提高有源整流性能的电路

整流器能把交流信号变换成直流信号。如果交流信号源的信号振幅比二极管的正向压降（一般为0.6V）大得多，那你就可以用一只二极管和一只负载电阻组成一个半波整流器。令人遗憾的是，你不能用这种方法来整流比二极管的压降还小的信号。使用放大器的有源整流器适用这些应用场合。二极管连接在放大器的反馈环路内（图1）。当VIN＞0V时，二极管提供负反馈，输出电压VOUT2随输入电压而变化（VOUT2=VIN）。当VIN＜0V时，二极管不导通，放大器处于开环状态，VOUT2近似等于0V。图2示出了图1所示电路的响应曲线，输出波形用绿色表示，输入波形用红色表示。


图1  这一电路是典型的半波整流电路。


图2  这些信号出现在图1所示电路的输入端（红色）和输出端（绿色）。

如果VIN＜0V，则放大器起比较器的作用。放大器的负输入端的电位高于它的正输入端，所以它的输出信号VOUT1饱和而达到VEE。当输入信号再次变为正时，放大器不得不退出饱和状态，并以其转换速度和饱和复原时间允许的速度迅速做出响应。这一响应需要一些时间，而该输入信号可以随放大器准备对正输入信号做出响应的时间发生变化。输出端VOUT1的信号（红色）和输出端VOUT2的信号（绿色）说明了这一点（图3）。VOUT2的波形与其图2中的波形相同。请注意比例因子的变化。VOUT1是在正输入时的较高的二极管压降，并在负输入时饱和达到VEE。响应的时延可能会造成输出信号的重大误差。


图3  这些信号是出现在图1所示电路中VOUT2输出端的波形（绿色）和VOUT1输出端的波形（红色）。

例如，一个具有2.5V/μS转换速度并饱和达到-2.5V的放大器，至少要用1μS的时间才能准备好对正输入信号做出响应。在这段时间内，快速输入信号已发生变化，所以整流就从输入信号的错误部分开始。减小这一误差的一种方法就是使用高转换速率的放大器，但这种方法是以大功耗为代价的。另一种方法是使用倒相放大器和两只二极管，后面再连接一个增益为1的倒相放大器，以实现非倒相整流。图4所示电路是一种单级非倒相整流器，它可以提高整流的精确度并降低功耗。在这一电路中，AD8561型放大器用作比较器，AD8591起整流作用。



图4  此电路大大提高了图1所示电路的性能。

当VIN＞0V时，AD8561的输出是高电压，AD8591起跟随器的作用。当VIN＜0V时，AD8561的输出为低电压，AD8591不工作。由于不工作，AD8591的输出端处于高阻抗状态，所以仍然为0V左右，而不是像在前一个电路中那样饱和达到VEE。当VIN变正时，放大器开始工作，再次随输入信号而变化。这一接通时间（即开始工作所花的时间）要比前一电路中饱和复原时间和转换速度所限定的响应时间短得多。图5示出了这种改进的整流器电路的输入信号（红色）和输出信号（绿色）。


图5  这些信号出现在图4所示电路的输入端（红色）和输出（绿色）。