3_1精密检波电路剖析

EWB 软 件 简 介

3.1.5 整 流 电 路 的 应 用
在输入和输出之间具有最小的延迟时间 正输入和负输入延迟时间相似
不需要匹配二极管和调整电路
工 作 原 理

Vi > 0，D1截止，D2导通；
R6 VB ( )Vi R5 R6
V＋
R3 R3 R6 Vo (1 )VB (1 )( )Vi R4 R4 R5 R6
a
等 效 电 路

由回路 2得： 在 Vi < 0 时，由回路1得： 即
R R1 2 R 2 Vi ' ( V ) R R a o ' V 2 1 Vo o R V ) D Vo A ( 1 R2 (V Vo Vo ) R R i 1 2 R r R R R1 R2 2 1 2
V01
R4 R4 V0 (1 )Vi V01 R3 R3 R4 R4 R2 (1 )Vi (1 )Vi R3 R3 R1
R2 (1 )Vi R1

若按下式选取匹配电阻 :
1 R1 R2 R3 R4 2
V０＝－Vi
工 作 原 理

则得 :

可见，该电路实现了绝对值 运算。该电路输入阻抗高， 但需要四只匹配电阻，而且 由于采用同相电路，必须注 意运放的共模抑制比和共模 输入电压范围的选用。
R2
精 密 半 波 整 流 电 路
可见，在精密半波整流
电路中，二极管的阈值 电压VD 和非线性电阻r仍 会影响电路的输出而造 成误差； 由于负反馈的作用，这 种影响减小为原来的 1／Aoβ。
精 密 半 波 整 流 电 路
电路用作平均值测量， 当输入电压为正弦波时，输 出电压的平均值为：
2 R2Vim R2 R1 VD Vo (1 ) R1 R r 2 R2 Ao Vim 2 Ao
等 效 电 路 方 程
R2 R2 VD Vo ( Vi ) 1 r R1 Ao R2 (1 ) Ao Ao
式中：
R1 R1 R2
因为：
Ao 1
最后得到：
精密半波整流输出电压表达式
精 密 半 波 整 流 电 路
R2 VD Vo ( Vi ) r R1 A o R2 Ao
工 作 原 理

A1的反相端电位与A2 反相端电位 相等，且均等于Vi。此时R2 和 R3 上无电流（因 D2 截止，R2 －R3两 端电位相等），因而R4上也不可能 有电流。所以 A2 为同相跟随器， 其输出电压为 ：Vo=Vi
工 作 原 理

当Vi < 0时D1截止，D2导通。
工 作 原 理

精密半波整流电路的输出电压 为
0 Vo V i
vi 0 vi 0
精 密 半 波 整 流 电 路
精密半波整流器的波形
精 密 半 波 整 流 电 路
V0
0
特性曲线
Vi
如果需要对输入电压的正半周进 行检波，只要把图中的两个二极管同 时反接即可。

误 差 分 析
考虑运算放大器开环增益Ao有 限，二极管阈值电压为VD， 非线性电阻为r，为了计算由 此 所产生的非线性误差，考 察精密半波检波电路等效电路 如下图 ：
VD 引起的相对误差为 ：
V
( R1 R2 ) VD
2 Ao R2 Vim

r引起的相对误差为
精 密 半 波 整 流 电 路
r

r Ao R2
由于A。很大，所以上述误差是很 小的。例如，若Ao= 105 ， R1=R2= 10kΩ ，Vim= 1V，采用硅 二极管，其阈值电压VD = 0.5V， 二极管导通时最大电阻r =500kΩ ， 注意 则由上式计算出的相对误差分别 为：δ V ≈ 0，δ r = 0. l％。
分析输出电压与输入电压之间 的关系，并说明电路的功能
R2
R1
Vi V0 D
R3
V02
R4
二、 仅需 一对 匹配 电阻 的绝 对值 电路
R1 R2
当Vi > 0时，V01< 0，D1通，D2 止→同向输入使得D4通，D3止。
工 作 原 理
Vo Vi
二、 仅需 一对 匹配 电阻 的绝 对值 电路
R5 0 R3 0
R6 R4
小于单位增益
R3 R2 1 R1 R4 R6 R2 R1 R5 R6

精密半波整流电路的 电路组成，工作原理；
几种全波电路，各自 的优缺点。
小 结

工 作 原 理

Vi < 0，D2截止，D1导通；
R2 Vo Vi R1
R3 R3 R6 Vo (1 )VB (1 )( )Vi R4 R4 R5 R6
工 作 原 理
R2 Vo Vi R1
单位增益：
R3 R5 0
大于单位增益
R4 R6
R1 R2
精 密 全 波 整 流 电 路
波整流电路为基础，可 以构成精密全波整流电 路。这种电路不管输入 是正还是负，输出总是 正电压，故又称为绝对 值电路。
一、
精 密 全 波 整 流 电 路
Vo1
该电路由半波整流电路加加法器组 成。 取R1= R2= R3= R5= 2R4，R4=RO。

简单绝对值电路
当Vi < 0时，V01> 0，D1止，D2 通→同向输入使得D4止，D3通。
工 作 原 理
R2 Vo Vi Vi R1

综合上述，电路的输出、输入关 系为
工 作 原 理
Vi，Vi 0 Vo Vi，Vi 0

即有 ：
工 作 原 理
Vo V i

所以该电路亦能实现绝对值运 算，而且仅需要一对匹配电阻。 但是该电路的输入电阻依然较 低，它取决于R1的大小，即：
R2 ' Vo (Vo VD ) R2 r
等 效 电 路 方 程
R2 R1 V Ao ( Vi Vo ) R1 R2 R1 R2
' o

两式联立求得 ：
R2 R2 VD Vo ( Vi ) 1 r R1 Ao R2 (1 ) Ao Ao
_
<0 >0
\
<0
D2 止。 当 Vi 0 时，D1 通，
精 密 全 波 整 流 电 路
R5 Vo Vi R3
Vi
精 密 全 波 整 流 电 路
简单绝对值电路的波形图及特性
本精密全波整流电路特点：
精 密 全 波 整 流 电 路

优点：
结构简单、明了 缺点：
匹配电阻过多； 输入阻抗较低： Ri=R1//R3； 适用于低频时工作。
精 密 半 波 整 流 电 路
注意：
精密整流电路的工作频率 在大信号时会受到运放压摆 率（SR）的限制，在小信号 时，又会受到运放-3dB带宽 （ fc ）的限制。 必须根据实际工作频率选择 合适的集成运算放大器，才 能保证整流器的整流精度。
精 密 半 波 整 流 电 路
3Fra Baidu bibliotek1.3
绝对值电路：以精密半
若把二极管D1、D2反接，
峰 值 整 流 电 路
可构成负峰值整流电路。 由正峰值和负峰值整流电 路可组成峰－峰值整流电 路。
峰 值 整 流 电 路
E W B 电 路
仿 真 波 形

电子工作平台Electronics Workbench (EWB)(现 称为MultiSim) 软件是加拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推 出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件，它 具有这样一些特点：
Ri=R1
三、
高 输 入 阻 抗 绝 对 值 电 路
图所示电路，输入阻抗 由于同相输入电路的输
约等于两个运放的共模 入阻抗很高，若将半波 输入电阻的并联，可高 检波电路和加法电路都 达 10MΩ以上。 采用同相输入的形式就 能大大提高输入阻抗。
工 作 原 理

当Vi ＞ 0时D1导通，D2 截止。

3.1.2
精 密 半 波 整 流 电 路
当vi<0时，运放的输出电压Vo`为正， 当 vi > 0 时，运放的输出电压 Vo`为负， 二极管 D1 截止，D2导通，相当于 二极管D2截止，D1导通，输出电压 反相比例放大器，其输出电压 Vo= -（R2／R1）Vi
Vo = 0
精 密 半 波 整 流 电 路
3.1.1
q—电子电荷量,1.6×10-19C
概 述
T—绝对温度(K) K—波尔兹曼常数,1.38×10-23J/K
二极管的伏安特性及等效电路
I I S (e
qV KT
1)
二 极 管 整 流 电 路 的 畸 变
为实现精密的线性整流，必须解 决两个问题：一是改善二极管的 非线性特性，以实现良好的线性 转换关系；二是减少二极管阈值 电压的影响，使其能对尽可能小 的输入信号进行转换。 采用运放和普通二极管组成的有 源整流电路，能有效的解决以上 两个问题。 按整流特性分：精密半波整流电 路、精密全波整流电路和峰值整 流电路。
精 密 全 波 整 流 电 路
>0
>0
\_
<0

D1 止 D2 通， Vo1 0 ， 当 Vi 0 时，
精 密 全 波 整 流 电 路
V01
R5 R5 Vo Vi V01 R3 R4 R5 R5 R2 Vi Vi Vi R3 R4 R1
精 密 全 波 整 流 电 路
峰 值 整 流 电 路
设电路的初始状态为Vi=0， Vc=Vo=0。
当Vi为正时，D1截止，D2导通
峰 值 整 流 电 路

当Vi为正时，D1截止，D2导通，电 容C很快被充电，使Vc=Vi。， Vo=Vi，即输出电压Vo随着输入电 压Vi的增大而增大，但不会超过Vi。
工 作 原 理

当Vi增大到峰值后开始下降时，A1的 同相端电压就小于反相端电压，从而 使得D1导通，D2截止。电容C处于记 忆状态，其电压Vc保持不变，则输出 电压Vo保持为输入信号的第一个峰值 Vimax。当Vi＞Vo时，重复上述过程。
第 三 章 信 号 调 理 电 路
3.1
精密整流电路
二极管的整流特性，VD, r的 影响 精密半波电路的工作原理以及 误差分析 精密全波电路中的简单绝对值 电路

3.1
精 密 整 流 电 路
整流: 把正负极性交变的信号转换 成单极性的直流信号称为整流。 线性整流: 单极性的直流输出电压 与输入交流信号的幅值呈线性比 例关系的整流称为线性整流，又 称精密整流。
（1）采用直观的图形界面创建电路：在计算机 屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图 需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可 直接从屏幕上选取； （2）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与 实物相似，可以实时显示测量结果。 （3）EWB软件带有丰富的电路元件库，提供多 种电路分析方法。 （4）作为设计工具，它可以同其它流行的电路 分析、设计和制板软件交换数据。 （5）EWB还是一个优秀的电子技术训练工具， 利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵 活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行 情况，熟悉常用电子仪器测量方法。
四、 高精 度绝 对值 电路
Vi > 0，S1导通，S2断开；
Vi < 0，S2导通，S1断开；
这种电路可对1mV左右的小信号进 行检测，其误差小于0.05%。
3.1.4
峰 值 整 流 电 路
峰值整流电路是用来检测变 化的输入信号峰值的电路，最基 本的峰值电路是由半波整流电路、 记忆电容和缓冲放大器组成的反 馈电路。