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精密全波整流电路（一）

news 2025/7/23 7:45:18

精密全波整流电路（一）

背景说明

[[精密半波整流电路|半波整流]]虽然能实现交直流信号的转换，但是半波整流只能保留信号半个周期的能量，导致信号能量的利用率不高。
因此，在一些场合需要使用到全波整流电路。
同样的，普通的桥式全波整流电路由于二极管压降的存在，导致整流后信号的幅值不准确。
因此，同样需要引入运放。
相比半波整流，全波整流的方案就比较多了，就收集和仿真分析了几种常见的。

以下是目录：

精密全波整流电路（一）经典电路
精密全波整流电路（二）四二极管电路

经典电路

在这里插入图片描述

原理说明

该电路设计思路非常简单，即利用半波整流电路和反相加法电路的特性，将其巧妙地组合在一起之后，就完成了全波整流的功能。

原理图中红框中的部分是半波整流电路，但是与《精密半波整流电路》中记录的不同之处在于两个肖特基二极管朝向。
由于两个二极管朝向的变化，导致红框部分输出 $V_{o1}$ 和输入 $V_{i}$ 之间的关系发生了变化，可以表示为如下表达式（具体的推导方法参考《精密半波整流电路》）：
$Vo1={−R2R1Vin,Vin≥00,Vin<0V_{o1}= \left \{ \begin{array}{c} &-\frac{R_{2}}{R_{1}}V_{in} &\text{,}V_{in}\geq0\\ &0&\text{,}V_{in}<0 \end{array} \right.$

而绿色框中的部分则是反相加法电路，不难发现，其有两个信号输入端口 $V_{i}$ 和 $V_{o1}$ 和一个信号输出端口 $V_{o2}$ ，该电路的传递函数可以表示为：（具体的推导方法参考《[[反相求和放大器]]》）
$Vo2=−R5R4Vi−R5R3Vo1V_{o2}=-\frac{R_{5}}{R_{4}}V_{i}-\frac{R_{5}}{R_{3}}V_{o1}$

将上述两个函数相结合，即可得到整个电路的传递函数：
$Vo2={(R5R3⋅R2R1−R5R4)Vi,Vin≥0−R5R4Vi,Vin<0V_{o2}= \left \{ \begin{array}{c} &\left(\frac{R_{5}}{R_{3}}\cdot\frac{R_{2}}{R_{1}}-\frac{R_{5}}{R_{4}}\right)V_{i} &\text{,}V_{in}\geq0\\ &-\frac{R_{5}}{R_{4}}V_{i}&\text{,}V_{in}<0 \end{array} \right.$
只要保证有 $R_{2}=R_{1}$ ， $2R_{3}=R_{4}$ ，即可实现全波整流，此时，电路的传递函数为：
$Vo2={R5R4Vi,Vin≥0−R5R4Vi,Vin<0V_{o2}= \left \{ \begin{array}{c} &\frac{R_{5}}{R_{4}}V_{i} &\text{,}V_{in}\geq0\\ &-\frac{R_{5}}{R_{4}}V_{i}&\text{,}V_{in}<0 \end{array} \right.$

设计说明

原理说明部分只是给出了电路功能方面的证明，但是在实际设计时不仅仅只是考虑 $R_{2}=R_{1}$ ， $2R_{3}=R_{4}$ 这两对电阻之间的关系。
同时还需要保证 $R_{2}$ 、 $R_{1}$ 的阻值需要远小于 $R_{3}$ 、 $R_{4}$ 和 $R_{5}$ ，否则会出现阻抗不匹配导致信号失真，如下图蓝色框中表现出的现象