Прецизионный выпрямитель

Прецизионный выпрямитель , иногда называемый супердиодом , представляет собой схему операционного усилителя (ОУ) , которая ведет себя как идеальный диод и выпрямитель . ^[1]

Прецизионный выпрямитель на основе операционного усилителя не следует путать с идеальным диодом активного выпрямления на основе мощного МОП-транзистора .

Основная схема

Базовая схема, реализующая такую функцию, показана справа, где может быть любая нагрузка. Когда входное напряжение отрицательное, операционный усилитель подает свое самое отрицательное напряжение на анод диода, поэтому диод смещен в обратном направлении и работает как разомкнутая цепь. Поскольку через диод почти не будет протекать ток, выходное напряжение будет подтянуто к земле через . Когда вход становится положительным, он усиливается операционным усилителем, который включает диод. Из-за отрицательной обратной связи через него будет протекать ровно столько тока , чтобы он был равен входному напряжению. $R_{\text{L}}$ $V_{\text{out}}$ $R_{\text{L}}$ $R_{\text{L}}$ $V_{\text{out}}$

Фактический порог очень близок к нулю, но не равен нулю. Он равен фактическому порогу диода, деленному на коэффициент усиления операционного усилителя.

Эта базовая конфигурация имеет проблему, поэтому она обычно не используется. Когда вход становится (даже немного) отрицательным, операционный усилитель работает в разомкнутом контуре, поскольку нет сигнала обратной связи через диод. Для типичного операционного усилителя с высоким коэффициентом усиления в разомкнутом контуре выход насыщается. Если затем вход снова становится положительным, операционный усилитель должен выйти из насыщенного состояния, прежде чем положительное усиление может произойти снова. Это изменение генерирует некоторый звон и занимает некоторое время, значительно снижая частотную характеристику схемы.

Улучшенная схема

Альтернативная версия приведена справа. В этом случае, когда вход больше нуля, D1 выключен, а D2 включен, поэтому выход равен нулю, поскольку другой конец подключен к виртуальной земле и через него нет тока . Когда вход меньше нуля, D1 включен, а D2 выключен, поэтому выход подобен входу с усилением . Его соотношение вход-выход следующее: $R_{2}$ $R_{2}$ $-R_{2}/R_{1}$

Эта схема имеет то преимущество, что операционный усилитель никогда не входит в насыщение, но его выход должен меняться на два падения напряжения диода (около 1,2 В) каждый раз, когда входной сигнал пересекает ноль. Следовательно, скорость нарастания операционного усилителя и его частотная характеристика ( произведение коэффициента усиления на полосу пропускания ) будут ограничивать высокочастотные характеристики, особенно для низких уровней сигнала, хотя возможна ошибка менее 1% при 100 кГц.

Подобную схему можно использовать для создания прецизионной двухполупериодной выпрямительной схемы.

Пиковый детектор

С небольшой модификацией базовый прецизионный выпрямитель может использоваться для обнаружения пиков уровня сигнала. В следующей схеме конденсатор сохраняет пиковый уровень напряжения сигнала, а переключатель используется для сброса обнаруженного уровня. Когда входное Vin превышает Vc (напряжение на конденсаторе), диод смещается в прямом направлении, и схема становится повторителем напряжения. Следовательно, выходное напряжение Vo следует за Vin до тех пор, пока Vin превышает Vc. Когда Vin падает ниже Vc, диод становится смещенным в обратном направлении, и конденсатор удерживает заряд, пока входное напряжение снова не достигнет значения, превышающего Vc.

Ссылки

^ Пол Горовиц и Уинфилд Хилл, Искусство электроники . 2-е изд. Cambridge University Press, Кембридж, 1989 ISBN 0-521-37095-7 .

Внешние ссылки

Патент от 1982 года (истек срок действия), описывающий простую и очень точную конструкцию.
Улучшенная версия Рода Эллиотта
Схемы двухполупериодного выпрямителя на одном операционном усилителе