精密整流电路图讲解 使用运算放大器的精密整流电路设计

今天我们来了解一下使用运算放大器的精密整流电路的类型。当电压处于低 mV 范围时，我们不能使用二极管作为交流电压整流器。因此这种运算放大器整流器在滤波器、各种信号测量等电路中可以有很大的用途，因为它的基极电压较低。

值得注意的是 741 OP-AMP 整流电路，我们将在下面详细讨论它。我们还将在面包板上尝试它们，因为这种 IC 很受欢迎而且便宜。

基本二极管整流器

但首先，让我们谈谈普通的 二极管整流器 。它们通常分为两种类型：硅二极管和锗二极管，硅二极管的接通电压为600mV，锗二极管的接通电压为300mV。

二极管与运放整流器的比较

其中两种类型的二极管都无法对低于其接通电压的信号进行整流。

然后我们在二极管整流电路中添加一个运算放大器来降低二极管的接通电压。通过使用OP-AMP的开环增益特性，它将能够对1mV以下的信号进行整流。

或者，换句话说，我们可以说我们设法使二极管工作得更加完美。

根据二极管的基本原理，它只能朝一个方向导电，没有电阻，两端也没有电压。这不适合我们使用。

但在OP-AMP的帮助下，二极管将变得更加有用，更适合过滤低频信号。

我们先回顾一下741的引脚排列和符号。

741 的引脚排列和符号

使用运算放大器的简单半波整流器 - 超级二极管

下面的电路是一个同相放大器电路，充当交流到直流信号半波整流器。

使用运算放大器的简单半波整流电路

乍一看，我们会注意到输入信号通过非反相输入引脚（引脚3）进入，电路的输出连接到反相输入引脚（引脚2），或者简单地说，引脚 2 是输出。

但我不太明白，输出应该是引脚6而不是当前的引脚2。因此，我们修改了电路以使其更容易理解。

接下来，我们将制作一个“超级二极管”。

使用运算放大器和二极管的超级二极管框图

该框图可以有效地消除二极管的正向电压，将其降低到远低于 600 mV。

D1 将来自运算放大器输出（引脚 6）的信号反馈至反相输入（引脚 2）。

当输入信号摆动到约 µV（微伏）的正范围时。运算放大器的增益将使输出电压快速增加至600 mV，D1将传导电流（接收正向偏置）。

这导致反相引脚具有与输入信号相似的电压，这是电压跟随器电路或所谓的缓冲器的特性。

当输入电压为负时，D1不导通电流（受到反向偏置）。并立即切断输出电压。

使用OP-AMP的半波整流器的波形

一个简单的峰值检测器电路

从上面的简单精密半波整流器或超级二极管电路，我们将其改编成简单的峰值电压检测器电路，以确定输入的最大电压电平。并在输出端保持该电压电平。

超级二极管仅通过正电压。电容器 (C) 可以长时间保持峰值正电压，同时将其释放到输出。

接下来我们看一下实验电路。

使用 741 的简单峰值检测器电路

当输入处于正范围 AC 时，C1 将通过 D1 快速充电至最大电压。

经过最大电压后，C1会通过R1缓慢放电，R1的阻值约为1M左右。

那么，IC2将成为电压跟随器或缓冲器。其输出也将是直流电压。

使用运算放大器的精密半波整流电路

下面的电路是使用 741 运算放大器的半波精密整流器电路。当交流输入电压处于负半部分时，运算放大器的输出将摆动到正电压。

使用OP-AMP的半波精密整流电路

D1 将接收正向偏置。运算放大器的增益约为 1。因为正向偏置时 D1 的电阻非常低。

当交流输入电压处于正半部分时，输出将摆动至约-600mV，并且D2将获得正向偏置。另一方面，D1 将具有反向偏置。

R3 补偿运算放大器的失调电压。

但该电路有一些局限性。特别是它的速度相当慢，因此只适合低频信号。由于运算放大器的运算过程。

使用 NE55532 的精密半波整流器

这是一个精密半波整流器电路，使用比第一个更好的运算放大器。它是NE5532或NE5535运算放大器。它们之间的区别如下：

NE5532是双路低噪声高速音频运算放大器。

NE5535 是一款双路高转换率运算放大器。

NE5532 可处理高达 10kHz 的频率，失真率低于 5%。

该电路与前面的电路相同。但我改变了它的布局，使它与以前有些不同。

精密全波整流电路

我们知道，全波整流电路的效率比半波整流电路高。

精密全波整流器框图

我们可以通过简单地将两个半波整流电路连接在一起来创建全波整流器。

我们将用超级二极管替换 D1。同时，我们将使用反相精密半波整流器来代替反相放大器和D2。两个输出连接在一起以获得精密全波整流器。

输出仍将具有脉动模式，这是交流波的一半。我们可以通过滤波电路将其变成完整的直流信号。

让我们看下面的完整电路原理图，以帮助我们更好地理解它。

使用运算放大器的全波精密整流电路

当交流输入电压处于负半部分时。由于D2受到正向偏压，导致IC1的输出为正600mV。 IC2 的反相输入还通过 R4 接收来自输入 (-Vin) 的负半部分。输出也会通过 R5 到达 IC2 的引脚 2。

导致 IC2 的输出与输入电压相同，但只有正半部分 ( Vin)。

那么，当交流输入为正半时，IC1的输出将为负。导致 D1 正向偏置或传导电流，直到输出为 Vin 的 2 倍，或输出为 -2Vin。

当该信号流经IC2（反相放大电路）时，输出将为 2Vin。

但同时，正交流输入电压( Vin)也将通过R4到达IC2的引脚2。这导致引脚 6 处的输出为 -Vin。

因此，IC2 引脚 6 上的电压之和将为 2Vin – Vin。等于 Vin。

综上所述，无论交流输入电压是正还是负，IC2的输出都将是 Vin。

结论

在处理大约 mV 或 µV 的极低信号电平的情况下，所有这些应该足以让您使用 OP-AMP 实现这些精密整流器电路。但如果您想继续阅读更多内容，请参阅维基百科和Uottawa以获取更深入的详细信息。

将来，我们可能会将此电路投入更多用途，例如交流毫伏表等。我们希望了解更多关于运算放大器的知识，因为它们在组件方面非常有趣。