信號鏈基礎(chǔ) #38：單電源高精度整流器

在需要某個(gè)信號的絕對值時(shí)，我們常常使用高精度整流器電路，其作為計(jì)量應(yīng)用中信號大小測量電路的組成部分。針對這類電路的設(shè)計(jì)不計(jì)其數(shù)，但在單電源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)這一功能卻具有一定的挑戰(zhàn)性。

最近的許多設(shè)計(jì)都依靠單電源運(yùn)算放大器 (op amp) 的飽和行為來實(shí)現(xiàn)整流。在許多情況下，這樣做是可以接受的，但如果您想避免出現(xiàn)運(yùn)算放大器飽和以及這種飽和帶來的許多固有問題（緩慢的恢復(fù)時(shí)間、潛在的非理想相位反向），則圖 1 所示電路是一款較好的解決方案。

圖 1 單電源高精度整流器

圖 1 所示電路接受負(fù)信號（高達(dá)器件的電源軌；本例中為 5V）。利用一個(gè) +5V 電源，該電路可以接受高達(dá) 10vp-p 的零伏集中信號（即 ±5V）。

就正信號 (Vin > 0V) 而言，U1 起到一個(gè)加法器放大器的作用，而 U2 和 U1 則不相干。就負(fù)信號 (Vin 0V) 而言，D1 和 U2 形成一個(gè)接地鉗位，將 U1 的非反相輸入保持在 0V。現(xiàn)在，U1 僅起到一個(gè)反相放大器的作用。結(jié)果是 VOUT 時(shí)的全波整流正弦波，如圖 2 所示。

圖 2 圖 1 所示電路的 SPICE 仿真

為了讓該電路能夠正常工作，運(yùn)算放大器輸出必須在沒有相位反相的情況下擺向輸入和輸出的負(fù)電源軌。

相同電路可用于沒有在接地參考電壓以下擺動(dòng)的輸入信號，但只需將 U2 的參考點(diǎn)（非反相輸入）變?yōu)橹虚g電源電壓參考，便可使電路參考 VCC/2，如圖 3 所示。

圖 3 改變 U2 的參考電壓對整流器輸入范圍的改變情況

圖 4 顯示了圖 3 電路的運(yùn)行情況。圖 4 中，頂部軌跡線 (Vin) 參考中間電源電壓，因此它似乎為雙極—標(biāo)識為 Vin_ref 的軌跡線為參考電壓的實(shí)際輸入電壓，其在所有時(shí)間都明顯地維持在參考電壓以上。

圖 4 圖 3 所示電路的 SPICE 仿真

圖 1 和圖 3 的電路都逐漸達(dá)到所用運(yùn)算放大器的電壓擺動(dòng)限制。軌至軌輸入和輸出運(yùn)算放大器一般允許在幾十毫伏的電源軌范圍內(nèi)工作，其在這類應(yīng)用中可以獲得最佳的結(jié)果。