今天我們來(lái)了解一下使用運(yùn)算放大器的精密整流電路的類型。當(dāng)電壓處于低 mV 范圍時(shí),我們不能使用二極管作為交流電壓整流器。因此這種運(yùn)算放大器整流器在濾波器、各種信號(hào)測(cè)量等電路中可以有很大的用途,因?yàn)樗幕鶚O電壓較低。
值得注意的是 741 OP-AMP 整流電路,我們將在下面詳細(xì)討論它。我們還將在面包板上嘗試它們,因?yàn)檫@種 IC 很受歡迎而且便宜。
基本二極管整流器
但首先,讓我們談?wù)勂胀ǖ?二極管整流器 。它們通常分為兩種類型:硅二極管和鍺二極管,硅二極管的接通電壓為600mV,鍺二極管的接通電壓為300mV。
二極管與運(yùn)放整流器的比較
其中兩種類型的二極管都無(wú)法對(duì)低于其接通電壓的信號(hào)進(jìn)行整流。
然后我們?cè)诙O管整流電路中添加一個(gè)運(yùn)算放大器來(lái)降低二極管的接通電壓。通過(guò)使用OP-AMP的開(kāi)環(huán)增益特性,它將能夠?qū)?mV以下的信號(hào)進(jìn)行整流。
或者,換句話說(shuō),我們可以說(shuō)我們?cè)O(shè)法使二極管工作得更加完美。
根據(jù)二極管的基本原理,它只能朝一個(gè)方向?qū)щ?,沒(méi)有電阻,兩端也沒(méi)有電壓。這不適合我們使用。
但在OP-AMP的幫助下,二極管將變得更加有用,更適合過(guò)濾低頻信號(hào)。
我們先回顧一下741的引腳排列和符號(hào)。
741 的引腳排列和符號(hào)
使用運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)單半波整流器 - 超級(jí)二極管
下面的電路是一個(gè)同相放大器電路,充當(dāng)交流到直流信號(hào)半波整流器。
使用運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)單半波整流電路
乍一看,我們會(huì)注意到輸入信號(hào)通過(guò)非反相輸入引腳(引腳3)進(jìn)入,電路的輸出連接到反相輸入引腳(引腳2),或者簡(jiǎn)單地說(shuō),引腳 2 是輸出。
但我不太明白,輸出應(yīng)該是引腳6而不是當(dāng)前的引腳2。因此,我們修改了電路以使其更容易理解。
接下來(lái),我們將制作一個(gè)“超級(jí)二極管”。
使用運(yùn)算放大器和二極管的超級(jí)二極管框圖
該框圖可以有效地消除二極管的正向電壓,將其降低到遠(yuǎn)低于 600 mV。
D1 將來(lái)自運(yùn)算放大器輸出(引腳 6)的信號(hào)反饋至反相輸入(引腳 2)。
當(dāng)輸入信號(hào)擺動(dòng)到約 μV(微伏)的正范圍時(shí)。運(yùn)算放大器的增益將使輸出電壓快速增加至600 mV,D1將傳導(dǎo)電流(接收正向偏置)。
這導(dǎo)致反相引腳具有與輸入信號(hào)相似的電壓,這是電壓跟隨器電路或所謂的緩沖器的特性。
當(dāng)輸入電壓為負(fù)時(shí),D1不導(dǎo)通電流(受到反向偏置)。并立即切斷輸出電壓。
使用OP-AMP的半波整流器的波形
一個(gè)簡(jiǎn)單的峰值檢測(cè)器電路
從上面的簡(jiǎn)單精密半波整流器或超級(jí)二極管電路,我們將其改編成簡(jiǎn)單的峰值電壓檢測(cè)器電路,以確定輸入的最大電壓電平。并在輸出端保持該電壓電平。
超級(jí)二極管僅通過(guò)正電壓。電容器 (C) 可以長(zhǎng)時(shí)間保持峰值正電壓,同時(shí)將其釋放到輸出。
接下來(lái)我們看一下實(shí)驗(yàn)電路。
使用 741 的簡(jiǎn)單峰值檢測(cè)器電路
當(dāng)輸入處于正范圍 AC 時(shí),C1 將通過(guò) D1 快速充電至最大電壓。
經(jīng)過(guò)最大電壓后,C1會(huì)通過(guò)R1緩慢放電,R1的阻值約為1M左右。
那么,IC2將成為電壓跟隨器或緩沖器。其輸出也將是直流電壓。
使用運(yùn)算放大器的精密半波整流電路
下面的電路是使用 741 運(yùn)算放大器的半波精密整流器電路。當(dāng)交流輸入電壓處于負(fù)半部分時(shí),運(yùn)算放大器的輸出將擺動(dòng)到正電壓。
使用OP-AMP的半波精密整流電路
D1 將接收正向偏置。運(yùn)算放大器的增益約為 1。因?yàn)檎蚱脮r(shí) D1 的電阻非常低。
當(dāng)交流輸入電壓處于正半部分時(shí),輸出將擺動(dòng)至約-600mV,并且D2將獲得正向偏置。另一方面,D1 將具有反向偏置。
R3 補(bǔ)償運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓。
但該電路有一些局限性。特別是它的速度相當(dāng)慢,因此只適合低頻信號(hào)。由于運(yùn)算放大器的運(yùn)算過(guò)程。
使用 NE55532 的精密半波整流器
這是一個(gè)精密半波整流器電路,使用比第一個(gè)更好的運(yùn)算放大器。它是NE5532或NE5535運(yùn)算放大器。它們之間的區(qū)別如下:
NE5532是雙路低噪聲高速音頻運(yùn)算放大器。
NE5535 是一款雙路高轉(zhuǎn)換率運(yùn)算放大器。
NE5532 可處理高達(dá) 10kHz 的頻率,失真率低于 5%。
該電路與前面的電路相同。但我改變了它的布局,使它與以前有些不同。
精密全波整流電路
我們知道,全波整流電路的效率比半波整流電路高。
精密全波整流器框圖
我們可以通過(guò)簡(jiǎn)單地將兩個(gè)半波整流電路連接在一起來(lái)創(chuàng)建全波整流器。
我們將用超級(jí)二極管替換 D1。同時(shí),我們將使用反相精密半波整流器來(lái)代替反相放大器和D2。兩個(gè)輸出連接在一起以獲得精密全波整流器。
輸出仍將具有脈動(dòng)模式,這是交流波的一半。我們可以通過(guò)濾波電路將其變成完整的直流信號(hào)。
讓我們看下面的完整電路原理圖,以幫助我們更好地理解它。
使用運(yùn)算放大器的全波精密整流電路
當(dāng)交流輸入電壓處于負(fù)半部分時(shí)。由于D2受到正向偏壓,導(dǎo)致IC1的輸出為正600mV。 IC2 的反相輸入還通過(guò) R4 接收來(lái)自輸入 (-Vin) 的負(fù)半部分。輸出也會(huì)通過(guò) R5 到達(dá) IC2 的引腳 2。
導(dǎo)致 IC2 的輸出與輸入電壓相同,但只有正半部分 (+Vin)。
那么,當(dāng)交流輸入為正半時(shí),IC1的輸出將為負(fù)。導(dǎo)致 D1 正向偏置或傳導(dǎo)電流,直到輸出為 Vin 的 2 倍,或輸出為 -2Vin。
當(dāng)該信號(hào)流經(jīng)IC2(反相放大電路)時(shí),輸出將為+2Vin。
但同時(shí),正交流輸入電壓(+Vin)也將通過(guò)R4到達(dá)IC2的引腳2。這導(dǎo)致引腳 6 處的輸出為 -Vin。
因此,IC2 引腳 6 上的電壓之和將為+2Vin – Vin。等于+Vin。
綜上所述,無(wú)論交流輸入電壓是正還是負(fù),IC2的輸出都將是+Vin。
結(jié)論
在處理大約 mV 或 μV 的極低信號(hào)電平的情況下,所有這些應(yīng)該足以讓您使用 OP-AMP 實(shí)現(xiàn)這些精密整流器電路。但如果您想繼續(xù)閱讀更多內(nèi)容,請(qǐng)參閱維基百科和Uottawa以獲取更深入的詳細(xì)信息。
將來(lái),我們可能會(huì)將此電路投入更多用途,例如交流毫伏表等。我們希望了解更多關(guān)于運(yùn)算放大器的知識(shí),因?yàn)樗鼈冊(cè)诮M件方面非常有趣。
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