整流器是將交流電 （AC） 轉換為直流電 （DC） 的電路。交流電總是隨著時間改變其方向，但直流電卻不斷地沿一個方向流動。在典型的整流器電路中，我們使用二極管將交流電整流為直流電。但這種整流方法只能在電路的輸入電壓大于二極管的正向電壓（通常為 0.7V）時使用。

為了克服這個問題，引入了精密整流電路。精密整流器是另一種將交流電轉換為直流電的整流器，但在精密整流器中，我們使用運算放大器來補償二極管兩端的電壓降，這就是為什么我們不會損失 0.6V 或 0.7V 電壓降的原因。二極管，也可以將電路構造為在放大器的輸出端也有一些增益。

因此，在本教程中，我將向您展示如何使用運算放大器構建、測試、應用和調試精密整流器電路。除此之外，我還將討論這條賽道的一些優點和缺點。所以，事不宜遲，讓我們開始吧。

什么是精密整流電路？

在我們了解精密整流電路之前，讓我們先弄清楚整流電路的基礎知識。

上圖顯示了理想整流電路的特性及其傳遞特性。這意味著當輸入信號為負時，輸出將為零伏，當輸入信號為正時，輸出將跟隨輸入信號。

上圖顯示了一個實用的整流電路及其傳輸特性。在實際的整流器電路中，輸出波形將比施加的輸入電壓小 0.7 伏，傳輸特性將如圖所示。此時，只有當施加的輸入信號略大于二極管的正向電壓時，二極管才會導通。

現在基本知識已經結束，讓我們將注意力轉移到精密整流器電路上。

精密整流器的工作

上面的電路顯示了一個基本的半波精密整流器電路，帶有一個LM358 運算放大器和一個 1n4148 二極管。要了解運算放大器的工作原理，您可以遵循此運算放大器電路。

上面的電路還給大家展示了精密整流電路的輸入輸出波形，正好等于輸入。那是因為我們從二極管的輸出中獲取反饋，運算放大器會補償二極管上的任何電壓降。因此，二極管的行為類似于理想二極管。

現在在上圖中，您可以清楚地看到當輸入信號的正負半周期應用于運算放大器的輸入端時會發生什么。該電路還顯示了電路的傳輸特性。

但是在實際電路中，你不會得到如上圖所示的輸出，讓我告訴你為什么？

在我的示波器中，黃色信號是輸入，綠色信號是輸出。我們不是得到半波整流，而是得到一種全波整流。

上圖顯示了當二極管關閉時，信號的負半周期是通過電阻流向輸出，這就是為什么我們得到像輸出一樣的全波整流，但這不是實際的案子。

讓我們看看當我們連接一個1K 負載時會發生什么。

電路如上圖所示。

輸出看起來像上圖。

輸出看起來像這樣，因為我們實際上已經形成了一個帶有兩個 9.1K 和一個 1K 電阻的分壓器電路，這就是為什么信號的輸入正半部分剛剛被衰減的原因。

同樣，上圖顯示了當我將負載電阻值從 1K 更改為 220R 時會發生什么。

這不是該電路存在的最小問題。

上圖顯示了一個下沖條件，其中電路的輸出低于零伏并在某個尖峰后上升。

上圖顯示了上述兩個電路的下沖情況，有負載和無負載。這是因為，只要輸入信號低于零，運算放大器就會進入負飽和區，結果就是所示圖像。

我們可以說的另一個原因是，每當輸入電壓從正向負擺動時，運算放大器反饋開始發揮作用并穩定輸出需要一些時間，這就是為什么我們要使尖峰電壓低于零伏的原因輸出。

發生這種情況是因為我使用的是轉換率低的果凍豆 LM358 運算放大器。只需放置一個具有更高壓擺率的運算放大器，您就可以解決這個問題。但請記住，這也會發生在電路的較高頻率范圍內。

改進的精密整流電路

上圖顯示了改進的精密整流電路，通過它我們可以減少上述所有缺陷和缺點。讓我們研究一下電路并弄清楚它是如何工作的。

現在在上面的電路中，您可以看到如果正弦信號的正半部分用作輸入，二極管 D2 將導通。現在上面的路徑（黃線）已經完成，運算放大器作為一個反相放大器，如果我們看點 P1，電壓為 0V，因為在該點形成了虛擬地，所以電流不能流過電阻R19，在輸出點P2，由于運算放大器正在補償二極管壓降，電壓為負0.7V，因此電流無法流向P3點。因此，只要將信號的正半周期施加到運算放大器的輸入端，我們就是如何實現 0V 輸出的。

現在讓我們假設我們已將正弦交流信號的負半部分應用到運算放大器的輸入端。這意味著施加的輸入信號小于 0V。

此時，二極管 D2 處于反向偏置狀態，這意味著它是開路的。上圖正好告訴你。

由于二極管 D2 處于反向偏置狀態，電流將流過電阻器 R22，在點 P1 處形成虛擬接地。現在，當施加輸入信號的負半部分時，我們將在輸出中得到一個正信號，作為其反相放大器。二極管將導通，我們將在 P3 點獲得補償輸出。

現在輸出電壓將為 -Vin/R2 = Vout/ R1

所以輸出電壓變為 Vout = -R2/R1* Vin

現在讓我們在示波器中觀察電路的輸出。

沒有任何負載的電路的實際輸出如上圖所示。

現在對電路進行分析，半波整流電路就足夠了，但在實際電路中，半波整流就沒有實際意義了。

正因為如此，才引入了全波整流電路，要實現全波精密整流，我只需要做一個求和放大器，基本就這些了。

使用運算放大器的精密全波整流器

為了制作全波精密整流電路，我剛剛在前面提到的半波整流電路的輸出端添加了一個求和放大器。從這一點來看，P1 到 P2 點是基本的精密整流電路，二極管的配置使我們在輸出端獲得負電壓。

從點P2到點P3為求和放大器，精密整流器的輸出通過電阻R3饋送到求和放大器。電阻器 R3 的值是 R5 的一半，或者您可以說它是 R5/2，這就是我們設置運算放大器 2 倍增益的方式。

在電阻 R4 的幫助下，來自點 P1 的輸入也被饋送到求和放大器，電阻 R4 和 R5 負責將運算放大器的增益設置為 1X。

由于 P2 點的輸出直接饋送到增益為 2X 的加法放大器，這意味著輸出電壓將是輸入電壓的 2 倍。假設輸入電壓為 2V 峰值，因此我們將在輸出端獲得 4V 峰值。同時，我們直接將輸入饋送到增益為 1X 的求和放大器。

現在，當求和操作發生時，我們在輸出端得到一個總和電壓，即 （-4V） + （+2V） = -2V，并作為輸出端的運算放大器。由于運算放大器配置為反相放大器，我們將在輸出端獲得 +2V，即 P3 點。

當施加輸入信號的負峰值時，也會發生同樣的情況。

上圖是電路的最終輸出，藍色波形是輸入，黃色波形是半波整流電路的輸出，綠色波形是全波整流電路的輸出。

所需組件

LM358 運算放大器 IC - 2

6.8K，1% 電阻 - 8

1K 電阻 - 2

1N4148 二極管 - 4

面包板 - 1

跳線 - 10

電源 （± 10V） - 1

原理圖，示意圖

使用運算放大器的半波和全波精密整流電路圖如下：

在此演示中，電路在原理圖的幫助下構建在無焊面包板上；為了減少寄生電感和電容，我將組件連接得盡可能近。

進一步增強

可以進一步修改電路以提高其性能，就像我們可以添加一個額外的濾波器來抑制高頻噪聲一樣。

該電路僅用于演示目的。如果您考慮在實際應用中使用此電路，則必須使用斬波型運算放大器和高精度 0.1 歐姆電阻來實現絕對穩定性。