在利用直流输入型ADC对来自传感器的毫伏级交流信号(<700mV)进行采样前,常需要对微弱信号进行整流、放大;在对来自精密电压互感器、电阻分压器及变送器的较小信号(4V~10V)进行采样处理前,也要进行整流、滤波,以合乎后续测量电路对信号的要求。
图二正半波反相输出检波电路
将图二的中二极管反向,就可得到负半波反相输出的半波精密整流电路,如图三所示。
2.Ui<0且丨Ui丨很小时,与前述类似,D1、D2均截止,运放处于开环放大状态。丨Ui丨稍大一点点,运放就会输出较大正值,只要Uo1大于0.7V,就使D2导通,D1截止。D2和Rf串联引入负反馈,此时电路相当于反相比例运算电路,Rf=R1时输出为:Uo=-Rf/R1*Ui=-Ui综合1、2两点,该电路传输特性为:Uo=0(Ui>0);Uo=-Ui(Ui<0)。负半波反相输出,整流输出的平均值为正值。
在测控系统中,更为常用的是精密全波整流电路,其需要用两个运放单元,一个作精密半波整流,另一个完成全波信号的合成。如图五所示,它由图二检波器和图四反相加法器组成。
(1)Ui>0时,根据前述结论和图示参数,Uo1=-Ui;此时Uo=-Rf/R4*Ui-Rf/R5*Uo1=-Ui+2Ui=Ui=丨Ui丨;
(2)Ui<0时,Uo1=0V;
此时Uo=-Rf/R4*Ui-Rf/R5*0=-Ui=丨Ui丨。
综合(1)、(2)可知Uo=丨Ui丨,图五电路能完成全波整流功能。
工程实践中,常需要把整流后的脉动直流电变成平滑稳定的直流电,以满足测量和控制的要求。图六为实用的带输出滤波和输入缓冲的精密全波整流电路。
图一反相比例运算电路
图三负半波反相输出整流电路
1.Ui>0且很小,处于微伏级时,D1、D2均未导通,运放处于开环线性放大状态,OPA2188开环放大倍数大于120dB,Ui稍大一点点,运放就会输出较大的负值,使D1导通、D2截止。D1导通使运放进入深度负反馈状态,N点为虚地点,D1将运放输出Uo1钳位在-0.7V左右,如没有D1,运放将负向饱和输出,影响转换速度;D2截止且N点虚地,Rf中无电流,Uo=0。
图四反相比例加法电路
图四为反相比例加法电路,输出Uo为Ui1、Ui2单独作用时的输出之和即Uo=-Rf/R1*Ui1-Rf/R2*Ui2;图中平衡电阻R3=R1//R2//Rf。
图五有源全波整流电路
在图五所示电路中:
图六实用有源整流滤波电路
图六所示电路中,为降低器件本身对精度的影响,运放应选用低失调电压、零漂移、高开环放大倍数的类型;电阻选用0.1%精度的精密电阻;滤波电容C3选钽电容,且时间常数Rf•C3≥10T,T为信号周期。在利用直流输入型ADC对来自传感器的毫伏级交流信号(<700mV)进行采样前,常需要对微弱信号进行整流、放大;在对来自精密电压互感器、电阻分压器及变送器的较小信号(4V~10V)进行采样处理前,也要进行整流、滤波,以合乎后续测量电路对信号的要求。