信號鏈基礎 #38：單電源高精度整流器

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

最近的許多設計都依靠單電源運算放大器 (op amp) 的飽和行為來實現(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（緩慢的恢復時間、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 所示電路接受負信號（高達器件的電源軌；本例中為 5V）。利用一個 +5V 電源，該電路可以接受高達 10vp-p 的零伏集中信號（即 ±5V）。

就正信號 (Vin > 0V) 而言，U1 起到一個加法器放大器的作用，而 U2 和 U1 則不相干。就負信號 (Vin 0V) 而言，D1 和 U2 形成一個接地鉗位，將 U1 的非反相輸入保持在 0V。現(xiàn)在，U1 僅起到一個反相放大器的作用。結果是 VOUT 時的全波整流正弦波，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電源軌。

相同電路可用于沒有在接地參考電壓以下擺動的輸入信號，但只需將 U2 的參考點（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—標識為 Vin_ref 的軌跡線為參考電壓的實際輸入電壓，其在所有時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 的電路都逐漸達到所用運算放大器的電壓擺動限制。軌至軌輸入和輸出運算放大器一般允許在幾十毫伏的電源軌范圍內工作，其在這類應用中可以獲得最佳的結果。