运算放大器的线性全波整流电路-洪萨配资

▼但是对于处理小于二极管的正向电压的小信号，上面的方法就不行了，都没有输出信号。此时可以利用运放进行全波整流，它能将输入的双极性交流信号转换成单极性的信号，并且还能对信号进行放大。有关运放详细的知识请移步：运算放大器应用集粹。

当输入信号Vin 为正时，D1 截止，D2 导通，电流方向从 R1 到 R2 再到 D2，这时运放A1 和外围电阻构成了一个反相比例运算放大电路，放大倍数是 -1，所以 Uo1 = -Vin+，+号标示输入信号极性为正。

然后 Uo1 通过 R4 接到运放 A2 的反相端，输入信号也通过 R3 接到运放A2 的反相端，对于运放A2 和外围的电阻这时可以看成是一个反向求和电路，输出电压Vo = -Rf*(Uo1/R4+Vin/R3)，如果取 R3 = 2R4，则 Vo = Rf/R3*Vin，此时输出电压 > 0。

▼当输入信号Vin 为负时，D1 导通，D2 截止，R4 两端都是“虚地”，没有电流流过 R4，所以这时运放 A2 与外围电阻就构成一个反相比例运算放大电路，输入信号是 Vin。

▼输出电压 Vo = -Rf/R3*Vin，-号标示输入信号极性为负，这时输出电压 > 0。所以 Vin 无论是正还是负，输出都是正，从而利用运放实现了全波整流的功能。如果想要将整流后的信号放大，只需要增大 Rf 即可。

2、运放全波整流电路仿真

▼对上电路的仿真如下所示，原文件下载请移步：运算放大器线性全波整流电路。

U1A 对输入 Ui 正电压进行处理

输入 Ui 为正电压时，D2 导通，D1 截至，运放U1A 输出负电压，故电压从 R1→R2→D2，构成反相比例运算放大电路，此时运放U1A 输出Uo1= -Ui*(R2/R1) = -Ui。

输入 Ui 为负电压时，D1 导通，运放U1A 输出为正电压，故 D2 截至，又根据运放输入端近似短路，故运放U1A 电压为 0V，Uo1 = 0V。

由以上分析可得，当输入电压为交流信号电压时，此电路只对输入电压中正电压有作用，负电压被运放钳位到 0V。

U1B 对输入 Ui 负电压进行处理

计算过程分为两部分，①部分 Uo1 作为 U1B 运放输入的一部分，②部分通过 R4 过来的 Ui 电压，由此 U1B 组成了两个不同信号的放大电路。

（1）当Ui为正电压时，①部分放大，Uo1 = -u，此时Uo2= -(-u*(R7/R3)) = 10u。②部分放大，U1B 的 P6端 Ui 为 u，那么 Uo2 = -u*(R7/R4) = -10u。

综合①与②放大叠加，可得当 Ui 为正电压时，Uo2输出为 0V

（2）当Ui为负电压时，①放大，Uo1 为 0V，此时 Uo2 = 0V。②放大，U1B 的 6端 Ui 为 -u，那么Uo2= -u(R6/R4) = -10u。

综合①与②放大叠加，可得当 Ui 为负向电压时，Uo2输出为 -10u

▼如下图所示，通过仿真波形可以看出理论分析符合实际情况。

▼可以看出，只要 ①中的 Uo2 大于 ②中的 Uo2，就可以实现对 Ui 的正电压进行放大。将 R3 更换为 800Ω 的仿真波形：

▼①放大倍数是 ②放大倍数的 2倍可以完全还原波形。将 R3 更换为 1k，则①的放大倍数 = R7/R5 = 20，仿真波形：

3、运放整流电路的优劣

相较普通二极管整流电路，运放整流电路具有更高的精度和稳定性。由于运算放大器具有负反馈控制的特性，因此可有效减小电路的非线性误差和漂移，提高整流电路的精度和稳定性。

此外，运算放大器整流电路也能够通过调整放大倍数和增益控制来解决低电压和高电阻的问题，提高整流效率和范围。

由于运算放大器整流电路是基于运算放大器的比例性和反相性等特性来设计的，因此其输入的电压幅值不能太大，否则可能会出现电路饱和等问题。此外，运算放大器整流电路也在处理高频信号时存在较大的噪音和失真现象。

4、运放整流应用-交流检测

▼通过运放整流方案实现交流电压检测，该方案已在多个实际项目中得到长期验证，稳定可靠，可放心直接应用于自己的设计中。下文附上示波器实测波形，供参考。

图4.1 全波整流电原理图

▼仿真原文件下载请移步：ChargeGun电原路图-全波整流仿真。

图4.2 AC226.6V-VoltageSense端电压波形（示波器实测）

5、运放整流应用-数字万用表

本电路来源于“便携式数字万用表原理与维修”，仅适用于测量不失真的正弦波电压。

原理定性分析与定量计算：

利用单运放 TL061(IC1规格书)与二极管VD1、VD2 组成平均值响应的线性整流电路，能消除二极管在小信号整流时所引起的非线性电压，使输出的平均值电压 Uo 与输入电压 Uin (有效值)呈线性关系，适合测量 10～400Hz 正弦波。为提高转换器的输入阻抗，将 IC1 接成同相放大器，C1、C2 为隔直电容。

▼该电路属于输出不对称全波整流电路，在正、负半周时的等效电路及输出波形见下图所示。

（1）正半周时，VD1 导通，VD2 截至，IC1 输出电流的途径：C1→VD1→R4→R6→RP→GND，并经 R5 对 C5 充电。

将 R4、R6、RP 的电阻值代入 ①式得Kv = 2.45～ 2.60 > 2.22(半波整流时正弦波的有效值与平均值的关系为 Urms = 2.22Uo)。

（2）负半周时 VD2 导通，VD1 截止，电流途径：GND→RP→R6→VD2→C1→IC2，Kv = 1，相当于电压跟随器。

由 R5 与 C5 组成的平滑滤波器可滤掉交流纹波，高频干扰信号则被 R7、C6 构成的高频滤波器所滤除，从而获得稳定的平均值电压，再通过 IC2 完成 AD 转换。

RP 校准交流电压的电位器，调整 RP 可使仪表直接显示出被测电压的有效值。C3 是运放IC1 的频率补偿电容。R2 与 C4 还向 VD3 提供偏压，以减小 TL061 对小信号放大时的波形失真。