浅谈遇到的几个运放精密整流电路

整流
二极管

 

　　一种将交流电能转变为直流电能的半导体器件。通常它包含一个PN结，有正极和负极两个端子。二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，
电流只能从二极管的正极流入，负极流出。

 

　　整流二极管（rec
tifier
diode）一种用于将交流电转变为直流电的半导体器件。二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。通常它包含一个PN结，有正极和负极两个端子。其结构如图所示。P区的载流子是空穴，N区的载流子是电子，在P区和N区间形成一定的位垒。外加电压使P区相对N区为正的电压时，位垒降低，位垒两侧附近产生储存载流子，能通过大电流，具有低的电压降（典型值为0.7V），称为正向导通状态。若加相反的电压，使位垒增加，可承受高的反向电压，流过很小的反向电流（称反向漏电流），称为反向阻断状态。整流二极管具有明显的单向导电性。整流二极管可用半导体锗或硅等材料制造。硅整流二极管的击穿电压高，反向漏电流小，高温性能良好。通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅制造（掺杂较多时容易反向击穿）。这种器件的结面积较大，能通过较大电流（可达上千安），但工作频率不高，一般在几十千赫以下。整流二极管主要用于各种低频半波整流电路，如需达到全波整流需连成整流桥使用。

 

　　（1）最大平均整流电流IF：指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流。该电流由PN结的结面积和散热条件决定。使用时应注意通过二极管的平均电流不能大于此值，并要满足散热条件。例如1N4000系列二极管的IF为1A。

 

　　（2）最高反向工作电压VR：指二极管两端允许施加的最大反向电压。若大于此值，则反向电流（IR）剧增，二极管的单向导电性被破坏，从而引起反向击穿。通常取反向击穿电压（VB）的一半作为（VR）。例如1N4001的VR为50V，1N4002-1n4006分别为100V、200V、400V、600V和800V，1N4007的VR为1000V

 

　　（3）最大反向电流IR：它是二极管在最高反向工作电压下允许流过的反向电流，此参数反映了二极管单向导电性能的好坏。因此这个电流值越小，表明二极管质量越好。

 

　　（4）击穿电压VB：指二极管反向伏安特性曲线急剧弯曲点的电压值。反向为软特性时，则指给定反向漏电流条件下的电压值。

 

　　（5）最高工作频率fm：它是二极管在正常情况下的最高工作频率。主要由PN结的结
电容及扩散电容决定，若工作频率超过fm，则二极管的单向导电性能将不能很好地体现。例如1N4000系列二极管的fm为3kHz。另有快恢复二极管用于频率较高的交流电的整流，如
开关电源中。

 

　　（6）反向恢复时间trr：指在规定的负载、正向电流及最大反向瞬态电压下的反向恢复时间。

 

　　（7）零偏压电容CO：指二极管两端电压为零时，扩散电容及结电容的容量之和。值得注意的是，由于制造工艺的限制，即使同一型号的二极管其参数的离散性也很大。手册中给出的参数往往是一个范围，若测试条件改变，则相应的参数也会发生变化，例如在25°C时测得1N5200系列硅塑封整流二极管的IR小于10uA，而在100°C时IR则变为小于500uA。

 

　　损坏原因

 

　　（1）防雷、过电压保护措施不力。整流装置未设置防雷、过电压保护装置，即使设置了防雷、过电压保护装置，但其工作不可靠，因雷击或过电压而损坏整流管。

 

　　（2）运行条件恶劣。间接传动的发电机组，因转速之比的计算不正确或两皮带盘直径之比不符合转速之比的要求，使发电机长期处于高转速下运行，而整流管也就长期处于较高的电压下工作，促使整流管加速老化，并被过早地击穿损坏。

 

　　（3）运行管理欠佳。值班运行人员工作不负责任，对外界负荷的变化（特别是在深夜零点至第二天上午6点之间）不了解，或是当外界发生了甩负荷故障，运行人员没有及时进行相应的操作处理，产生过电压而将整流管击穿损坏。

 

　　（4）设备安装或制造质量不过关。由于发电机组长期处于较大的振动之中运行，使整流管也处于这一振动的外力干扰之下；同时由于发电机组转速时高时低，使整流管承受的工作电压也随之忽高忽低地变化，这样便大大地加速了整流管的老化、损坏。

 

　　（5）整流管规格型号不符。更换新整流管时错将工作参数不符合要求的管子换上或者接线错误，造成整流管击穿损坏。

 

　　（6）整流管安全裕量偏小。整流管的过电压、过电流安全裕量偏小，使整流管承受不起发电机励磁回路中发生的过电压或过电流暂态过程峰值的袭击而损坏。

　　1.综述

　　在学习整流电路的时候，介绍的半波整流，一个二极管就可以，全波整流，需要四个二极管。 二极管的正向压降有0.7V，一般不怎么考虑这个比较小的压降，但是在放大器的交越失真，整流电压比较低的时候，电流比较大的时候，0.7V的压降也要考虑其中，这也就是为什么出现如此多种类二极管。快速，超快，肖特基等等。

　　2.精密整流型电路

　　2.1超级二极管

　　使用精密整流电路的输入信号常常比较小，0.7V的管压降已经不得不考虑。为了体现出这种0.7V的误差，出现了超级二极管。

　　3点的电压跟随1点的电压，但是运算放大器的输出2点的电压，会一直比3点的电压高0.7V，即V2=V3+0.7V，将一个二极管接入反馈回路中，可以有效的消除任何由二极管正向压降产生的误差，为了强调负反馈的显著作用，把二极管和放大器的这种组合称为超级二极管。

　　2.2经典型整流电路

　　这种电路在网上称为经典型的精密整流电路，电组之间的关系为：R4=R5=R3=R，R6=R2=2R，

　　分析电路的时候，输入是交流

　　当Vin》0时，U1A的输出低，D2截止，D1导通，R4，R5，U1三者构成放大倍数为-1的放大器;U1B，R2，R3，R6构成反向加法器。设U1A的输出为V1，经过R2，R3后，输出V21=2Vin，输入信号经过，R6，R2后输出V22=-Vin；根据叠加原理，输出Vout=V21+V22=2Vin+（-Vin）=Vin

　　当Vin《0时，U1A的输出高，D1截止，D2导通，根据虚短，R5的左端和R3的右端都相当于“接地”，电位相等，则R5，R3上没有电流流过，不予考虑。此时，R2，R6，U1B构成放大倍数为-1的放大器，输出Vout=-Vin，输出Vout= -Vin

　　根据上面的分析可知，实现了输入电压的正半轴电压不变，负半轴的电压翻转的效果，实现了整流。

　　2.3等值电阻型整流电路

　　电阻之间的关系为：R3=R4=R5=R6=R7=R;

　　这个电路是最近在使用的一个电路，按照上面的分析，有：

　　当Vin》0时，U1B的输出低，D2截止，D1导通，R3，R5，U1B三者构成放大倍数为-1的放大器;U1C，R6，R7构成放大倍数为-1的放大器，设U1B的输出为V1，经过R6，R7后，输出Vout=-V1=-（-Vin）=Vin。

　　当Vin《0时，U1B的输出高，D2导通，D1截止，此时U1B的反馈存在两条，一路是R3，R5，R6；另一路是R3，R4。根据虚短的关系，可以设在R6右端的电压为V1，则有（Vin-0）/R3=（（0-V1）/R5+R6）+（0-V1）/R4）

　　计算可得，V1=-（Vin*2）/3 再根据（V1-0）/R5+R6=（Vout-V1）/R7，计算可得Vout=-Vin

　　3.总结

　　上面的两种电路，第一种经典型，只要实现电阻的匹配就很容易达到要求。第二种等值型的电路存在两条负反馈电路，分析较难，性能也比较难达到要求。但是同样的实现了Vout=|Vin|的效果。