全波橋式整流器可將交流信號轉(zhuǎn)換為全波直流信號。 通常，由四個二極管組成的電橋可實現(xiàn)全波整流。 圖1所示為以串聯(lián)對排列的四個二極管，其中每半個周期內(nèi)有兩個二極管傳導(dǎo)電流。 在任意給定時刻，兩個二極管正向偏置，另外兩個二極管則反向偏置，有效消除傳導(dǎo)電流。
結(jié)果輸出直流，且每半個周期內(nèi)流過負(fù)載的電流均相同。 若要將整流器用作直流電源，可在輸出端添加一個濾波電容。 該電橋電路的主要優(yōu)勢是它不需要特殊的中心抽頭變壓器，從而縮小尺寸并降低成本。
然而，這款經(jīng)典電路有諸多不足之處。 流過負(fù)載的電流是單向的，因此負(fù)載上的直流電壓平均值應(yīng)當(dāng)?shù)扔冢?/p>
公式1 :
然而，實際上在每半個周期內(nèi)，電流流過兩個二極管，因此輸出電壓幅度等于兩個二極管的壓降，小于輸入幅度。
例如，若峰值輸入為5 V，則峰值輸出約為3.8 V。紋波頻率等于電源頻率的兩倍;又比如，采用60 Hz電源，則紋波頻率等于120 Hz。 此外，電路還受到交越失真和溫度漂移的影響。
圖1. 經(jīng)典橋式整流器
圖2中的電路通過兩個低成本、高性能差動放大器和兩個低成本二極管，改進了經(jīng)典的四個二極管電橋性能，消除了輸出端損失。 相比傳統(tǒng)技術(shù)，此方案具有更佳的精度、更低的成本和更低的功耗。
該電路中的VIN為正弦波。 二極管D1在正半周期內(nèi)導(dǎo)通。 放大器A1和A2均用作逆變器。 其結(jié)果可在VOUT端產(chǎn)生正電壓，幅度與輸入端的幅度完全一致。 二極管D2在負(fù)半周期內(nèi)導(dǎo)通。 此時放大器A1增益等于–2/3，而A2增益等于+3/2。–1凈增益能為VOUT帶來正電壓，幅度與輸入端幅度相反。 該組合可形成一個無損失全波整流器。 可在高達(dá)10 kHz的頻率下對高達(dá)±10 V的信號進行整流。
圖2. 簡單全波整流器
這種設(shè)計有幾個固有的性能優(yōu)勢，比如成本、交越失真、增益誤差和噪聲。 整流輸出的增益精度由10 k?電阻確定。 這些激光晶圓調(diào)整電阻精確匹配，確保增益誤差低于0.02%。 電路的噪聲增益只有2，因此噪聲、失調(diào)和漂移更低。
圖3. 簡單全波整流器性能
圖3所示為采用1 kHz 20 V p-p輸入信號時的電路性能。 輸出與輸入正周期重疊意味著差動放大器出色的輸入輸出特性產(chǎn)生的損失可以忽略不計。
與經(jīng)典電路不同，新電路中兩個二極管的性能不會對輸出電壓產(chǎn)生影響。 因此，與溫度有關(guān)的性能更佳。
采用兩個差動放大器和兩個二極管組成的精密全波整流器相比傳統(tǒng)設(shè)計具有諸多優(yōu)勢， 尤其是該設(shè)計的輸出電壓相對于輸入電壓無損失。 該差動放大器解決方案不存在交越恢復(fù)問題并經(jīng)優(yōu)化以在廣泛溫度范圍內(nèi)獲得低漂移。
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