討論它。我們還將在面包板上嘗試它們，因為這種 IC 很受歡迎而且便宜。

基本二極管整流器

但首先，讓我們談談普通的 二極管整流器 。它們通常分為兩種類型：硅二極管和鍺二極管，硅二極管的接通電壓為600mV，鍺二極管的接通電壓為300mV。

二極管與運放整流器的比較

其中兩種類型的二極管都無法對低于其接通電壓的信號進行整流。

然后我們在二極管整流電路中添加一個運算放大器來降低二極管的接通電壓。通過使用OP-AMP的開環(huán)增益特性，它將能夠對1mV以下的信號進行整流。

或者，換句話說，我們可以說我們設法使二極管工作得更加完美。

根據(jù)二極管的基本原理，它只能朝一個方向導電，沒有電阻，兩端也沒有電壓。這不適合我們使用。

但在OP-AMP的幫助下，二極管將變得更加有用，更適合過濾低頻信號。

我們先回顧一下741的引腳排列和符號。

741 的引腳排列和符號

使用運算放大器的簡單半波整流器 - 超級二極管

下面的電路是一個同相放大器電路，充當交流到直流信號半波整流器。

使用運算放大器的簡單半波整流電路

乍一看，我們會注意到輸入信號通過非反相輸入引腳（引腳3）進入，電路的輸出連接到反相輸入引腳（引腳2），或者簡單地說，引腳 2 是輸出。

但我不太明白，輸出應該是引腳6而不是當前的引腳2。因此，我們修改了電路以使其更容易理解。

接下來，我們將制作一個“超級二極管”。

使用運算放大器和二極管的超級二極管框圖

該框圖可以有效地消除二極管的正向電壓，將其降低到遠低于 600 mV。

D1 將來自運算放大器輸出（引腳 6）的信號反饋至反相輸入（引腳 2）。

當輸入信號擺動到約 μV（微伏）的正范圍時。運算放大器的增益將使輸出電壓快速增加至600 mV，D1將傳導電流（接收正向偏置）。

這導致反相引腳具有與輸入信號相似的電壓，這是電壓跟隨器電路或所謂的緩沖器的特性。

當輸入電壓為負時，D1不導通電流（受到反向偏置）。并立即切斷輸出電壓。

使用OP-AMP的半波整流器的波形

一個簡單的峰值檢測器電路

從上面的簡單精密半波整流器或超級二極管電路，我們將其改編成簡單的峰值電壓檢測器電路，以確定輸入的最大電壓電平。并在輸出端保持該電壓電平。

超級二極管僅通過正電壓。電容器 (C) 可以長時間保持峰值正電壓，同時將其釋放到輸出。

接下來我們看一下實驗電路。

使用 741 的簡單峰值檢測器電路

當輸入處于正范圍 AC 時，C1 將通過 D1 快速充電至最大電壓。

經(jīng)過最大電壓后，C1會通過R1緩慢放電，R1的阻值約為1M左右。

那么，IC2將成為電壓跟隨器或緩沖器。其輸出也將是直流電壓。

使用運算放大器的精密半波整流電路

下面的電路是使用 741 運算放大器的半波精密整流器電路。當交流輸入電壓處于負半部分時，運算放大器的輸出將擺動到正電壓。

使用OP-AMP的半波精密整流電路

D1 將接收正向偏置。運算放大器的增益約為 1。因為正向偏置時 D1 的電阻非常低。

當交流輸入電壓處于正半部分時，輸出將擺動至約-600mV，并且D2將獲得正向偏置。另一方面，D1 將具有反向偏置。

R3 補償運算放大器的失調電壓。

但該電路有一些局限性。特別是它的速度相當慢，因此只適合低頻信號。由于運算放大器的運算過程。

使用 NE55532 的精密半波整流器

這是一個精密半波整流器電路，使用比第一個更好的運算放大器。它是NE5532或NE5535運算放大器。它們之間的區(qū)別如下：

NE5532是雙路低噪聲高速音頻運算放大器。

NE5535 是一款雙路高轉換率運算放大器。

NE5532 可處理高達 10kHz 的頻率，失真率低于 5%。

該電路與前面的電路相同。但我改變了它的布局，使它與以前有些不同。

精密全波整流電路

我們知道，全波整流電路的效率比半波整流電路高。

精密全波整流器框圖

我們可以通過簡單地將兩個半波整流電路連接在一起來創(chuàng)建全波整流器。

我們將用超級二極管替換 D1。同時，我們將使用反相精密半波整流器來代替反相放大器和D2。兩個輸出連接在一起以獲得精密全波整流器。

輸出仍將具有脈動模式，這是交流波的一半。我們可以通過濾波電路將其變成完整的直流信號。

讓我們看下面的完整電路原理圖，以幫助我們更好地理解它。

使用運算放大器的全波精密整流電路

當交流輸入電壓處于負半部分時。由于D2受到正向偏壓，導致IC1的輸出為正600mV。 IC2 的反相輸入還通過 R4 接收來自輸入 (-Vin) 的負半部分。輸出也會通過 R5 到達 IC2 的引腳 2。

導致 IC2 的輸出與輸入電壓相同，但只有正半部分 (+Vin)。

那么，當交流輸入為正半時，IC1的輸出將為負。導致 D1 正向偏置或傳導電流，直到輸出為 Vin 的 2 倍，或輸出為 -2Vin。

當該信號流經(jīng)IC2（反相放大電路）時，輸出將為+2Vin。

但同時，正交流輸入電壓(+Vin)也將通過R4到達IC2的引腳2。這導致引腳 6 處的輸出為 -Vin。

因此，IC2 引腳 6 上的電壓之和將為+2Vin – Vin。等于+Vin。

綜上所述，無論交流輸入電壓是正還是負，IC2的輸出都將是+Vin。

結論

在處理大約 mV 或 μV 的極低信號電平的情況下，所有這些應該足以讓您使用 OP-AMP 實現(xiàn)這些精密整流器電路。但如果您想繼續(xù)閱讀更多內容，請參閱維基百科和Uottawa以獲取更深入的詳細信息。

將來，我們可能會將此電路投入更多用途，例如交流毫伏表等。我們希望了解更多關于運算放大器的知識，因為它們在組件方面非常有趣。