在利用直流輸入型ADC對來自傳感器的毫伏級交流信號（＜700mV）進行采樣前，常需要對微弱信號進行整流、放大；在對來自精密電壓互感器、電阻分壓器及變送器的較小信號（4V～10V)進行采樣處理前，也要進行整流、濾波，以合乎后續測量電路對信號的要求。

對于毫伏級信號，由于二極管存在死區電壓，二極管根本打不開，談不上整流；對于較小信號，由于二極管正向伏安特性是非線性的，且正向壓降隨溫度而變化，將使整流波形失真，并導致不能忽略的誤差。這時就必須采用由運放和二極管構成的有源整流電路，利用運放的高開環增益和深度負反饋特性，來克服二極管死區電壓及非線性失真，能做到從微伏級信號開始，輸出與輸入之間就具有良好的線性關系；有源整流電路的死區電壓非常小，等于二極管的正向壓降與運放開環增益的比值。后文將按精密半波檢波、放大及濾波電路和全波精密整流、濾波及放大電路的順序，進行逐步說明。

圖一 反相比例運算電路

圖二 正半波反相輸出檢波電路

圖一為反相比例運算電路，同相端接參考地，Up=0V，運放反相端為虛地點，Un=0V;由于Up=Un=0V，沒有共模信號輸入，抗干擾性能好。但對信號Ui來說，負載電阻為R1，不足夠大，即反相比例電路的輸入電阻比較小，使用時要用電壓跟隨器進行隔離，以使用其優點，避開其缺點。反相比例輸出Uo=-Rf/R1*Ui，負號表明輸出與輸入是倒相關系， Rf=R1時，Uo=-Ui，是倒相器;Rf＞R1,丨Uo丨＞｜Ui丨，是 放大器；Rf＜R1則成為衰減器。在反相比例運算電路的反饋環內插入圖二所示二極管，就構成了 正半波反相輸出的高精度半波整流電路。Ui＜0時，經反相后，Uo＞0, 超過0.7V后，D1將導通，D2截止。D1導通為運放提供深度負反饋，并將運放輸出鉗位在0.7V左右，限制運放進入飽和，提高轉換速度，反相端成為虛地點 ，加之D2截止 ，Rf中無電流，Uo=0 ; Ui＞0 時，運放輸出為負，D1截止，只要運放1腳輸出小于-0.7V 左右的電壓，D2就會導通，此時電路相當于反相比例運算電路 ， Uo=-Rf/R1*Ui =-Ui ；綜合前述，該電路傳輸特性為：Uo=0 (Ui＜0) ；Uo= -Ui (Ui＞0) 。

將圖 二的中二極管反向，就可得到負半波反相輸出的半波精密整流電路，如圖三所示。

圖三 負半波反相輸出整流電路

1. Ui＞0 且很小 ，處于微伏級時，D1、D2均未導通，運放處于開環線性放大狀態，OPA2188開環放大倍數大于120dB，Ui稍大一點點，運放就會輸出較大的負值，使D1導通、D2截止。D1導通使運放進入深度負反饋狀態，N點為虛地點， D1將運放輸出Uo1鉗位在-0.7V左右，如沒有D1,運放將負向飽和輸出，影響轉換速度 ；D2截止且N點虛地，Rf中無電流，Uo=0 。

2. Ui＜0 且丨Ui丨很小時，與前述類似，D1、D2均截止，運放處于開環放大狀態。丨Ui丨稍大一點點，運放就會輸出較大正值，只要Uo1大于0.7V，就使D2導通，D1截止。D2和Rf串聯引入負反饋，此時電路相當于反相比例運算電路，Rf=R1時輸出為：Uo=-Rf/R1*Ui=-Ui 綜合1、2兩點，該電路傳輸特性為：Uo=0 (Ui＞0) ；Uo=-Ui (Ui＜0) 。負半波反相輸出，整流輸出的平均值為正值。

圖四 反相比例加法電路

圖四為反相比例加法電路，輸出Uo為Ui1、Ui2單獨作用時的輸出之和即Uo=-Rf/R1*Ui1-Rf/R2*Ui2 ; 圖中平衡電阻R3=R1//R2//Rf 。

在測控系統中，更為常用的是精密全波整流電路，其需要用兩個運放單元，一個作精密半波整流，另一個完成全波信號的合成。如圖五所示，它由圖二檢波器和圖四反相加法器組成。

圖五 有源全波整流電路

在圖五所示電路中：

（1）Ui＞0時，根據前述結論和圖示參數，Uo1=-Ui ；此時Uo=-Rf/R4*Ui-Rf/R5*Uo1 =-Ui+2Ui=Ui= 丨Ui丨;

（2）Ui＜0時，Uo1=0V ;

此時Uo=-Rf/R4*Ui-Rf/R5*0 =-Ui =丨Ui丨 。

綜合(1)、(2)可知Uo=丨Ui丨，圖五電路能完成全波整流功能。

工程實踐中，常需要把整流后的脈動直流電變成平滑穩定的直流電，以滿足測量和控制的要求。圖六為實用的帶輸出濾波和輸入緩沖的精密全波整流電路。

圖六 實用有源整流濾波電路

圖六所示電路中，為降低器件本身對精度的影響，運放應選用低失調電壓、零漂移、高開環放大倍數的類型;電阻選用0.1%精度的精密電阻;濾波電容C3選鉭電容，且時間常數Rf?C3≥10T ，T為信號周期。

編輯：黃飛

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