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淺談遇到的幾個運放精密整流電路

2018年10月07日 15:43 網(wǎng)絡整理 作者:工程師譚軍 用戶評論(0
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  一種將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿?a target="_blank">半導體器件。通常它包含一個PN結(jié),有正極和負極兩個端子。二極管最重要的特性就是單方向?qū)щ娦浴T陔娐分校?a href="http://wenjunhu.com/tags/電流/" target="_blank">電流只能從二極管的正極流入,負極流出。
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  整流二極管(rectifier diode)一種用于將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷陌雽w器件。二極管最重要的特性就是單方向?qū)щ娦?。在電路中,電流只能從二極管的正極流入,負極流出。通常它包含一個PN結(jié),有正極和負極兩個端子。其結(jié)構如圖所示。P區(qū)的載流子是空穴,N區(qū)的載流子是電子,在P區(qū)和N區(qū)間形成一定的位壘。外加電壓使P區(qū)相對N區(qū)為正的電壓時,位壘降低,位壘兩側(cè)附近產(chǎn)生儲存載流子,能通過大電流,具有低的電壓降(典型值為0.7V),稱為正向?qū)顟B(tài)。若加相反的電壓,使位壘增加,可承受高的反向電壓,流過很小的反向電流(稱反向漏電流),稱為反向阻斷狀態(tài)。整流二極管具有明顯的單向?qū)щ娦?。整流二極管可用半導體鍺或硅等材料制造。硅整流二極管的擊穿電壓高,反向漏電流小,高溫性能良好。通常高壓大功率整流二極管都用高純單晶硅制造(摻雜較多時容易反向擊穿)。這種器件的結(jié)面積較大,能通過較大電流(可達上千安),但工作頻率不高,一般在幾十千赫以下。整流二極管主要用于各種低頻半波整流電路,如需達到全波整流需連成整流橋使用。
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 ?。?)最大平均整流電流IF:指二極管長期工作時允許通過的最大正向平均電流。該電流由PN結(jié)的結(jié)面積和散熱條件決定。使用時應注意通過二極管的平均電流不能大于此值,并要滿足散熱條件。例如1N4000系列二極管的IF為1A。
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  (2)最高反向工作電壓VR:指二極管兩端允許施加的最大反向電壓。若大于此值,則反向電流(IR)劇增,二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?,從而引起反向擊穿。通常取反向擊穿電壓(VB)的一半作為(VR)。例如1N4001的VR為50V,1N4002-1n4006分別為100V、200V、400V、600V和800V,1N4007的VR為1000V
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 ?。?)最大反向電流IR:它是二極管在最高反向工作電壓下允許流過的反向電流,此參數(shù)反映了二極管單向?qū)щ娦阅艿暮脡?。因此這個電流值越小,表明二極管質(zhì)量越好。
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 ?。?)擊穿電壓VB:指二極管反向伏安特性曲線急劇彎曲點的電壓值。反向為軟特性時,則指給定反向漏電流條件下的電壓值。
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 ?。?)最高工作頻率fm:它是二極管在正常情況下的最高工作頻率。主要由PN結(jié)的結(jié)電容及擴散電容決定,若工作頻率超過fm,則二極管的單向?qū)щ娦阅軐⒉荒芎芎玫伢w現(xiàn)。例如1N4000系列二極管的fm為3kHz。另有快恢復二極管用于頻率較高的交流電的整流,如開關電源中。
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  (6)反向恢復時間trr:指在規(guī)定的負載、正向電流及最大反向瞬態(tài)電壓下的反向恢復時間。
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 ?。?)零偏壓電容CO:指二極管兩端電壓為零時,擴散電容及結(jié)電容的容量之和。值得注意的是,由于制造工藝的限制,即使同一型號的二極管其參數(shù)的離散性也很大。手冊中給出的參數(shù)往往是一個范圍,若測試條件改變,則相應的參數(shù)也會發(fā)生變化,例如在25°C時測得1N5200系列硅塑封整流二極管的IR小于10uA,而在100°C時IR則變?yōu)樾∮?00uA。
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  損壞原因
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 ?。?)防雷、過電壓保護措施不力。整流裝置未設置防雷、過電壓保護裝置,即使設置了防雷、過電壓保護裝置,但其工作不可靠,因雷擊或過電壓而損壞整流管。
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 ?。?)運行條件惡劣。間接傳動的發(fā)電機組,因轉(zhuǎn)速之比的計算不正確或兩皮帶盤直徑之比不符合轉(zhuǎn)速之比的要求,使發(fā)電機長期處于高轉(zhuǎn)速下運行,而整流管也就長期處于較高的電壓下工作,促使整流管加速老化,并被過早地擊穿損壞。
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 ?。?)運行管理欠佳。值班運行人員工作不負責任,對外界負荷的變化(特別是在深夜零點至第二天上午6點之間)不了解,或是當外界發(fā)生了甩負荷故障,運行人員沒有及時進行相應的操作處理,產(chǎn)生過電壓而將整流管擊穿損壞。
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 ?。?)設備安裝或制造質(zhì)量不過關。由于發(fā)電機組長期處于較大的振動之中運行,使整流管也處于這一振動的外力干擾之下;同時由于發(fā)電機組轉(zhuǎn)速時高時低,使整流管承受的工作電壓也隨之忽高忽低地變化,這樣便大大地加速了整流管的老化、損壞。
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 ?。?)整流管規(guī)格型號不符。更換新整流管時錯將工作參數(shù)不符合要求的管子換上或者接線錯誤,造成整流管擊穿損壞。
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 ?。?)整流管安全裕量偏小。整流管的過電壓、過電流安全裕量偏小,使整流管承受不起發(fā)電機勵磁回路中發(fā)生的過電壓或過電流暫態(tài)過程峰值的襲擊而損壞。

  1.綜述

  在學習整流電路的時候,介紹的半波整流,一個二極管就可以,全波整流,需要四個二極管。 二極管的正向壓降有0.7V,一般不怎么考慮這個比較小的壓降,但是在放大器的交越失真,整流電壓比較低的時候,電流比較大的時候,0.7V的壓降也要考慮其中,這也就是為什么出現(xiàn)如此多種類二極管??焖伲?,肖特基等等。

  2.精密整流型電路

  2.1超級二極管

  使用精密整流電路的輸入信號常常比較小,0.7V的管壓降已經(jīng)不得不考慮。為了體現(xiàn)出這種0.7V的誤差,出現(xiàn)了超級二極管。

  3點的電壓跟隨1點的電壓,但是運算放大器的輸出2點的電壓,會一直比3點的電壓高0.7V,即V2=V3+0.7V,將一個二極管接入反饋回路中,可以有效的消除任何由二極管正向壓降產(chǎn)生的誤差,為了強調(diào)負反饋的顯著作用,把二極管和放大器的這種組合稱為超級二極管。

  2.2經(jīng)典型整流電路

  這種電路在網(wǎng)上稱為經(jīng)典型的精密整流電路,電組之間的關系為:R4=R5=R3=R,R6=R2=2R,

  分析電路的時候,輸入是交流

  當Vin》0時,U1A的輸出低,D2截止,D1導通,R4,R5,U1三者構成放大倍數(shù)為-1的放大器;U1B,R2,R3,R6構成反向加法器。設U1A的輸出為V1,經(jīng)過R2,R3后,輸出V21=2Vin,輸入信號經(jīng)過,R6,R2后輸出V22=-Vin;根據(jù)疊加原理,輸出Vout=V21+V22=2Vin+(-Vin)=Vin

  當Vin《0時,U1A的輸出高,D1截止,D2導通,根據(jù)虛短,R5的左端和R3的右端都相當于“接地”,電位相等,則R5,R3上沒有電流流過,不予考慮。此時,R2,R6,U1B構成放大倍數(shù)為-1的放大器,輸出Vout=-Vin,輸出Vout= -Vin

  根據(jù)上面的分析可知,實現(xiàn)了輸入電壓的正半軸電壓不變,負半軸的電壓翻轉(zhuǎn)的效果,實現(xiàn)了整流。

  2.3等值電阻型整流電路

  電阻之間的關系為:R3=R4=R5=R6=R7=R;

  這個電路是最近在使用的一個電路,按照上面的分析,有:

  當Vin》0時,U1B的輸出低,D2截止,D1導通,R3,R5,U1B三者構成放大倍數(shù)為-1的放大器;U1C,R6,R7構成放大倍數(shù)為-1的放大器,設U1B的輸出為V1,經(jīng)過R6,R7后,輸出Vout=-V1=-(-Vin)=Vin。

  當Vin《0時,U1B的輸出高,D2導通,D1截止,此時U1B的反饋存在兩條,一路是R3,R5,R6;另一路是R3,R4。根據(jù)虛短的關系,可以設在R6右端的電壓為V1,則有(Vin-0)/R3=((0-V1)/R5+R6)+(0-V1)/R4)

  計算可得,V1=-(Vin*2)/3 再根據(jù)(V1-0)/R5+R6=(Vout-V1)/R7,計算可得Vout=-Vin

  3.總結(jié)

  上面的兩種電路,第一種經(jīng)典型,只要實現(xiàn)電阻的匹配就很容易達到要求。第二種等值型的電路存在兩條負反饋電路,分析較難,性能也比較難達到要求。但是同樣的實現(xiàn)了Vout=|Vin|的效果。

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