实用精密整流电路设计

号 见 图 、 。 电路工 作过程如下 在交流输人信号 、 的
正半周 ,
输出为负 , 二极管
导通 ,
截止 ,
工
作在深度 负反馈状态 , 输人信号 、 流经
尺 、
、
形成
反 相 比例 电路 , 并经跟 随器
输 出 在 、 的负半周
导通 ,
截止 , 输人信号 、 流经
、
、
形成反相 比
例 电路 , 并经跟 随器
山东 电子
多巨卯 年第 毖期
实用精密整流 电路设计
李建文 ’ 果 华 叶任 宇
摘 要 本 文 设 计 了 一 种 实 用 精 密整 流 电路 , 对 该 电路进行 了 理 论 分 析 、 计 算 , 并 用 从
件进行 瞬态特性和 频 率特性 的 仿真分析 。 关键词 精 密整流 差 动 有源 滤波 幅 频 特性 瞬 态特性
,
关
一
关
,一
关
一
‘
,
消去
、 式 中的 中间 变量 , 一
得
式减去
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图
整流后 的信号 一 为
脉动 的全 波整 流信
号 , 取输人信号频率 一
之 带人公式 经计算得
。 一一
, 可 见 当本 部分输人 信 号频 率为
整流部分 。 图 中 ,
、
为整流二极管 ,
为反相 比
例 放 大 器 , 交 流 信 号 源 、为 。一
交流正弦
信
山 东华 天 事业 发 展 总公 司
。。
整 流后 的信号 当直接接容性 负载时 , 由于 电容的记忆
效应会使正 负半周的信号相互影响 , 造成严重失真。 图
为整 流 电路直接接 容性 负载 时 的 等效 电路 , 假设 信号 源
、 正 处 在 负半周 , 运 放
输 出高电平 , 二极管
导
通,
截止 ,
被充电。 由于 电容的记忆效应 ,
有一个
议以 〕 公匀 议 工
习
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面 , 都远胜过一 般 的一 阶滤波 电路 。 本 电路 的滤 波部分 , 对
转换 器和运算放大器 的选择应视所需精度而定 。
频 率的衰减约 为
倍左右 , 信号建立到
结束语
规定信号
所需要 的时间为
、 如果 适 当降低 一 下
对全桥压力传感器进行温度补偿 的方法很 多 , 通 常
对纹波抑制的要求 , 还会 获得更好 的瞬态响应特性 。
一
‘
同样取 一
, 系统衰减为
代人公 式
得 电容 ‘ 、
。 可 见 当采用 一 阶
滤波时 , 要想取得
和 本部分 同样 的滤 波效 果 , 两 个 ‘ 要 由原来 的
变为
。
图 为一 阶滤 波 电路和 二 阶滤波 电路经 软件仿真 姗
必
】沐 斑八
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, 仿真软
一
一
,
,
前言 当前 的控制 系统越来越 多地采用 了数字 信号 处 理技
术 。 在数字信号 处 理过程 中 , 必然用 到交流信号 的整流问 题 , 带有单 向导 电性 的二极管是最常用 的整流元件 , 但二 极 管 的 非 线性 将使信号 产 生 相 当大 的误差 , 特 别是 当信号 幅度小于二极 管的死 区 电压时 , 问题尤为严重 。 为克服上 述问题 , 本文利用 集成运 算放 大器 的放大作用 和深度负反 馈作用克服 了二极管非线性 和死 区 电压带来 的信号失真 , 设计 了一 种 高精 度 、 低损 耗 、 价格便宜 的精密整 流 滤波 电 路
产生一 漂移电压信号 , 加到
差 动输人端 , 使得输人信
号增加 。 同时 , 电桥也产生一漂移电流信号 , 经 运算放大 器
转换 成 电 压信号加 到
了的 基 准 电 压 端 , 同 样 也 使 得 基
准 电压 信号 上 升 。 只 要 运 算放 大 器 适 当选 取 其反 馈 电 阻 ,
七
匕
侣
留
为差分 比例放大器 ,
、 为经整流部分整 流后 的两路半波信号 。 图 电路可
以通过节点法列 出其节 点方程 , 本 电路共有 四个节点 , 节
点 电压为
一
,式中 一
口 , 一
’ , 节点方程
如下
,
一
一,
,
一
一
一
『
,一
‘
‘
,
,
一 ,
二
由运放 的特点得节点 电压
因 此 , 一
,
,
式 , 式减去 式得
,一
一 一 的阶跃信号 , 通过仿真系统仿真其瞬态 特性可
此 , 模数转换器使得传感器的温差减到最小 。
以看出 , 输 出端 的信号 由 。 上 升到
的 铸时
精度分析
所需时 间约 为
、。 而采 用 在
条 中提 及 的 一 阶 滤 波
系统 去掉
,
,为
“
加 上 同样 的 阶跃信 号 , 输 出端
由于运算放大器反 向输人接地 , 传感器的运 行精度非 常高 , 使得传感器 电桥 等效接地 。 除 了 由于运算放 大器本
传感 器 冷端 因温度 引起 的误 差 , 通 过模 数 转换 而 消 除 , 提 高 了温度补偿精度 。 此种方法适用 于所有全桥传感器 。
为 。 铸 , 可见 , 由于本 电路采用 了
条 所述 精 密 整 流
参考文献
系统 , 从 而 消除 了信号 检 波过程 中的非线 性失 真 和 正 向导
王化祥 , 张淑英 传感器原理及应 用 天津 天津大 学出
的信号 由 上 升到
所需时间约为
、, 远大于二
身的输人漂移 电压和漂移 电流而 引起 的误差 外 , 基本没 有
阶滤波 电路 的 从 , , 因此二 阶滤 波 电路 的 瞬态 响应 特性 也 远好 于 一 阶滤 波系统 。
总 之 , 通 过 以 上 计 算 仿 、 真 与 分 析 可 以 看 出 , 本 电 路 的
班于 悦臼 班仪 仗班
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一一
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, 《又洛
几口
图
电路 的 瞬 态 特 性 分 析
图为
条 中提及 的一 阶和 二 阶差 动有 源 滤波的
即可通过浮动 的基 准 电压端 电压 , 来消除 因温度引起 的电
桥的零点漂移 。
在 电路 中含 有 温度 效应 的 电压 加在
的参考点
上 , 而传感器的输 出加在 兀, 的差模输人端上 。 大多数压
路 中加 人 两 个 跟 随器
、
以消除 电容记忆效应 引起
的误 差信号 的影响 。
一
俗和 … 图 一」
一 轰· 丽乙丽五万灭 亏之万舀万 ‘一 ,
,
由 式可 见 , 输 出电压
只和
与
差有关 , 也
就是和两个半波信号 的差 有关 , 同时也可 看 出 , 本部分 电
路有两 个一 阶极点 。
电路 的幅频特性 分析 根 据 公 式 可 得 当我们 取 侧 一
提高 。 采用模数转换器
〕使 电路 以 数字 量 形 式 输 出 ,
信号发生 器 , 测 量仪器采用 精度 为
级交 流有 效值毫伏
输 出中ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ含 温度 补 偿 , 不 仅可 使电路简化 , 更 重 要 的 是将
电压表和 位 的数字 毫伏 表 , 输 人信 号 采 用 范 围 为 一 , 输 出为 一 , 经测 试本 电路 的最 大相对百 分 比误 差
泛妇珍令年第 泛斯
一
由东 电子
初始 电压 可等效为直 流信号 源
一,
一 通 过 生、
加到
的 端 , 从 而 使输 出信号产生 偏 差 。 由以 上 分析
可得输出信号 为
今〔口匕 任
一契 止、
式 中 , 后半部分为信号源
、 对应的输 出 的信号 ,
而前半部分为电容记忆效应引起的误差信号 。 为此 , 在电
采用最 多的是外加热 敏器件进行 电压或 电流 补偿 , 这类解
本 电路 性 能
决方法有 明显的缺陷 , 由于传感器和 电阻桥之间存在的温
在测试本电路时 , 本 电路加上 了相应地调量 程 和零点 电路 本 文 中未 画 出 , 信号 源 、 采 用精度 优 于 的正 弦
度差是一随机的 , 通过外加热敏器件很难使温度补偿精度
由东 电子
匆的 年 第 玄期
出 的 幅 频 特性 曲线 , 从 图 中看 出 当频 率 一
时两个
郑 均 里 , 杨 为 理 , 应 启 衍 信 号 与 系统 高等教 育 出 版
电路 系统 的 衰减 幅 度都 为
, 与分析计算结果一致 。 通
社,
过上 面 的计算分析与模 拟仿真都可 以 看 出 , 一 阶 电路 的低
收稿 日期
一一
通特性 明显 不 如二 阶电路的低通 特性好 。
口八旧 一﹃
二叶
上接第 页 反 比 , 其 电流符号 与相对于桥路 电阻温度效应产生 的 电流 相反 。 运算放大器 产生 的输 出电压 与桥路电流和电阻
卜挤
猫·
成正 比 。
…当 电 桥 温 度 升 高 , 导 致 电桥 的 零 点 漂 移 , 即 、 两 点
其它误差 , 而 这些误差与传感器上 所 加 的 或
的基
准 电压
动相 比是完全可 以忽略不计的 。 为了提高温度
补偿能力 尽量选用温度系数接近 传感器温 度系数的热
滤波部分无论在低通 特性 方面 , 还 是在瞬 态 响应 特性方
敏 电阻 , 并尽 量 把该 电阻放 置 在 接 近 传感 器 的地 方 。 模 数
力传感器温度 系数是 负值 , 而 电 阻 温度 系数是正 值 , 两者
的绝 对 值非 常接 近 , 因此 , 运 放 的输 出 电压 有非 常接 近 传
感器负温度 系数 。 在 昭 的输人 端和 参考点上 接人 了 比
瞬态特性的仿真结果 。 在二 阶滤波电路的输人端加上 一个
值精确 的二个模拟信号 , 它的输 出则采用数字量输 出 , 因
输 出 。 图 为本部分的动态特性
的电路模拟仿 真结 果 , 从 图 中可 以 看 出 , 通 过
的深
度负反馈作角, 非 常好 的克服 了 、 在小信号时 的非
线性 和正 向导 通 压 降 。
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图
图
电路 整 流部分
本电路可 分为整流部分和滤 波部分 , 图 为本 电路 的
时
输 出信号衰减约
, 约 为原来信号的 四 千分之一 。
如 果 上 述 电路 采 用 一 阶 滤 波 电路 从 电路 中去 除
其它元件不 变 , 此时 系统 只 有一个 一 阶极点 , 电路 系统
的频率特性可 化简 为公式 。 , 幅频特性 可 近似写 为公式
。
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此 , ,
时
系统变成 只 有一个二 阶极点 , 系统 的频率特性 可 简化 为式
,。
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如果 我们取
幅频特性可写 为
八。
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, 并经过计算 , 系统 的
一 警 。‘·
一
、。
。
口
图
电路滤波部分
为提高滤 波性 能 , 本 电路滤波部 分采用 了二 阶 差
动有源滤波 。 电路 图见 图 , 图 中
通 压 降造 成 的误 差 采 用 了
条所述 的二 阶差 分有源滤
波电路 , 从 而极大 的提高 了 系统 的 低通 滤 波特性 和 瞬态 响
版社 , 严普强 , 黄长 艺 机械 工 程测 试技术基础 北 京 机械 工
应特性 , 是一种精密整流滤波 电路 。
业 出版社 ,
参考文献
收稿 日期
一
一
童诗 白 模拟 电 子 技 术基础 高等教 育 出版社 ,