3.2. Точный выпрямитель

Точный выпрямитель обеспечивает выпрямление входного сигнала в милливольтовом диапазоне без потери напряжения. Влияние падения напряжения на диодах уменьшается в А_драз. Точные выпрямители еще называют также схемами получения абсолютной величины. Точные выпрямители используются в вольтметрах переменного тока, при измерении мощности и в других измерительных схемах. Они также применяются при демодуляции амплитудно - модулированных колебаний со сравнительно низкой частотой несущей.

Одна из возможных схем точного выпрямителя показана на рис.3.3. Данное устройство обладает высоким входным сопротивлением за счет включения входного усилителя А1 по неинвертирующей схеме, что устраняет необходимость применения буферного усилителя. Усилитель А1 имеет коэффициент усиления, равный 1 при положительном входном сигнале и 2 при отрицательном входном сигнале. Кроме того, он управляет коэффициентом усиления усилителя А2. Усилитель, выполненный на А2, усиливает сигнал как по инвертирующему входу, так и по неинвертирующему. Усилитель А2 инвертирует выходной сигнал первого усилителя А1 с коэффициентом усиления, равным 1 при положительных значениях и 2 при отрицательных значениях входного сигнала. В то же время он усиливает входной сигнал, поступающий на его неинвертирующий вход, в 2 раза при положительных значениях и в 3 раза при отрицательных значениях входного сигнала. В результате этого общий коэффициент усиления схемы оказывается одинаковым как при положительных, так и при отрицательных значениях входного напряжения, а выходное положительное напряжение выходного усилителя А2 равно по абсолютному значению входного сигнала.

Рассмотрим работу схемы более подробно. Пусть входной сигнал положительный. Тогда выходной сигнал усилителя также будет положительным, при этом диод D1 – открыт, а D2 – закрыт. Усилитель А1 работает как повторитель напряжения с единичным коэффициентом усиления и напряжение на его инвертирующем входе равно входному. Усилитель А2 инвертирует напряжение, которое присутствует на инвертирующем входе усилителя А1, и усиливает его в R4/(R2+R3) = А_n = 1 раз. В тоже время А2 усиливает входной положительный сигнал, который поступает на его неинвертирующий вход, с коэффициентом (1+R4/(R2+R3)) = A_p = 2. На выходе схемы напряжение согласно принципа суперпозиции будет равно U_вых = A_pU_вх - А_nU_вх = U_вх (A_p -A_n) = U_вх (2-1) = U_вх. Т.е. на выходе формируется положительное напряжение, равное входному.

Когда на вход схемы поступает отрицательный сигнал, диод D1 закрывается, а диод D2 открывается. Усилитель А1 работает как неинвертирующий усилитель с коэффициентом равным (1+ R2/R1) = 2. Выходное напряжение в точке А будет равно 2U_вх. Это напряжение инвертируется и усиливается усилителем А2 с коэффициентом усиления равным R4/R3 = А_n = 2. В то же время усилитель А2 усиливает отрицательный входной сигнал, поступающий на его неинвертирующий вход с коэффициентом усиления, равным (1 + R4/R3) =А_p = 3. В результате выходное напряжение будет равно

U_вых = A_pU_вх - А_n 2U_вх = 3U_вх - 4U_вх = -U_вх.

Таким образом на выходе напряжение оказывается равным по абсолютной величине входному, но положительной полярности.

Резисторы R1, R2, R3 и R4 должны быть точно согласованы между собой, так как они определяют коэффициенты усиления усилителей А1 и А2. Для точного согласования резистор обратной связи R4 можно заменить двумя последовательно соединенными резисторами, один из которых следует взять подстроечным.

Временные диаграммы работы выпрямителя показаны на рис.3.4.