精密检波与整流威廉希尔官方网站

在利用直流输入型ADC对来自传感器的毫伏级交流信号（＜700mV）进行采样前，常需要对微弱信号进行整流、放大；在对来自精密电压互感器、电阻分压器及变送器的较小信号（4V～10V)进行采样处理前，也要进行整流、滤波，以合乎后续测量威廉希尔官方网站 对信号的要求。

对于毫伏级信号，由于二极管存在死区电压，二极管根本打不开，谈不上整流；对于较小信号，由于二极管正向伏安特性是非线性的，且正向压降随温度而变化，将使整流波形失真，并导致不能忽略的误差。这时就必须采用由运放和二极管构成的有源整流威廉希尔官方网站 ，利用运放的高开环增益和深度负反馈特性，来克服二极管死区电压及非线性失真，能做到从微伏级信号开始，输出与输入之间就具有良好的线性关系；有源整流威廉希尔官方网站 的死区电压非常小，等于二极管的正向压降与运放开环增益的比值。后文将按精密半波检波、放大及滤波威廉希尔官方网站 和全波精密整流、滤波及放大威廉希尔官方网站 的顺序，进行逐步说明。

图一 反相比例运算威廉希尔官方网站

图二 正半波反相输出检波威廉希尔官方网站

图一为反相比例运算威廉希尔官方网站 ，同相端接参考地，Up=0V，运放反相端为虚地点，Un=0V;由于Up=Un=0V，没有共模信号输入，抗干扰性能好。但对信号Ui来说，负载电阻为R1，不足够大，即反相比例威廉希尔官方网站 的输入电阻比较小，使用时要用电压跟随器进行隔离，以使用其优点，避开其缺点。反相比例输出Uo=-Rf/R1*Ui，负号表明输出与输入是倒相关系， Rf=R1时，Uo=-Ui，是倒相器;Rf＞R1,丨Uo丨＞｜Ui丨，是 放大器；Rf＜R1则成为衰减器。在反相比例运算威廉希尔官方网站 的反馈环内插入图二所示二极管，就构成了 正半波反相输出的高精度半波整流威廉希尔官方网站 。Ui＜0时，经反相后，Uo＞0, 超过0.7V后，D1将导通，D2截止。D1导通为运放提供深度负反馈，并将运放输出钳位在0.7V左右，限制运放进入饱和，提高转换速度，反相端成为虚地点 ，加之D2截止 ，Rf中无电流，Uo=0 ; Ui＞0 时，运放输出为负，D1截止，只要运放1脚输出小于-0.7V 左右的电压，D2就会导通，此时威廉希尔官方网站 相当于反相比例运算威廉希尔官方网站 ， Uo=-Rf/R1*Ui =-Ui ；综合前述，该威廉希尔官方网站 传输特性为：Uo=0 (Ui＜0) ；Uo= -Ui (Ui＞0) 。

将图 二的中二极管反向，就可得到负半波反相输出的半波精密整流威廉希尔官方网站 ，如图三所示。

图三 负半波反相输出整流威廉希尔官方网站

1. Ui＞0 且很小 ，处于微伏级时，D1、D2均未导通，运放处于开环线性放大状态，OPA2188开环放大倍数大于120dB，Ui稍大一点点，运放就会输出较大的负值，使D1导通、D2截止。D1导通使运放进入深度负反馈状态，N点为虚地点， D1将运放输出Uo1钳位在-0.7V左右，如没有D1,运放将负向饱和输出，影响转换速度 ；D2截止且N点虚地，Rf中无电流，Uo=0 。

2. Ui＜0 且丨Ui丨很小时，与前述类似，D1、D2均截止，运放处于开环放大状态。丨Ui丨稍大一点点，运放就会输出较大正值，只要Uo1大于0.7V，就使D2导通，D1截止。D2和Rf串联引入负反馈，此时威廉希尔官方网站 相当于反相比例运算威廉希尔官方网站 ，Rf=R1时输出为：Uo=-Rf/R1*Ui=-Ui 综合1、2两点，该威廉希尔官方网站 传输特性为：Uo=0 (Ui＞0) ；Uo=-Ui (Ui＜0) 。负半波反相输出，整流输出的平均值为正值。

图四 反相比例加法威廉希尔官方网站

图四为反相比例加法威廉希尔官方网站 ，输出Uo为Ui1、Ui2单独作用时的输出之和即Uo=-Rf/R1*Ui1-Rf/R2*Ui2 ; 图中平衡电阻R3=R1//R2//Rf 。

在测控系统中，更为常用的是精密全波整流威廉希尔官方网站 ，其需要用两个运放单元，一个作精密半波整流，另一个完成全波信号的合成。如图五所示，它由图二检波器和图四反相加法器组成。

图五 有源全波整流威廉希尔官方网站

在图五所示威廉希尔官方网站 中：

（1）Ui＞0时，根据前述结论和图示参数，Uo1=-Ui ；此时Uo=-Rf/R4*Ui-Rf/R5*Uo1 =-Ui+2Ui=Ui= 丨Ui丨;

（2）Ui＜0时，Uo1=0V ;

此时Uo=-Rf/R4*Ui-Rf/R5*0 =-Ui =丨Ui丨 。

综合(1)、(2)可知Uo=丨Ui丨，图五威廉希尔官方网站 能完成全波整流功能。

工程实践中，常需要把整流后的脉动直流电变成平滑稳定的直流电，以满足测量和控制的要求。图六为实用的带输出滤波和输入缓冲的精密全波整流威廉希尔官方网站 。

图六 实用有源整流滤波威廉希尔官方网站

图六所示威廉希尔官方网站 中，为降低器件本身对精度的影响，运放应选用低失调电压、零漂移、高开环放大倍数的类型;电阻选用0.1%精度的精密电阻;滤波电容C3选钽电容，且时间常数Rf•C3≥10T ，T为信号周期。

审核编辑 ：李倩