变频器维修-工控

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                                                                                   旷野之雪

                                                                                   2008.5.16



运放原理新解之四
旷野之雪 发表于:2016/11/15 14:31:13
标签(TAG):深度分析

运放原理新解之四

——听咸老师说电子电路系列之一

精密半波、全波整流电路

利用二极管(开关器件)的单向导电特性,和放大器的优良放大性能相结合,可做到对输入交变信号(尤其是小幅度的电压信号)进行精密的整流,由此构成精密半波整流电路。若由此再添加简单电路,即可构成精密全波整流电路。

二极管的导通压降约为0.6V左右,此导通压降又称为二极管门坎电压,意谓着迈过0.6V这个坎,二极管才由断态进入到通态。常规整流电路中,因整流电压的幅值远远高于二极管的导通压降,几乎可以无视此门坎电压的存在。但在对小幅度交变信号的处理中,若信号幅度竟然小于0.6V,此时二极管纵然有一身整流的本事,也全然派不上用场了。

在二极管茫然四顾之际,它的帮手——有优良放大性能的运算放大器的适时出现,改变了这种结局,二者一拍即合,小信号精密半波整流电路即将高调登场。请看图1-15。

图1-15 半波精密整流电路及等效电路

上图电路,对输入信号的正半波不予理睬,仅对输入信号的负半波进行整流,并倒相后输出。

(1)在输入信号正半周(0~t1时刻),D1导通,D2关断,电路等效为电压跟随器(图中b电路):

在D1、D2导通之前,电路处于电压放大倍数极大的开环状态,此时(输入信号的正半波输入期间),微小的输入信号即使放大器输入端变负,二极管D1正偏导通(相当于短接),D2反偏截止(相当于断路),形成电压跟随器模式,因同相端接地,电路变身为跟随地电平的电压跟随器,输出端仍能保持零电位。

(2)在输入信号负半周(t1~t2时刻),D1关断,D2导通,电路等效反相器(图中c电路):

在输入信号的负半波期间,(D1、D2导通之前)微小的输入信号即使输出端变正,二极管D1反偏截止,D2正偏导通,形成反相(放大)器的电路模式,对负半波信号进行了倒相输出。

   在工作过程中,两只二极管默契配合,一开一关,将输入正半波信号关于门外,维持原输出状态不变;对输入负半波信号则放进门来,帮助其翻了一个跟头(反相)后再送出门去。两只二极管的精诚协作,再加上运算放大器的优良放大性能,配料充足,做工地道,从而做成了精密半波整流这道“大餐”。

   如果调整反馈电阻R2的阻值,使R2=2R1,再与输入信号相混合,则形成全波精密整流电路,如图1-16所示。

图1-16 精密全波整流电路及波形图

   将N1放大器的反馈电阻R2增大,使R2=2R1,使其将整流信号反相放大两倍后输出,再与输入信号相加,其整流的+10V与输入负半波的-5V相加,10+(-5)=5,恰好能将负半波“消灭”掉,得到全波整流电压。

   所谓魔电(模电),如果能够识破其变身术,只剩下一个个的电路模型,又何魔之有?

对精密整电路的故障检测,其前提是:所有运算放大器,均是直流放大器,甚至可以施加直流电压信号来确定电路好坏。

(1)输入信号电压为零时,输出端(D2的负端为输出端),输出电压也为0V;

(2)正的电压信号输入时,输出端保持0V;

(3)负的电压信号输入时,IN=-OUT

常见全波精密整流电路形式:

(1)精密全波整流电路之一

图1-17 精密全波整流电路之一

  如图1-7中的a电路所示,N1及外围电路构成正半波输入2倍压反相整流放大电路,N2为反相求和电路。若输入信号峰值为±2V的正弦波信号电压,则a点输出为-4V对应输入正半波的电压信号;此信号经在N1反相输入端与输入信号相加(-4V+2V=-2V),得到-2V的脉动直流(在后级电路需要正的采样电压时)输入信号,又经N2反相求和电路,得到2V脉动直流信号。电路起到全波或桥式整流电路同样的作用,但整流线性和精度得到保障。

该电路形式比之图1-16电路,采用一级反相加法器,为实用电路。另外,若令R1=R2=R4=R5,令R3=1/2R1,将偏置电路的参数改变后,电路全波整流性能仍然是相同的。同一功能电路,可以有多种设计模式,正所谓条条大道通罗马。

(2)精密全波整流电路之二

图1-18 精密全波整流电路之二

将图-18全波整流电路的工作原理简述如下:输入正半波期间(Vi>0),N1输入端电压<0,D1通,D2断;同时正向输入电压送入N2同相输入端,D3、D4通。此时等效为电压跟随器电路,将正半波信号输送到Vo端,即Vi=Vo。

在输入负半波期间(Vi<0),N1的输出端>0,D1断,D2通;N2因输入负半波导致D4断,D3通,输出信号回路被阻断。此时N1变身为反相器电路,将输入负半波倒相后送至Vo端。

   利用D1~D2的单向导电——通、断特性与放大器配合,巧妙地完成了全波整流任务。

(3)精密全波整流电路之三

图1-19精密全波整流电路之三

   将图1-19电路简述一下:此为高输入阻抗(输入信号进入N1、N2的同相输入端,输入信号电流近于零)全波整流电路,输入正半波期间,D1通,D2断,N2(此时为电压跟随器)将输入正半波送至Vo端;输入负半波期间,D1断,D2通,N1此时变身为2倍压同相放大器,其输出信号电压向Vi信号同时送入N2(此时变身为减法器),经相减后输出负向的全波整流电压。

分析该电路原理(如图1-19),除了采用电阻串联分压那把金钥匙之处,尚应注意以下两点:

1)确定电路的基本电路构成。如N1为2倍压反相放大器,N2为减法器电路;

2)动态中“变身倾向”的定性。如N2在输入正半波期间变身为电压跟随器。

掌握此两个要点,根据信号输入(动、静态或正、负半波状态)变化,把握放大器的“七十二变”,从而推导出输出端信号电压的变化规律。

对精密整电路的故障检测,前文已有述及,可更为简化为一个原则:输出为输入的绝对值。要么Vi=Vo,要么Vi=-Vo。此为检测其工作状态的依据。

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咸庆信

2016年11月15日


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