利用二極管的單向?qū)щ娞匦?,和放大器的?yōu)良放大性能相結(jié)合,可做到對(duì)輸入交變信號(hào)(尤其是小幅度的電壓信號(hào))進(jìn)行精密的整流,由此構(gòu)成精密半波整流電路。若由此再添加簡(jiǎn)單電路(甚至是一只電阻)即可構(gòu)成精密全波整流電路。
對(duì)二極管單向?qū)щ姷陌l(fā)明,奠定了無(wú)線(xiàn)電的基礎(chǔ),在控制電流方向的基礎(chǔ)上,進(jìn)而控制電流的大小(三極管),則完成了由簡(jiǎn)單控制向自動(dòng)化、智能化控制的華麗轉(zhuǎn)身?,F(xiàn)代化的進(jìn)程中,半導(dǎo)體器件確實(shí)居功甚偉。閑話(huà)少說(shuō),回過(guò)頭來(lái),先說(shuō)一下二極管。
二極管是個(gè)兩線(xiàn)端元件,有陽(yáng)極、陰極兩個(gè)引線(xiàn)端,其特性是單向?qū)щ姡瑥亩赏瓿烧?、隔離等基本工作任務(wù)。對(duì)于常用的硅整流二極管來(lái)說(shuō),只要或只有陽(yáng)極電壓高于陰極電壓(約0.6v左右)即可實(shí)現(xiàn)正偏(稱(chēng)正向偏壓)導(dǎo)通。反之,當(dāng)陰極電壓高于陽(yáng)極電壓時(shí),稱(chēng)為反偏截止。在二極管正偏導(dǎo)通期間,往往可以忽略其導(dǎo)通壓降,將其認(rèn)為是一根導(dǎo)線(xiàn);在反偏截止期間,因其漏電流小到可以忽略不計(jì),則可以視為開(kāi)路,貌似這個(gè)元件不存在一樣。因而,二極管即不同于電阻(有固定的電阻值,非通非斷),也不同于電容(是個(gè)瞬時(shí)通電元件),其性格鮮明脾氣直爽,要么是通,要么是斷,通、斷都非常利落!
二極管的導(dǎo)通壓降約為0.6v,此導(dǎo)通壓降又稱(chēng)為二極管門(mén)坎電壓,意謂著邁過(guò)0.6v這個(gè)坎,二極管才由斷態(tài)進(jìn)入到通態(tài)。常規(guī)整流電路中,因整流電壓的幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于二極管的導(dǎo)通壓降,幾乎可以此無(wú)視門(mén)坎電壓的存在。但在對(duì)小幅度交變信號(hào)的處理中,若信號(hào)幅度竟然小于0.6v,此時(shí)二極管縱然有一身整流的本事,也全然派不上用場(chǎng)了。
在二極管茫然四顧之際,它的幫手——有優(yōu)良放大性能的運(yùn)算放大器的適時(shí)出現(xiàn),改變了這種結(jié)局,二者一拍即合,小信號(hào)精密半波整流電路即將高調(diào)登場(chǎng)。請(qǐng)看圖一。
圖一 半波精密整流電路及等效電路
上圖電路,對(duì)輸入信號(hào)的正半波不予理睬,僅對(duì)輸入信號(hào)的負(fù)半波進(jìn)行整流,并倒相后輸出。在輸入信號(hào)的正半波輸入期間,微小的輸入信號(hào)即使放大器輸入端變負(fù),二極管d1正偏導(dǎo)通(相當(dāng)于短接),d2反偏截止(相當(dāng)于斷路),形成電壓跟隨器模式,因同相端接地,由虛短特性可知,輸出端仍能保持零電位。如圖一中的b電路所示;在輸入信號(hào)的負(fù)半波期間,微小的輸入信號(hào)即使輸出端變正,二極管d1反偏截止,d2正偏導(dǎo)通,形成反相(放大)器的電路模式,對(duì)負(fù)半波信號(hào)進(jìn)行了倒相輸出。如圖一中的c電路所示。
在工作過(guò)程中,兩只二極管默契配合,一開(kāi)一關(guān),將輸入正半波信號(hào)關(guān)于門(mén)外,維持原輸出狀態(tài)不變;對(duì)輸入負(fù)半波信號(hào)則放進(jìn)門(mén)來(lái),幫助其翻了一個(gè)跟頭(反相)后再送出門(mén)去。兩只二極管的精誠(chéng)協(xié)作,再加上運(yùn)算放大器的優(yōu)良放大性能,配料充足,做工地道,從而做成了精密半波整流這道“大餐”。
如果調(diào)整反饋電阻r2的阻值,使r2=2r1,再與輸入信號(hào)相混合,則形成全波精密整流電路,如圖二所示。
圖二 精密全波整流電路及波形圖
將n1放大器的反饋電阻r2增大,使r2=2r1,使其將整流信號(hào)反相放大兩倍后輸出,再與輸入信號(hào)相加,其整流的+10v與輸入負(fù)半波的-5v相加,10+(-5)=5,恰好能將負(fù)半波“消滅”掉,得到全波整流電壓。
所謂魔電(模電),如果能夠識(shí)破其變身術(shù),只剩下一個(gè)個(gè)的電路模型,又何魔之有?如果有足夠的空余時(shí)間,我真想完全拋開(kāi)“虛短”、“虛斷”、“虛地”等概念,再“新解”一下運(yùn)算放大器的基本電路。
所謂“新解”,屬咸慶信個(gè)人之解,非正統(tǒng)非科班非完全正確之解,只是通俗之解權(quán)宜之解旁門(mén)之解,若解之有誤,相信各位當(dāng)能諒之。