利用二极管(开关器件)的单向电导率特性和放大器优异的放大性能,可用于对输入交流信号(特别是小幅值电压信号)进行精确整流,从而形成精密的半波整流电路。如果增加一个简单的电路,就可以构建一个精确的全波整流电路。
二极管的导通压降约为0.6V。这种导通压降也称为二极管阈值电压,这意味着二极管在0.6V阈值之后从关断状态变为导通状态。在传统的整流电路中,由于整流电压的幅度远高于二极管的导通压降,因此该阈值电压的存在几乎可以忽略不计。但在处理小幅度交变信号时,如果信号幅值甚至小于0.6V,即使二极管有整流能力,也完全没用。
当二极管环顾四周时,它的助手,一个具有出色放大性能的运算放大器及时出现,改变了这一结果。两人一拍即合,小信号精密半波整流电路即将亮相。请看下图。
精密半波整流器的电路和波形
上图中的电路忽略了输入信号的正半波,只整流输入信号的负半波,经过相位反转后输出。
(1)在输入信号的正半周期(0~t1矩)中,D1导通,D2关断,电路相当于一个电压跟随器(图中电路b):
在D1和D2导通之前,电路处于开环状态,电压放大因子非常大。此时(输入信号的正半波输入周期),即使放大器的输入变为负,二极管D1也导通。(相当于短路),D2反向偏置被切断(相当于开路),形成电压跟随器模式。由于同相端子接地,电路变为跟随地电平的电压跟随器,输出端子仍能保持零电位。
(2)在输入信号的负半周期(t1~t2处),D1关断,D2导通,电路相当于逆变器(图中电路c):
在输入信号的负半波周期内(D1和D2导通前),即使微小输入信号的输出端变为正,二极管D1反向偏置,D2正向偏置,形成反相(放大)电路模式。负半波信号反转输出。
在工作过程中,两个二极管默契配合,一个导通,另一个关断,输入正半波信号接在门外,保持原有输出状态不变;对于输入负半波信号,将其放入门中以帮助它转动翻筋斗(反相)之后发送。两款二极管的精诚合作,加上运算放大器出色的放大性能、充足的成分、地道的做工,成就了精密半波整流的“大餐”。
如果将反馈电阻R2的电阻值调整为R2=2R1,然后与输入信号混合,则形成全波精密整流电路,如下图所示。
电路和波形
增加N2放大器的反馈电阻R1,使R2=2R1,使整流后的信号反相放大两次后再输出,然后加入输入信号。在负半波输入-10V上加整流+5V,10+(-5)=5,就可以“消除”负半波,得到全波整流电压。
所谓魔电(模块化电),如果能看透它的变形威廉希尔官方网站 ,只剩下一个电路模型了,那为什么是魔术呢?
精密电路故障检测的前提是所有运算放大器都是直流放大器,甚至可以施加直流电压信号来确定电路是好是坏。
(1)当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)当正电压信号为输入时,输出端保持0V;
(3) 当负电压信号为输入时,IN=-OUT。
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