在利用直流輸入型ADC對來自傳感器的毫伏級交流信號（＜700mV）進(jìn)行采樣前，常需要對微弱信號進(jìn)行整流、放大；在對來自精密電壓互感器、電阻分壓器及變送器的較小信號（4V～10V)進(jìn)行采樣處理前，也要進(jìn)行整流、濾波，以合乎后續(xù)測量電路對信號的要求。

對于毫伏級信號，由于二極管存在死區(qū)電壓，二極管根本打不開，談不上整流；對于較小信號，由于二極管正向伏安特性是非線性的，且正向壓降隨溫度而變化，將使整流波形失真，并導(dǎo)致不能忽略的誤差。這時就必須采用由運放和二極管構(gòu)成的有源整流電路，利用運放的高開環(huán)增益和深度負(fù)反饋特性，來克服二極管死區(qū)電壓及非線性失真，能做到從微伏級信號開始，輸出與輸入之間就具有良好的線性關(guān)系；有源整流電路的死區(qū)電壓非常小，等于二極管的正向壓降與運放開環(huán)增益的比值。后文將按精密半波檢波、放大及濾波電路和全波精密整流、濾波及放大電路的順序，進(jìn)行逐步說明。

圖一 反相比例運算電路

圖二 正半波反相輸出檢波電路

圖一為反相比例運算電路，同相端接參考地，Up=0V，運放反相端為虛地點，Un=0V;由于Up=Un=0V，沒有共模信號輸入，抗干擾性能好。但對信號Ui來說，負(fù)載電阻為R1，不足夠大，即反相比例電路的輸入電阻比較小，使用時要用電壓跟隨器進(jìn)行隔離，以使用其優(yōu)點，避開其缺點。反相比例輸出Uo=-Rf/R1*Ui，負(fù)號表明輸出與輸入是倒相關(guān)系， Rf=R1時，Uo=-Ui，是倒相器;Rf＞R1,丨Uo丨＞｜Ui丨，是 放大器；Rf＜R1則成為衰減器。在反相比例運算電路的反饋環(huán)內(nèi)插入圖二所示二極管，就構(gòu)成了 正半波反相輸出的高精度半波整流電路。Ui＜0時，經(jīng)反相后，Uo＞0, 超過0.7V后，D1將導(dǎo)通，D2截止。D1導(dǎo)通為運放提供深度負(fù)反饋，并將運放輸出鉗位在0.7V左右，限制運放進(jìn)入飽和，提高轉(zhuǎn)換速度，反相端成為虛地點 ，加之D2截止 ，Rf中無電流，Uo=0 ; Ui＞0 時，運放輸出為負(fù)，D1截止，只要運放1腳輸出小于-0.7V 左右的電壓，D2就會導(dǎo)通，此時電路相當(dāng)于反相比例運算電路 ， Uo=-Rf/R1*Ui =-Ui ；綜合前述，該電路傳輸特性為：Uo=0 (Ui＜0) ；Uo= -Ui (Ui＞0) 。

將圖 二的中二極管反向，就可得到負(fù)半波反相輸出的半波精密整流電路，如圖三所示。

圖三 負(fù)半波反相輸出整流電路

1. Ui＞0 且很小 ，處于微伏級時，D1、D2均未導(dǎo)通，運放處于開環(huán)線性放大狀態(tài)，OPA2188開環(huán)放大倍數(shù)大于120dB，Ui稍大一點點，運放就會輸出較大的負(fù)值，使D1導(dǎo)通、D2截止。D1導(dǎo)通使運放進(jìn)入深度負(fù)反饋狀態(tài)，N點為虛地點， D1將運放輸出Uo1鉗位在-0.7V左右，如沒有D1,運放將負(fù)向飽和輸出，影響轉(zhuǎn)換速度 ；D2截止且N點虛地，Rf中無電流，Uo=0 。

2. Ui＜0 且丨Ui丨很小時，與前述類似，D1、D2均截止，運放處于開環(huán)放大狀態(tài)。丨Ui丨稍大一點點，運放就會輸出較大正值，只要Uo1大于0.7V，就使D2導(dǎo)通，D1截止。D2和Rf串聯(lián)引入負(fù)反饋，此時電路相當(dāng)于反相比例運算電路，Rf=R1時輸出為：Uo=-Rf/R1*Ui=-Ui 綜合1、2兩點，該電路傳輸特性為：Uo=0 (Ui＞0) ；Uo=-Ui (Ui＜0) 。負(fù)半波反相輸出，整流輸出的平均值為正值。

圖四 反相比例加法電路

圖四為反相比例加法電路，輸出Uo為Ui1、Ui2單獨作用時的輸出之和即Uo=-Rf/R1*Ui1-Rf/R2*Ui2 ; 圖中平衡電阻R3=R1//R2//Rf 。

在測控系統(tǒng)中，更為常用的是精密全波整流電路，其需要用兩個運放單元，一個作精密半波整流，另一個完成全波信號的合成。如圖五所示，它由圖二檢波器和圖四反相加法器組成。

圖五 有源全波整流電路

在圖五所示電路中：

（1）Ui＞0時，根據(jù)前述結(jié)論和圖示參數(shù)，Uo1=-Ui ；此時Uo=-Rf/R4*Ui-Rf/R5*Uo1 =-Ui+2Ui=Ui= 丨Ui丨;

（2）Ui＜0時，Uo1=0V ;

此時Uo=-Rf/R4*Ui-Rf/R5*0 =-Ui =丨Ui丨 。

綜合(1)、(2)可知Uo=丨Ui丨，圖五電路能完成全波整流功能。

工程實踐中，常需要把整流后的脈動直流電變成平滑穩(wěn)定的直流電，以滿足測量和控制的要求。圖六為實用的帶輸出濾波和輸入緩沖的精密全波整流電路。

圖六 實用有源整流濾波電路

圖六所示電路中，為降低器件本身對精度的影響，運放應(yīng)選用低失調(diào)電壓、零漂移、高開環(huán)放大倍數(shù)的類型;電阻選用0.1%精度的精密電阻;濾波電容C3選鉭電容，且時間常數(shù)Rf?C3≥10T ，T為信號周期。

編輯：黃飛

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