基础元件中二极管的功能非常强大其分类也特别多,上期介绍的峰值检波器也是巧妙的利用了二极管只能正向导通的特性。
本期利用介绍如何来实现整流器。 欢迎大家加入交流群分享经验: ** 656210280 ** 整流的核心在于:
正负部分的信号分开走,如何将信号搬运到一起 。
** 半波 整流 **
如图是最简单的半波整流(这里的变压器没有必要)。利用二极管的单向导通性,使得正半部分的电流可以通过二极管。从而保存电路的正半周期。
半波整流结构简单,但是对电能浪费了一半,为了解决这个问题引出全波整流。 ** 全波 整流 **
全波整流电路,变压器次级线圈中间需要引出一个抽头,把次组线圈分成两个对称的绕组
,再添加一个二极管构成两个半波整流(一个整上,一个整下),当电源工作在正半周期时,电流通过D1,R1,流向地。当电源工作在负半周期时,电流从地到负载R1,再通过D2回到地。
** 桥式整流 **
全波整流电路的缺点还是非常多的,例如需要一个变压器以及当一个二级管工作的时候,另一个二极管的反向工作电压将会很大。为了解决这两个问题,我们将利用桥式整流电路。
由四个二极管构成的整流桥是较为常见的结构,当电源位于正半部分时,电流通过 二号二极管、负载R1、四号二极管 流向电源负极。
当电源位于负半部分时,电源通过 一号二极管、负载、三号二极管 流向电源负极,电流方向和之前相反,因此就可以起到整流的作用,将负半部分的电压
翻转
但是由于二极管导通压降的存在,会导致这个全波整流电路实际上的误差非常的大。 ** 误差展示 **
半波整流误差
全波整流误差
桥式整流误差 ** 精密整流电路 ** ** 精密半波整流电路 **
如同上期一样利用运放的虚短特性,负输入端的电压和正输入端的电压相等。当输入信号为正半周期时,电流从运放输出端经过二极管到负载到地。
但是上期也介绍过,这种结构会出现运放的负饱和和阻塞现象。
因此我们在这个电路的基础上引入负反馈,消除阻塞现象。
可以看到,误差被很好的消除掉了。
** 精密全波整流电路 **
我们从零开始设计一个全波整流电路,首先是两条路线的问题。
如图,电源的电流根据正负分别流向了R2(或者从R3流向R1),解决了电源第一点信号的分开。
在其中加上运放。
其 中一 路应 用 运 放 作为 跟随器 (虚 短 )将信 号 搬运,实现半波整流。
另一路信号可以直接利用电阻进行搬运,调节合适的电阻阻值,即可实现全波整流。
逆向分析
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当二极管工作在正半部分时, ** 第一个运放的 ** 负输入端电压大于正输入端电压,所以第一个运放的输出肯定是负的
,电流由电源流向R2,流向R1,流向D2,由于D1不能反向工作,运放的虚断性质,所以R4上没有电流, 第二个运放的正输入端电压为0
,再根据虚短,第二个运放的负输入端的电压为0,所以 第二个运放的负输入端和第一个运放的输出端有电流 。
因此根据欧姆定律,R3和R1间的电压为-V1,第二个运放的输出为V1。
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当运放工作在负半部分时,由于 R2上的电流方向是由负输入端流向地 ,由于第二个运放的虚短,所以第二个运放的负输入端和正输入端分别有电流流向R2。(
实际上由于虚断运放的正输入端是没有电流的,这个电流是第一个运放的输出端提供的 )
由于第一个运放的负输入端为0,所以简单的算一下电流(基尔霍夫电流定律)可以得到第二个运放的正输入端电压为-2/3V1,而R3和R1之间的电压为-1/3V1。再根据
同向比例运算放大器
的计算方法,可以算的运放的输出为-V1。所以就实现了精密全波整流的功能
黄色的原始信号,红色的是整流后的信号。
运放全波整流器的设计有很多很多,但是无非不离信号的分离与搬运,包括分析思路,大家可以去寻找一些全波整流器的设计,从正负两个方面,利用虚短虚断的特性来分析电路结构以及功能是如何实现的。