05-正弦波产生与精密全波整流
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精密半波、全波整流电路结构原理图解利用二极管(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。
图1 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”。
全波整流器原理
全波整流器是一种电子电路,主要用于将交流信号转换为直流信号。
它由两个二极管和一个负载电阻组成。
在正半周的时候,D1的正极连接到输入信号的正极,此时D1导通,而D2截止。
输入信号通过D1导通后,流向负载电阻,形成一个正向的电压输出。
同时,D2截止,阻止反向电流通过。
在负半周的时候,输入信号的正极连接到D2的正极,此时
D2导通,而D1截止。
输入信号通过D2导通后,同样流向负
载电阻,形成一个反向的电压输出。
同时,D1截止,阻止正
向电流通过。
通过这种方式,全波整流器能够将输入信号的正负半周都转换为正向的电压输出。
这样,我们就得到了一个整流后的直流信号。
需要注意的是,全波整流器的输出是一个脉动的直流信号,仍然存在交流成分。
为了进一步滤除交流成分,可以在负载电阻后接入一个滤波电容,以平滑输出信号。
总而言之,全波整流器通过两个二极管的开关作用,将交流信号转换为一个方向一致的脉动直流信号,常用于需要直流电源的电路中。
常见全波精密整流电路形式:(1)精密全波整流电路之一图3 精密全波整流电路之一如图3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3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4 精密全波整流电路之二将图4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5 精密全波整流电路之三将图5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。