使用运算放大器的半波和全波精密整流电路

整流器是将交流电(AC)转换成直流电(DC)的电路。交流电总是随时间改变其方向，而直流电却一直朝一个方向流动。在典型的整流电路中，我们使用二极管将交流电整流为直流电。但是这种整流方法只能在电路输入电压大于二极管正向电压(通常为0.7V)的情况下使用。我们之前解释了基于二极管的半波整流器和全波整流器电路。

为了克服这一问题，引入了精密整流电路。精密整流器是另一种将交流转换为直流的整流器，但在精密整流器中，我们使用运算放大器来补偿二极管的电压降，这就是为什么我们不会损失二极管的0.6V或0.7V电压降，电路也可以构造为在放大器的输出端有一些增益。

因此，在本教程中，我将向您展示如何使用运算放大器构建，测试，应用和调试精密整流电路。除此之外，我还将讨论这条赛道的一些优点和缺点。那么，废话少说，我们开始吧。

什么是精密整流电路?

在我们了解精密整流电路之前，让我们先澄清一下整流电路的基础知识。

上图显示了理想整流电路的特性及其传输特性。这意味着当输入信号为负时，输出将为零伏，当输入信号为正时，输出将跟随输入信号。

上图显示了一个实际的整流电路及其传输特性。在实际的整流电路中，输出波形将比施加的输入电压小0.7伏，其传输特性将如图所示。此时，只有当施加的输入信号略大于二极管的正向电压时，二极管才会导通。

现在基本知识已经讲完了，让我们把注意力转回到精密整流电路上。

精密整流器的工作

上面的电路显示了一个基本的半波精密整流电路，带有LM358运算放大器和1n4148二极管。要了解运算放大器的工作原理，您可以跟随这个运算放大器电路。

上面的电路还向大家展示了精密整流电路的输入输出波形，正好等于输入。这是因为我们从二极管的输出中获取反馈，运算放大器补偿二极管上的任何电压降。所以，二极管的行为就像一个理想的二极管。

现在，在上图中，您可以清楚地看到当输入信号的正半周期和负半周期应用于运算放大器的输入端时会发生什么。该电路还显示了该电路的传输特性。

但在实际电路中，你不会得到上图所示的输出，让我告诉你为什么?

在我的示波器中，黄色信号是输入信号，绿色信号是输出信号。我们得到的不是半波整流，而是一种全波整流。

上图显示了当二极管关闭时，负半周期是信号流过电阻到输出，这就是为什么我们得到像输出一样的全波整流，但这不是实际情况。

让我们看看连接1K负载时会发生什么。

电路看起来像上面的图像。

输出如图所示。

输出看起来像这样，因为我们实际上已经形成了一个分压电路，有两个9.1K和一个1K电阻，这就是为什么输入信号的正半部分刚刚衰减。

同样，上面的图像显示了当我将负载电阻值从1K更改为220R时会发生什么。

这不是这条赛道上最小的问题。

上图显示了一个欠冲状态，其中电路的输出低于零伏，并在某个尖峰后上升。

上图显示了上述两种电路的欠冲状态，有负载和无负载。这是因为，每当输入信号低于零时，运算放大器就会进入负饱和区域，结果就是所示图像。

另一个我们可以说的原因是，当输入电压从正变为负时，在运放反馈发挥作用并稳定输出之前需要一些时间，这就是为什么我们在输出上得到低于零电压的尖峰。

这是发生的，因为我使用的是一个糖豆LM358运算放大器与低转换率。你可以摆脱这个问题，只要把一个运算放大器与更高的转换率。但请记住，这也会发生在电路的高频范围内。

改进的精密整流电路

上图显示了一种改进的精密整流电路，通过它我们可以减少上述所有缺陷和缺点。让我们研究一下电路，弄清楚它是如何工作的。

现在在上面的电路中，您可以看到，如果正弦信号的正半部分作为输入，二极管D2将导通。现在上面显示的路径(黄线)已经完成，运算放大器作为反相放大器，如果我们看P1点，电压为0V，因为虚地在该点形成，所以电流不能流过电阻R19，在输出点P2，电压为负0.7V，因为运算放大器正在补偿二极管下降，所以没有办法电流可以去P3点。因此，每当将信号的正半周期应用于运算放大器的输入时，我们就实现了0V输出。

现在让我们假设我们已经将正弦交流信号的负一半应用于运算放大器的输入。这意味着施加的输入信号小于0V。

此时，D2二极管处于反向偏置状态，这意味着它是开路。上面的图片恰恰告诉了你这一点。

由于二极管D2处于反向偏置状态，电流将流过电阻R22，在点P1处形成虚拟地。现在，当输入信号的负一半被施加时，我们将在输出中得到一个正信号，因为它是一个反相放大器。二极管将导通，我们将在点P3处得到补偿输出。

现在输出电压是-Vin/R2 = Vout/ R1

所以输出电压变为Vout = -R2/R1* Vin

现在让我们在示波器中观察电路的输出。

在没有任何负载的情况下，电路的实际输出如图所示。

现在在分析电路时，半波整流电路已经足够好了，但是当涉及到实际电路时，半波整流电路就没有实际意义了。

由于这个原因，我们引入了全波整流电路，为了实现全波精确整流，我只需要做一个求和放大器，基本上就是这样了。

使用运算放大器的精密全波整流器

为了制造一个全波精密整流电路，我刚刚在前面提到的半波整流电路的输出端增加了一个求和放大器。从点P1到点P2是基本的精密整流电路，二极管的配置使我们在输出处得到负电压。

从P2点到P3点是求和放大器，精密整流器的输出通过电阻R3馈送到求和放大器。电阻R3的值是R5的一半，或者你可以说它是R5/2，这就是我们如何设置运放的2X增益。

在电阻R4的帮助下，P1点的输入也被馈送到求和放大器，电阻R4和R5负责将运算放大器的增益设置为1X。

由于P2点的输出直接馈送到增益为2X的求和放大器，这意味着输出电压将是输入电压的2倍。假设输入电压峰值为2V，那么我们将得到输出电压峰值为4V。同时，我们以1X的增益将输入直接馈送到求和放大器。

现在，当求和运算发生时，我们在输出处得到一个求和电压，它是(-4V) + (+2V) = -2V，作为输出端的运放。由于运算放大器配置为反相放大器，我们将在输出处获得+2V，即点P3。

当输入信号的负峰值被施加时，同样的事情也会发生。

上图为该电路的最终输出，蓝色波形为输入，黄色波形为半波整流电路的输出，绿色波形为全波整流电路的输出。

组件的要求

•LM358运算放大器IC - 2

•6.8K， 1%电阻- 8

•1K电阻- 2

•1N4148二极管- 4

•面包板- 1

•跳线- 10根

•电源(±10V) - 1

原理图

下面给出了使用运放的半波和全波精密整流器的电路图

对于这个演示，电路是在无焊面包板上构建的，在原理图的帮助下;为了减少寄生电感和电容，我已经尽可能地将元件连接在一起。

进一步增强

电路可以进一步修改，以提高其性能，就像我们可以添加一个额外的滤波器，以抑制高频噪声。

这个电路仅作演示之用。如果您正在考虑在实际应用中使用此电路，则必须使用斩波式运算放大器和高精度0.1欧姆电阻来实现绝对稳定性。

本文编译自circuitdigest