整流器是將交流電(AC)轉(zhuǎn)換成直流電(DC)的電路。交流電總是隨時間改變其方向，而直流電卻一直朝一個方向流動。在典型的整流電路中，我們使用二極管將交流電整流為直流電。但是這種整流方法只能在電路輸入電壓大于二極管正向電壓(通常為0.7V)的情況下使用。我們之前解釋了基于二極管的半波整流器和全波整流器電路。
為了克服這一問題，引入了精密整流電路。精密整流器是另一種將交流轉(zhuǎn)換為直流的整流器，但在精密整流器中，我們使用運算放大器來補償二極管的電壓降，這就是為什么我們不會損失二極管的0.6V或0.7V電壓降，電路也可以構(gòu)造為在放大器的輸出端有一些增益。
因此，在本教程中，我將向您展示如何使用運算放大器構(gòu)建，測試，應(yīng)用和調(diào)試精密整流電路。除此之外，我還將討論這條賽道的一些優(yōu)點和缺點。那么，廢話少說，我們開始吧。
什么是精密整流電路?
在我們了解精密整流電路之前，讓我們先澄清一下整流電路的基礎(chǔ)知識。
上圖顯示了理想整流電路的特性及其傳輸特性。這意味著當(dāng)輸入信號為負(fù)時，輸出將為零伏，當(dāng)輸入信號為正時，輸出將跟隨輸入信號。
上圖顯示了一個實際的整流電路及其傳輸特性。在實際的整流電路中，輸出波形將比施加的輸入電壓小0.7伏，其傳輸特性將如圖所示。此時，只有當(dāng)施加的輸入信號略大于二極管的正向電壓時，二極管才會導(dǎo)通。
現(xiàn)在基本知識已經(jīng)講完了，讓我們把注意力轉(zhuǎn)回到精密整流電路上。
精密整流器的工作
上面的電路顯示了一個基本的半波精密整流電路，帶有LM358運算放大器和1n4148二極管。要了解運算放大器的工作原理，您可以跟隨這個運算放大器電路。
上面的電路還向大家展示了精密整流電路的輸入輸出波形，正好等于輸入。這是因為我們從二極管的輸出中獲取反饋，運算放大器補償二極管上的任何電壓降。所以，二極管的行為就像一個理想的二極管。
現(xiàn)在，在上圖中，您可以清楚地看到當(dāng)輸入信號的正半周期和負(fù)半周期應(yīng)用于運算放大器的輸入端時會發(fā)生什么。該電路還顯示了該電路的傳輸特性。
但在實際電路中，你不會得到上圖所示的輸出，讓我告訴你為什么?
在我的示波器中，黃色信號是輸入信號，綠色信號是輸出信號。我們得到的不是半波整流，而是一種全波整流。
上圖顯示了當(dāng)二極管關(guān)閉時，負(fù)半周期是信號流過電阻到輸出，這就是為什么我們得到像輸出一樣的全波整流，但這不是實際情況。
讓我們看看連接1K負(fù)載時會發(fā)生什么。
電路看起來像上面的圖像。
輸出如圖所示。
輸出看起來像這樣，因為我們實際上已經(jīng)形成了一個分壓電路，有兩個9.1K和一個1K電阻，這就是為什么輸入信號的正半部分剛剛衰減。
同樣，上面的圖像顯示了當(dāng)我將負(fù)載電阻值從1K更改為220R時會發(fā)生什么。
這不是這條賽道上最小的問題。
上圖顯示了一個欠沖狀態(tài)，其中電路的輸出低于零伏，并在某個尖峰后上升。
上圖顯示了上述兩種電路的欠沖狀態(tài)，有負(fù)載和無負(fù)載。這是因為，每當(dāng)輸入信號低于零時，運算放大器就會進(jìn)入負(fù)飽和區(qū)域，結(jié)果就是所示圖像。
另一個我們可以說的原因是，當(dāng)輸入電壓從正變?yōu)樨?fù)時，在運放反饋發(fā)揮作用并穩(wěn)定輸出之前需要一些時間，這就是為什么我們在輸出上得到低于零電壓的尖峰。
這是發(fā)生的，因為我使用的是一個糖豆LM358運算放大器與低轉(zhuǎn)換率。你可以擺脫這個問題，只要把一個運算放大器與更高的轉(zhuǎn)換率。但請記住，這也會發(fā)生在電路的高頻范圍內(nèi)。
改進(jìn)的精密整流電路
上圖顯示了一種改進(jìn)的精密整流電路，通過它我們可以減少上述所有缺陷和缺點。讓我們研究一下電路，弄清楚它是如何工作的。
現(xiàn)在在上面的電路中，您可以看到，如果正弦信號的正半部分作為輸入，二極管D2將導(dǎo)通?，F(xiàn)在上面顯示的路徑(黃線)已經(jīng)完成，運算放大器作為反相放大器，如果我們看P1點，電壓為0V，因為虛地在該點形成，所以電流不能流過電阻R19，在輸出點P2，電壓為負(fù)0.7V，因為運算放大器正在補償二極管下降，所以沒有辦法電流可以去P3點。因此，每當(dāng)將信號的正半周期應(yīng)用于運算放大器的輸入時，我們就實現(xiàn)了0V輸出。
現(xiàn)在讓我們假設(shè)我們已經(jīng)將正弦交流信號的負(fù)一半應(yīng)用于運算放大器的輸入。這意味著施加的輸入信號小于0V。
此時，D2二極管處于反向偏置狀態(tài)，這意味著它是開路。上面的圖片恰恰告訴了你這一點。
由于二極管D2處于反向偏置狀態(tài)，電流將流過電阻R22，在點P1處形成虛擬地?，F(xiàn)在，當(dāng)輸入信號的負(fù)一半被施加時，我們將在輸出中得到一個正信號，因為它是一個反相放大器。二極管將導(dǎo)通，我們將在點P3處得到補償輸出。
現(xiàn)在輸出電壓是-Vin/R2 = Vout/ R1
所以輸出電壓變?yōu)閂out = -R2/R1* Vin
現(xiàn)在讓我們在示波器中觀察電路的輸出。
在沒有任何負(fù)載的情況下，電路的實際輸出如圖所示。
現(xiàn)在在分析電路時，半波整流電路已經(jīng)足夠好了，但是當(dāng)涉及到實際電路時，半波整流電路就沒有實際意義了。
由于這個原因，我們引入了全波整流電路，為了實現(xiàn)全波精確整流，我只需要做一個求和放大器，基本上就是這樣了。
使用運算放大器的精密全波整流器
為了制造一個全波精密整流電路，我剛剛在前面提到的半波整流電路的輸出端增加了一個求和放大器。從點P1到點P2是基本的精密整流電路，二極管的配置使我們在輸出處得到負(fù)電壓。
從P2點到P3點是求和放大器，精密整流器的輸出通過電阻R3饋送到求和放大器。電阻R3的值是R5的一半，或者你可以說它是R5/2，這就是我們?nèi)绾卧O(shè)置運放的2X增益。
在電阻R4的幫助下，P1點的輸入也被饋送到求和放大器，電阻R4和R5負(fù)責(zé)將運算放大器的增益設(shè)置為1X。
由于P2點的輸出直接饋送到增益為2X的求和放大器，這意味著輸出電壓將是輸入電壓的2倍。假設(shè)輸入電壓峰值為2V，那么我們將得到輸出電壓峰值為4V。同時，我們以1X的增益將輸入直接饋送到求和放大器。
現(xiàn)在，當(dāng)求和運算發(fā)生時，我們在輸出處得到一個求和電壓，它是(-4V) + (+2V) = -2V，作為輸出端的運放。由于運算放大器配置為反相放大器，我們將在輸出處獲得+2V，即點P3。
當(dāng)輸入信號的負(fù)峰值被施加時，同樣的事情也會發(fā)生。
上圖為該電路的最終輸出，藍(lán)色波形為輸入，黃色波形為半波整流電路的輸出，綠色波形為全波整流電路的輸出。
組件的要求
?LM358運算放大器IC - 2
?6.8K， 1%電阻- 8
?1K電阻- 2
?1N4148二極管- 4
?面包板- 1
?跳線- 10根
?電源(±10V) - 1
原理圖
下面給出了使用運放的半波和全波精密整流器的電路圖
對于這個演示，電路是在無焊面包板上構(gòu)建的，在原理圖的幫助下;為了減少寄生電感和電容，我已經(jīng)盡可能地將元件連接在一起。
進(jìn)一步增強
電路可以進(jìn)一步修改，以提高其性能，就像我們可以添加一個額外的濾波器，以抑制高頻噪聲。
這個電路僅作演示之用。如果您正在考慮在實際應(yīng)用中使用此電路，則必須使用斬波式運算放大器和高精度0.1歐姆電阻來實現(xiàn)絕對穩(wěn)定性。
本文編譯自circuitdigest
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