CN216904692U

CN216904692U - 一种无零点漂移的有源整流器

Info

Publication number: CN216904692U
Application number: CN202123331070.XU
Authority: CN
Inventors: 崔建国; 宁永香; 崔燚
Original assignee: Shanxi Institute of Technology
Current assignee: Shanxi Institute of Technology
Priority date: 2021-12-28
Filing date: 2021-12-28
Publication date: 2022-07-05
Anticipated expiration: 2031-12-28

Abstract

本实用新型公开了一种无零点漂移的有源整流器，输入信号IN通过电阻R1、电容C1连接运放IC1的2脚，输出1依次通过二极管D1、二极管D2连接输出2端构成输出电路，运放IC1的输出端6脚连接电容C2的左端，电容C2的右端连接二极管D1的正极，同时电容C2的右端连接二极管D2的负极，电阻R2构成负半周反馈电路，电阻R3构成有源整流器正半周反馈电路，二极管D1的负极通过电阻R2连接电容C1的左端，二极管D2的正极通过电阻R3连接电容C1的左端，电阻R5、电位器P1、电阻R6构成有源整流器输出端正负可调信号的对称性设定电路，P1的滑动端连接地，输出1端输出负半周信号，输出2端输出正半周信号。

Description

一种无零点漂移的有源整流器

技术领域

本实用新型涉及一种有源整流器设计的技术，尤其一种无零点漂移的有源整流器，这种有源整流器电路，以运算放大集成电路为核心，在输入端以及输出端利用隔直电容将直接耦合电路转换为阻容耦合电路，实现了零点漂移的隔离，基本消除有源整流器的零点漂移。

背景技术

当放大电路输入电压为零时，输出还有缓慢变化的电压产生，输出电压偏离起始值而上下波动，使输出端产生缓慢变化的电压，称为零点漂移概念，它又被简称为零漂，在漂移现象严重的情况下，往往会使有效信号“淹没”，使放大电路不能正常工作，因此，需要找出产生零漂的原因和抑制零漂的方法。

这种变化十分缓慢的信号（频率很低、几乎为零，但不能认为频率等于零）称为直流信号，但直流信号不同于直流电，故由于零漂现象而产生的输出电压可以认为是直流信号，这是区别于正常输出信号的显著特点。

放大电路由于受温度变化，电源电压不稳等因素的影响，使静态工作点发生变化，并被逐级放大和传输，导致电路输出端电压偏离原固定值而上下漂动，是放大电路产生零漂的根本原因，故可以认为零点漂移就是静态工作点的漂移。

所以，无论何种类型的模拟放大电路，都可以按照以上思路，即从“零漂信号的频率特点”以及“静态工作点漂移”这两个特征，来实现“无零点漂移”的设计。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、造价低廉、使用可靠的有源整流器设计技术。

为实现上述目的，本实用新型提供一种无零点漂移的有源整流器，其包括输入隔直电路、输出隔直电路、反向比例运算放大电路、有源整流器正半周反馈电路、有源整流器的负半周反馈电路、有源整流器的输出电路、有源整流器输出端正负可调信号的对称性设定电路，运放IC1与反馈电阻R4、输入电阻R1构成所述反向比例运算放大电路，正弦波输入信号IN 依次通过输入电阻R1、所述输入隔直电路电容C1连接运放IC1的反相输入端2脚，输出1端依次通过反向二极管D1、反向二极管D2连接输出2端构成所述有源整流器的输出电路，运放IC1的输出端6脚连接所述输出隔直电路电容C2的左端，电容C2的右端连接二极管D1的正极，电阻R2构成所述有源整流器的负半周反馈电路，电阻R3构成所述有源整流器正半周反馈电路，二极管D1的负极通过电阻R2连接电容C1的左端，二极管D2的正极通过电阻R3连接电容C1的左端，输出1端依次通过电阻R5、电位器P1的电阻体、电阻R6连接输出2端构成所述有源整流器输出端正负可调信号的对称性设定电路，电位器P1的滑动端连接工作地，输出1端与输出2端之间输出与输入信号IN反相后的正弦波信号。

所述反向比例运算放大电路，运放IC1的输出端6脚通过电阻R4连接运放IC1的反相输入端2脚，运放IC1的1脚通过电容C2连接运放IC1的8脚。

附图说明

附图1、附图2用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，附图1是无零点漂移的新颖有源整流器电气原理；附图2是无零点漂移有源整流器输入与输出端波形示意图。

具体实施方式

传统意义上的有源整流器，通常应用在电源设计领域，比如需要一个有源的全波整流器就需要四个MOS管或一个IGBT，又或需要四个可控硅，它是通过控制MOS管处于“开关”状态，使耗能尽量降低。

本文研究的有源整流器不属于电源领域的有源整流器，它可以实现这种特殊功能：将电路输入端的完整正弦波信号可以分别整流出正半周正弦信号和负半周正弦信号，这是一种有特殊意义或作用的有源整流器，属于弱电领域对模拟电信号的处理。

在这种有源整流器电路中，通常需要应用运算放大器实现对模拟电信号的处理，高质量的放大电路应该具有高的电压增益和小的零点漂移，这是一对矛盾。

由于集成运算放大器内部前后级电路采用了直接耦合方式，必须采用特殊形式的电路使漂移电压互相抵消，故集成运放电路输入级采用差分放大电路，差分放大电路对共模信号起抑制作用，对差模信号起放大作用，故差分放大电路可以消除零点漂移，这里的零点漂移通常指温度漂移，即由于晶体管的参数随着环境温度的变化而变化所造成的。

但引起零点漂移的外界因素除了温度漂移，还有另外两个原因：第二是时间漂移，即由于晶体管和其它元件的参数本身老化作用引起，与电路设计无关；第三个原因是电源电压变化引起的漂移, 即当电源电压变化时，电路的直流电平配置收到某种破坏而导致输出零点的变动。

引起零点漂移的上述三个因素可能同时存在，故集成运算放大器组成的放大电路的零点漂移仍不可避免，这样就会使有源整流器电路输出的整流电压产生误差，这在那些需要精确测量的应用中是很有害的。

当然这种零点漂移是可以通过校正而被消除的，但就是这种校正，会引起温度变化和电源电压波动，从而使电路出现更多的问题。

本设计所展示的有源整流器电路，是不受零点漂移所影响的，其电气原理如图1所示，从图可以看到，该整流器电路包括输入隔直电路、输出隔直电路、反向比例运算放大电路、有源整流器正半周反馈电路、有源整流器的负半周反馈电路、有源整流器的输出电路、有源整流器输出端正负可调信号的对称性设定电路等。

该有源整流器之所以不受零点漂移所影响，源于该电路不同于普通有源整流器的新颖结构，以集成运算放大器电路IC₁为核心组成的反相比例运算放大电路有可能存在由于电源电压变化引起的零点漂移或温度漂移和时间漂移，而且前级信号源电路也有同样的零点漂移现象，见图1，借助于隔直电容器C₁将运算放大器的输入端与直流电压源V_CC（±12V，见图1）相隔离，同时借助于隔直电容器C₂将运算放大器的输出端与直流电压源V_CC相隔离。

如果该有源整流器电路没有C₁、C₂这两个隔直电容的话，它将是一个普通的有源整流器电路，由于电容对直流量的电抗为无穷大，实际上电容C₁、C₂的引入，使电路耦合形式由直接耦合变化为阻容耦合，阻容耦合放大电路各级之间的直流通路各不相通，各级的静态工作点相互独立，故阻容耦合放大电路可以将零点漂移隔离在本级电路内部，而只要输入信号频率较高，耦合电容C₁、C₂容量较大，前级的输出信号就可以几乎没有衰减地传递到后级的输入端。

在电路图中，借助于开关二极管（高频整流作用）D₁和反馈电阻R₂实现信号源为负半周极性时的电信号反馈，同样由开关二极管（同样高频整流作用）D₂和反馈电阻R₃实现信号源为正半周极性时的电信号反馈。

IC₁反向输入端与输出端之间通过电阻R₄引入局部反馈，这时IC₁与***电路实际构成一个反相比例运算放大电路，属于线性放大器范畴，所以R₄控制着运算放大器的输出直流电压设定值，运放输出值参照反相比例运算放大电路公式计算即可，如下式：

其中电压单位为伏特，电阻单位欧姆。

在有源整流器的输出端，我们可以获得输入电压被整流了的交流分量，在输出1和输出2之间会出现经过整流后的正弦波信号：输出1和工作地之间为整流后的正半周正弦信号；而输出2和工作地之间为整流后的负半周正弦信号，如图1所示。

这时要注意IC₁已经将输入信号反相，以致使负半周输出信号为正（输出1），而正半周输出信号为负（输出2），电位器P₁用来设定正负可调信号的对称性。

以上结论可以这么理解，当一个输入IN信号分别通过电阻R2及电阻R3同时到达输出1和输出2时，由于有电位器P₁的存在，而电位器P₁用来设定有源整流器输出端正负可调信号的对称性，再加上该有源整流器的输出信号指的是在输出1和输出2之间信号，故同时到达输出1和输出2的同一个IN信号会相互抵消，而不管IN信号为正半周“+”信号，还是为负半周“-”信号。

进一步详细解释：当输入正弦交流信号IN为正半周时（信号电平为正），一部分正电平IN信号通过输入电阻R₁同时到达输出1和输出2（通过电阻R2及电阻R3），这两个正电平信号相互抵消，而正半周正电平IN信号的另一部分通过隔直电容C₁进入反相比例运算放大电路IC₁的反相输入端，由上述计算公式可知，IC₁的输出信号是与IN信号反相、且放大10倍（由图1电路电阻R₁与电阻R₄的参数可以计算）的负电平信号，二极管D₁截止，二极管D₂导通，输出2端输出与当前IN信号反相的负电平信号，如图2所示，其中U_in指整流器输入端IN的电压信号。

同理，当输入正弦交流信号IN为负半周时（信号电平为负），一部分负电平IN信号通过输入电阻R₁同时到达输出1和输出2（同样通过电阻R2及电阻R3），这两个负电平信号相互抵消，而负半周负电平IN信号的另一部分通过隔直电容C₁进入反相比例运算放大电路IC₁的反相输入端，由上述计算公式可知，IC₁的输出信号是与IN信号反相、且放大10倍的正电平信号，二极管D₂截止，二极管D₁导通，输出1端输出与当前IN信号反相的正电平信号，如图2所示，其中U_1-2指整流器输出1端与输出2端之间的电压信号。

注意事项：正是由于隔直电容的存在，可以使零点漂移隔离在本级电路内部，所以对于以上电路的各检测点的信号进行测量时，仪表电源必须与运算放大器的电源完全隔离。

该有源整流器电路对于精密应用来说，整个电路应当使用误差为1%的电阻，而二极管也应进行筛选，观察它们是否有相同的正向饱和压降。

该有源整流器的最大输入信号电压为4V_p-p（幅度峰峰值），频率上限可高达20kHz。

运算放大器由一个对称的6~12V电源供电，耗电非常小（数毫安）。

这种具有特殊作用的有源整流器电路，以运算放大集成电路为核心，在输入端以及输出端利用隔直电容将直接耦合电路转换为阻容耦合电路，实现了零点漂移的隔离，基本消除有源整流器的零点漂移。

Claims

1.一种无零点漂移的有源整流器，其特征在于：所述整流器包括输入隔直电路、输出隔直电路、反向比例运算放大电路、有源整流器正半周反馈电路、有源整流器的负半周反馈电路、有源整流器的输出电路、有源整流器输出端正负可调信号的对称性设定电路，运放IC1与反馈电阻R4、输入电阻R1构成所述反向比例运算放大电路，正弦波输入信号IN 依次通过输入电阻R1、所述输入隔直电路电容C1连接运放IC1的反相输入端2脚，输出1端依次通过反向二极管D1、反向二极管D2连接输出2端构成所述有源整流器的输出电路，运放IC1的输出端6脚连接所述输出隔直电路电容C2的左端，电容C2的右端连接二极管D1的正极，电阻R2构成所述有源整流器的负半周反馈电路，电阻R3构成所述有源整流器正半周反馈电路，二极管D1的负极通过电阻R2连接电容C1的左端，二极管D2的正极通过电阻R3连接电容C1的左端，输出1端依次通过电阻R5、电位器P1的电阻体、电阻R6连接输出2端构成所述有源整流器输出端正负可调信号的对称性设定电路，电位器P1的滑动端连接工作地，输出1端与输出2端之间输出与输入信号IN反相后的正弦波信号。

2.根据权利要求1所述的一种无零点漂移的有源整流器，其特征在于：所述反向比例运算放大电路，运放IC1的输出端6脚通过电阻R4连接运放IC1的反相输入端2脚，运放IC1的1脚通过电容C2连接运放IC1的8脚。