目錄：

一、全波整流的介紹

二、運(yùn)放全波整流電路仿真

三、運(yùn)放整流電路的優(yōu)劣

四、數(shù)字萬(wàn)用表應(yīng)用

一、全波整流的介紹

對(duì)于一個(gè)雙極性的交流信號(hào)，如果想要把負(fù)半軸的信號(hào)鏡像到正半軸，我們可以接一個(gè)整流橋，這種叫做全波整流。

如果雙極性的交流信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)二極管，則交流信號(hào)的負(fù)半軸不能通過(guò)二極管，輸出只有正半軸的信號(hào)，這種叫做半波整流。

運(yùn)算放大器應(yīng)用集粹。

當(dāng)輸入信號(hào)Vin為正時(shí)，D1截止，D2導(dǎo)通，電流方向從R1到R2再到D2，這時(shí)運(yùn)放A1和外圍電阻構(gòu)成了一個(gè)反相比例運(yùn)算放大電路，放大倍數(shù)是-1，所以Uo1 = -Vin+，+號(hào)標(biāo)示輸入信號(hào)極性為正。

然后Uo1通過(guò)R4接到運(yùn)放A2的反相端，輸入信號(hào)也通過(guò)R3接到運(yùn)放A2的反相端，對(duì)于運(yùn)放A2和外圍的電阻這時(shí)可以看成是一個(gè)反向求和電路，輸出電壓Vo = -Rf*(Uo1/R4+Vin/R3)，如果取R3 = 2R4，則Vo = Rf/R3*Vin，此時(shí)輸出電壓>0。

當(dāng)輸入信號(hào)Vin為負(fù)時(shí)，D1導(dǎo)通，D2截止，R4兩端都是“虛地”，沒(méi)有電流流過(guò)R4，所以這時(shí)運(yùn)放A2與外圍電阻就構(gòu)成一個(gè)反相比例運(yùn)算放大電路，輸入信號(hào)是Vin。

輸出電壓Vo = -Rf/R3*Vin，-號(hào)標(biāo)示輸入信號(hào)極性為負(fù)，這時(shí)輸出電壓>0。所以Vin無(wú)論是正還是負(fù)，輸出都是正，從而利用運(yùn)放實(shí)現(xiàn)了全波整流的功能。如果想要將整流后的信號(hào)放大，只需要增大Rf即可。

二、運(yùn)放全波整流電路仿真

對(duì)上電路的仿真如下所示，原文件下載請(qǐng)移步：運(yùn)算放大器線(xiàn)性全波整流電路。

U1A對(duì)輸入U(xiǎn)i正電壓進(jìn)行處理。

輸入U(xiǎn)i為正電壓時(shí)，D2導(dǎo)通，D1截至，運(yùn)放U1A輸出負(fù)電壓，故電壓從R1→R2→D2，構(gòu)成反相比例運(yùn)算放大電路，此時(shí)運(yùn)放U1A輸出Uo1 = -Ui*(R2/R1) = -Ui。

輸入U(xiǎn)i為負(fù)電壓時(shí)，D1導(dǎo)通，運(yùn)放U1A輸出為正電壓，故D2截至，又根據(jù)運(yùn)放輸入端近似短路，故運(yùn)放U1A電壓為0V，Uo1 = 0V。

由以上分析可得，當(dāng)輸入電壓為交流信號(hào)電壓時(shí)，此電路只對(duì)輸入電壓中正電壓有作用，負(fù)電壓被運(yùn)放鉗位到0V。

U1B對(duì)輸入U(xiǎn)i負(fù)電壓進(jìn)行處理。

計(jì)算過(guò)程分為兩部分，①部分Uo1作為U1B運(yùn)放輸入的一部分，②部分通過(guò)R4過(guò)來(lái)的Ui電壓，由此U1B組成了兩個(gè)不同信號(hào)的放大電路。

（1）當(dāng)Ui為正電壓u時(shí)，①部分放大，Uo1 = -u，此時(shí)Uo2 = -(-u*(R7/R3)) = 10u。

②部分放大，U1B的P6端Ui為u，那么Uo2 = -u*(R7/R4) = -10u。

綜合①與②放大疊加，可得當(dāng)Ui為正電壓時(shí)，Uo2輸出為0V。

（2）當(dāng)Ui為負(fù)電壓時(shí)，①放大，Uo1為0V，此時(shí)Uo2 = 0V。②放大，U1B的6端Ui為-u，那么Uo2 = -u(R6/R4) = -10u。

綜合①與②放大疊加，可得當(dāng)Ui為負(fù)向電壓時(shí)，Uo2輸出為-10u。

如下圖所示，通過(guò)仿真波形可以看出理論分析符合實(shí)際情況。

可以看出，只要①中的Uo2大于②中的Uo2，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)Ui的正電壓進(jìn)行放大。將R3更換為800Ω的仿真波形：

①放大倍數(shù)是②放大倍數(shù)的2倍可以完全還原波形。將R3更換為1k，則①的放大倍數(shù) = R7/R5 = 20，仿真波形：

三、運(yùn)放整流電路的優(yōu)劣

相較普通二極管整流電路，運(yùn)放整流電路具有更高的精度和穩(wěn)定性。由于運(yùn)算放大器具有負(fù)反饋控制的特性，因此可有效減小電路的非線(xiàn)性誤差和漂移，提高整流電路的精度和穩(wěn)定性。此外，運(yùn)算放大器整流電路也能夠通過(guò)調(diào)整放大倍數(shù)和增益控制來(lái)解決低電壓和高電阻的問(wèn)題，提高整流效率和范圍。

由于運(yùn)算放大器整流電路是基于運(yùn)算放大器的比例性和反相性等特性來(lái)設(shè)計(jì)的，因此其輸入的電壓幅值不能太大，否則可能會(huì)出現(xiàn)電路飽和等問(wèn)題。此外，運(yùn)算放大器整流電路也在處理高頻信號(hào)時(shí)存在較大的噪音和失真現(xiàn)象。

四、數(shù)字萬(wàn)用表應(yīng)用

本電路來(lái)源于“便攜式數(shù)字萬(wàn)用表原理與維修”，僅適用于測(cè)量不失真的正弦波電壓。

原理定性分析與定量計(jì)算：

利用單運(yùn)放TL061(IC1規(guī)格書(shū))與二極管VD1、VD2組成平均值響應(yīng)的線(xiàn)性整流電路，能消除二極管在小信號(hào)整流時(shí)所引起的非線(xiàn)性電壓，使輸出的平均值電壓Uo與輸入電壓Uin(有效值)呈線(xiàn)性關(guān)系，適合測(cè)量10～400Hz正弦波。為提高轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗，將IC1接成同相放大器，C1、C2為隔直電容。

該電路屬于輸出不對(duì)稱(chēng)全波整流電路，在正、負(fù)半周時(shí)的等效電路及輸出波形見(jiàn)下圖所示。

（1）正半周時(shí)，VD1導(dǎo)通，VD2截至，IC1輸出電流的途徑：C1→VD1→R4→R6→RP→GND，并經(jīng)R5對(duì)C5充電。

將R4、R6、RP的電阻值代入①式得Kv = 2.45～ 2.60 > 2.22(半波整流時(shí)正弦波的有效值與平均值的關(guān)系為Urms = 2.22Uo)。

（2）負(fù)半周時(shí)VD2導(dǎo)通，VD1截止，電流途徑：GND→RP→R6→VD2→C1→IC2，Kv = 1，相當(dāng)于電壓跟隨器。

由R5與C5組成的平滑濾波器可濾掉交流紋波，高頻干擾信號(hào)則被R7、C6構(gòu)成的高頻濾波器所濾除，從而獲得穩(wěn)定的平均值電壓，再通過(guò)IC2完成AD轉(zhuǎn)換。

RP校準(zhǔn)交流電壓的電位器，調(diào)整RP可使儀表直接顯示出被測(cè)電壓的有效值。C3是運(yùn)放IC1的頻率補(bǔ)償電容。R2與C4還向VD3提供偏壓，以減小TL061對(duì)小信號(hào)放大時(shí)的波形失真。

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審核編輯 黃宇