利用单电源运算放大器构建全波整流电路

利用单电源运算放大器构建全波整流电路使用单电源运算放大器时，在双极性信号环境下实现简单功能可能也非常具有挑战性，往往要求附加运算放大器和/或其他电子元件。现在有了替代方案。MAX44267具有独特的内置电荷泵，使用单电源供电可实现双电源轨性能。电路设计图1所示的电路中使用具有真正零输出的MAX44267单电源、双运放实现全波整流器，该放大器仅使用了单个电源轨。电路已经存在了很长时间。电路要求负电源，以使XI放大器输出等于输入电压0.5倍的负电压。注意，输入为正值时，XI的增益为-0.5V/V再加上二极管压降，所以OPI节点恰好等于输入的-0.5倍。输入摆动至负值时，X1被二极管D1截断，由于电阻分压（R1+R2与R3）的原因，OPI节点也为输入电压的一半。然后放大器X2提供进一步增益（-2V/V），修正较早的50%衰减。R1、R2和R3为标准值，而R4很容易用两个120kΩ电阻并联实现。全部4个电阻的比值非常重要：R2=0.5×R1；R4=2×R3；以及R1+R2+R3=R4。二极管Dl可以为任意低泄漏信号二极管，例如1N914。电容C1有助于降低MAX44267的电荷泵噪声。低频时，输出几乎无误差。在图2所示的输出过零点，仅有8mV的失真。这是由于XI放大器必须从被Dl截断的状态恢复造成的。然而其他大多数只有单电源的放大器，输入过零时，输出达不到真正零输出。随着频率升高，输出开始显现出较大失真。以下的示波器截图中，给出了各种输入幅值和频率时的情况。图3、4和5所示分别为200mVp-p输入信号在200Hz、lkHz和lOkHz时的情况：数据表明，频率限制了电路结构。尤其是运放X1需要有限时间从开路状态恢复，必须以其最大速率摆动，以跟踪输入。目前为止，仅仅展示了小信号，但该结构也能处理较大的信号幅值。注意，尽管波形看起来好得多，但踪迹缩放比例隐藏了在低幅值信号上可见的误差。图6、7和8所示分别为4Vp-p输入信号在200Hz、lkHz和lOkHz时的情况：总结双极性输入信号的全波整流通常要求电路采用双电源工作，本文介绍的方案采用大多数系统中常见的单电源。在放大器带宽、摆率以及建立性能的限制范围内，能够对较宽范围的信号幅值和频率进行整流，误差很小。简单的4个电阻比支持免微调组装，而斩波稳定放大器使失调和漂移可忽略不计。