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再说运放电路之三——精密整流器电路的原理与检测

放大字体  缩小字体 发布日期:2012-06-07  来源:中华工控网  作者:旷野之雪  浏览次数:862
 
 
3、精密正、负半波整流器和全波整流器电路:
(1)精密整流电路的几种电路形式和特点:
精密正、负半波整流器和全波整流器电路,仍旧处于放大器的范畴以内,还是利用运算放大器的线性放大作用,来提高整流信号的精度(往往同时也具有信号放大作用)。
由电流互感器来的交流电压信号,要经后续半波或全波整流电路整流成直流电压后,再送入MCU,供电流显示和控制之用。精密半波或全波整流电路用于交流电压信号的处理和放大。由二极管组成的普通整流电路,存在整流输出非线性、有一定的“门坎电压”——整流死区电压等缺点,对小于0.6V的输入电压是无能为力的。而采用运算放大器组成的半波或全波的精密整流电路,则克服了以上缺点,构成了近于理想的整流电路,对于μV级输入交流信号,都能进行不失真的整流输出。利用运算放大器的放大作用和二极管的单向导电特性,将整流二极管置于负反馈环路中,实现对输入正、负半波信号引入不同深度的负反馈,可以对输入μV级信号进行整密整流。
下图1中精密半波、全波整流电路(电压增益为1),是电压增益为1的电路,将输入交流电压信号进行精密整流后输出。
a电路为负半波精密整流电路。
在输入信号Vin>0期间:Vin幅度很小时,二极管D1、D2尚未导通,放大器处于开环放大状态,经反相放大后为负值,二极管D2反偏截止,D1正偏导通;D1的导通为放大器引入了深度负反馈,由放大器的“虚地”特性可知,放大器反相输入端2脚电位为0V,放大器输出端1脚的电位约为-0.6V。换个角度看,D1的导通,将1脚电位钳位于-0.6V的D1正向导通压降上。二极管D1一直截止状态,输出电压Vout=0V;
在输入信号Vin<0期间:Vin幅度很小时,放大器也处于开环放大状态,且输出电压为正值,只要输出电压>0.6V,二极管D2就会正偏导通,而D1处于截止状态;D2导通后和反馈电阻R2串联,为放大器引入了适度的负反馈,放大器此时的工作状态同普通的反相放大器一样,起到对负半波输入信号的线性放大作用,其放大倍数取决于R2、R1的比值。
可见,a精密半波整流器电路,能将交流输入电压变为单向电压输出,实现了整流作用;使正半波信号无法通过,对负半波输入信号,其输入、输出信号呈线性比例和反相关系,起到反相放大的作用。因a电路中R1=R2,只起到整流和信号倒相作用
b电路结构与a电路一样,但两只二极管的方向与之相反,成为对输入正半波信号的精密整流和倒相电路,工作原理同上述。
图1 精密半波、全波整流器电路
图1中的c电路,为精密全波整流器电路。
将一个正半波整流器电路再加上一个反相求和(加法器)电路,即构成精密全波整流电路。
在输入信号Vin>0(正半波)期间:N1放大器的输出电压为负值,D1截止D2导通, N1的输出电压(D2正极)与输入电压的极性相反,电压值为2倍输入电压绝对值。N1输出信号与经R4引入的Vin信号相加(-2Vin+Vin=-Vin)后,从N2的输出端7脚得到倒相的Vin输出,与输入信号电压幅度和极性相同。电路的奥妙在于R3的取值是R2、R4、R5的两倍,N1、N2组合电路,在此时起到对输入电压信号进行了反相之反相——相当于放大倍数为1倍的同相放大器。
在输入信号Vin<0(负半波)期间:N1的1脚输出电压为正值,D1导通D2截止,D1的导通相当于“短接”了N1的输出端与输入端,由电路“虚短”特性和D1的电压钳位作用可知,N1的输出端电压端电压约为+的0.6V。N1的输出电压(D2正极)值约为0V。此时N2电路对与R4引入的负半波输入信号进行反相输出。
这样,由N1、N2组成的精密全波整流器电路,将输入的交流电压信号,整流为正向的脉动直流信号电压,送入后级电路。
(2)精密整流器电路的检测方法和故障判断:
a、和前述的放大器一样,两输入端之间的电位差接近为0,输入电压、输出电压成线性关系;
b、半波精密整流器电路,具有二极管的单向导电特性,如图1的a电路,对输入大于0V的正半波信号时,输出电压约为0;输入负半波信号时,输入、输出信号成线性关系。起到半波整流作用。
因而对负半波精密整流器电路,在输入电阻R1左端施加0V以上正电压时,测输出电压应该接近0V;施加0V以下(如-2V),则应在输出端(D2负极)测到+2V的电压输出。
对全波精密整流器电路,无论在输入端施加正向或负向电压值,在输出端均应能测到与输入电压值相等的输出电压值,即输出电压是输入电压的绝对值。
c、有输出电压值时,仍然可以采用暂时短接两个输入端,监测输出端电压有无变化的方法,判断电路是否能正常传输电压信号。
若测量结果与上述不符合,则可判断运放电路或外围元件有故障。
 
 
 
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