再说运放电路之三

——精密整流器电路的原理与检测

3、精密正、负半波整流器和全波整流器电路：

（1）精密整流电路的几种电路形式和特点：

精密正、负半波整流器和全波整流器电路，仍旧处于放大器的范畴以内，还是利用运算放大器的线性放大作用，来提高整流信号的精度（往往同时也具有信号放大作用）。

由电流互感器来的交流电压信号，要经后续半波或全波整流电路整流成直流电压后，再送入MCU，供电流显示和控制之用。精密半波或全波整流电路用于交流电压信号的处理和放大。由二极管组成的普通整流电路，存在整流输出非线性、有一定的“门坎电压”——整流死区电压等缺点，对小于0.6V的输入电压是无能为力的。而采用运算放大器组成的半波或全波的精密整流电路，则克服了以上缺点，构成了近于理想的整流电路，对于μV级输入交流信号，都能进行不失真的整流输出。利用运算放大器的放大作用和二极管的单向导电特性，将整流二极管置于负反馈环路中，实现对输入正、负半波信号引入不同深度的负反馈，可以对输入μV级信号进行整密整流。

下图1中精密半波、全波整流电路（电压增益为1），是电压增益为1的电路，将输入交流电压信号进行精密整流后输出。

a电路为负半波精密整流电路。

在输入信号Vin＞0期间：Vin幅度很小时，二极管D1、D2尚未导通，放大器处于开环放大状态，经反相放大后为负值，二极管D2反偏截止，D1正偏导通；D1的导通为放大器引入了深度负反馈，由放大器的“虚地”特性可知，放大器反相输入端2脚电位为0V，放大器输出端1脚的电位约为-0.6V。换个角度看，D1的导通，将1脚电位钳位于-0.6V的D1正向导通压降上。二极管D1一直截止状态，输出电压Vout=0V；

在输入信号Vin＜0期间：Vin幅度很小时，放大器也处于开环放大状态，且输出电压为正值，只要输出电压＞0.6V，二极管D2就会正偏导通，而D1处于截止状态；D2导通后和反馈电阻R2串联，为放大器引入了适度的负反馈，放大器此时的工作状态同普通的反相放大器一样，起到对负半波输入信号的线性放大作用，其放大倍数取决于R2、R1的比值。

可见，a精密半波整流器电路，能将交流输入电压变为单向电压输出，实现了整流作用；使正半波信号无法通过，对负半波输入信号，其输入、输出信号呈线性比例和反相关系，起到反相放大的作用。因a电路中R1=R2，只起到整流和信号倒相作用

b电路结构与a电路一样，但两只二极管的方向与之相反，成为对输入正半波信号的精密整流和倒相电路，工作原理同上述。

图1 精密半波、全波整流器电路

图1中的c电路，为精密全波整流器电路。

将一个正半波整流器电路再加上一个反相求和（加法器）电路，即构成精密全波整流电路。

在输入信号Vin＞0（正半波）期间：N1放大器的输出电压为负值，D1截止D2导通， N1的输出电压（D2正极）与输入电压的极性相反，电压值为2倍输入电压绝对值。N1输出信号与经R4引入的Vin信号相加（-2Vin+Vin=-Vin）后，从N2的输出端7脚得到倒相的Vin输出，与输入信号电压幅度和极性相同。电路的奥妙在于R3的取值是R2、R4、R5的两倍，N1、N2组合电路，在此时起到对输入电压信号进行了反相之反相——相当于放大倍数为1倍的同相放大器。

在输入信号Vin＜0（负半波）期间：N1的1脚输出电压为正值，D1导通D2截止，D1的导通相当于“短接”了N1的输出端与输入端，由电路“虚短”特性和D1的电压钳位作用可知，N1的输出端电压端电压约为+的0.6V。N1的输出电压（D2正极）值约为0V。此时N2电路对与R4引入的负半波输入信号进行反相输出。

这样，由N1、N2组成的精密全波整流器电路，将输入的交流电压信号，整流为正向的脉动直流信号电压，送入后级电路。

（2）精密整流器电路的检测方法和故障判断：

a、和前述的放大器一样，两输入端之间的电位差接近为0，输入电压、输出电压成线性关系；

b、半波精密整流器电路，具有二极管的单向导电特性，如图1的a电路，对输入大于0V的正半波信号时，输出电压约为0；输入负半波信号时，输入、输出信号成线性关系。起到半波整流作用。

因而对负半波精密整流器电路，在输入电阻R1左端施加0V以上正电压时，测输出电压应该接近0V；施加0V以下（如-2V），则应在输出端（D2负极）测到+2V的电压输出。

对全波精密整流器电路，无论在输入端施加正向或负向电压值，在输出端均应能测到与输入电压值相等的输出电压值，即输出电压是输入电压的绝对值。

c、有输出电压值时，仍然可以采用暂时短接两个输入端，监测输出端电压有无变化的方法，判断电路是否能正常传输电压信号。

若测量结果与上述不符合，则可判断运放电路或外围元件有故障。

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旷野之雪

2012年4月22日星期日