利用雙通道差動(dòng)放大器實(shí)現(xiàn)精密絕對值輸出

　　傳統(tǒng)上，精密半波和全波整流器均采用精心挑選的元件，這些元件包括高速運(yùn)算放大器、快速二極管和精密電阻。元件數(shù)量繁多致使這種解決方案成本很高，而且無法擺脫元件間交越失真、溫度漂移變化的困擾。

　　本文介紹了如何配置雙通道差動(dòng)放大器—不需任何外部元件來提供精密絕對值輸出。這種創(chuàng)新方案可以比傳統(tǒng)方案實(shí)現(xiàn)更高精度、更低成本和功耗。

　　如圖1所示，差動(dòng)放大器1包括一個(gè)運(yùn)算放大器和四個(gè)電阻，它們配置成一個(gè)減法器。低成本單芯片差動(dòng)放大器內(nèi)置激光晶圓調(diào)整電阻，提供極高增益精度、低失調(diào)、低失調(diào)漂移、高共模抑制以及比分立替代器件更出色的整體性能。

　　圖1. 差動(dòng)放大器

　　傳統(tǒng)絕對值電路

　　圖2所示為常用全波整流器電路示意圖。這種設(shè)計(jì)依賴兩個(gè)快速運(yùn)算放大器和五個(gè)精密電阻來獲得高性能。當(dāng)輸入信號為正時(shí)，A1的輸出為負(fù)，所以D1反向偏置。D2正向偏置，從而關(guān)閉A1附近經(jīng)過R2的反饋環(huán)路并形成反相放大器。A2將乘以增益-2的A1輸出和乘以增益-1的輸入信號相加，得到凈增益+1。當(dāng)輸入信號為負(fù)時(shí)，D1正向偏置，從而關(guān)閉A1附近的反饋環(huán)路。D2反向偏置，故不導(dǎo)通。A2將輸入信號反相，產(chǎn)生正輸出。因而，A2的輸出為正電壓，表示正負(fù)輸入的絕對值。

　　圖2. 標(biāo)準(zhǔn)全波整流器2, 3

　　這種設(shè)計(jì)有幾個(gè)固有的性能和系統(tǒng)缺點(diǎn)，如成本、交越失真、增益誤差及噪聲等。該設(shè)計(jì)要求雙電源和許多高性能元件，進(jìn)一步提高了成本和復(fù)雜度。由于輸入信號跨越0 V + ΔV和0 V – V，A1的輸出必須在–VBE至+VBE之間擺動(dòng)，所以響應(yīng)時(shí)間可能較長。高速運(yùn)算放大器和二極管可以幫助減輕這個(gè)問題，不過代價(jià)是更高的功耗。絕對值輸出的增益精度取決于R1、R2、R3、R4和R5的匹配程度。甚至一個(gè)電阻的小量失配，也會(huì)造成正負(fù)絕對值峰值之間的巨大誤差。整體噪聲增益為6，放大了運(yùn)算放大器噪聲、失調(diào)和漂移效應(yīng)。

　　改進(jìn)的絕對值電路

　　圖3所示為更簡單、更有效的絕對值電路，只需一個(gè) AD82774 雙通道差動(dòng)放大器和一個(gè)正電源。當(dāng)輸入信號為正時(shí)，A1充當(dāng)電壓跟隨器。A2兩個(gè)輸入端的電位與輸入信號相同，所以A2只是將正信號傳遞到輸出端。當(dāng)輸入信號為負(fù)時(shí)，A1輸出端處于0 V，而A2 反轉(zhuǎn)輸入信號。最終獲得輸入信號絕對值。可在高達(dá)10 kHz的頻率下對高達(dá)±10 V的信號進(jìn)行整流。如果要整流的信號非常微弱，在每個(gè)運(yùn)算放大器輸出端放置一個(gè)下拉電阻可以提高0 V附近的電路性能。

　　圖3. 利用AD8277的單電源絕對值電路