运放全桥整流电路分析(双电源供电运放)

本文介绍了一种利用运算放大器实现全波整流的电路设计方案。通过对输入正负电压的不同处理方式,实现了对交流信号的有效整流。特别讨论了如何调整电阻比例来放大正向电压。

简介:顾名思义,运放全桥整流电路就是利用运算放大器和相关器件组成能够将交流信号全波整流的电路;

一.全波整流电路组成(运放双电源供电)

 

假设R3=R1

输入Ui为正电压时,D1不导通,运放1端输出负电压,故电压从R1R3D2,构成反向放大电路,此时运放1端输出Uo1=-Ui*R3/R1=-Ui;

Ui输入为负电压时,D1导通,运放1端输出为正电压,故D2不导通,又根据运放输入端近似短路,故运放2端电压为0VUo1=0V

 

由以上分析可得,当输入电压为交流信号电压时,此电路只对输入电压中正电压有作用,负电压被运放钳位到0V

 

那么在后面再加一级运放电路进行对输入端负电压进行处理

下图是表示输入正负1V的交流信号Ui,对应第二级运放7端输出的电压,计算过程

分为两部分,一部分是Uo1作为U3B运放输入的一部分,另一部分是通过R4过来的Ui电压,由此U3B组成了两个不同信号的放大电路;

Ui为正向电压u时,第一部分放大,Uo1-u,此时Uo2暂为--u*R6/R5))=6u

第二部分放大,U3B6Uiu,那么Uo2暂为-u*(R6/R4)=-6u;

综合第一第二部分放大叠加,可得当Ui为正向电压时,Uo2输出为0V

 

Ui为负向电压时,第一部分放大,Uo10V,此时Uo2暂为0V。第二部分放大,U3B6Ui-u,那么Uo2暂为-u*R6/R4=-6u

综合第一第二部分放大叠加,可得当Ui为负向电压时,Uo2输出为-6u

通过仿真示波器可以看出理论分析符合实际效果。

 

 

 

通过以上实验,我们需要想办法将输入Ui中的正电压也可以通过运放电路进行正向电压整流放大,那么我们单独分析Ui为正向电压时的情况,由以上实验分析得出的

Uo1-u,此时Uo2暂为--u*R6/R5))=6u。  (1

U3B6UiuUo2暂为-u*(R6/R4)=-6u。      (2

可以看出,只要(1)中的Uo2大于(2)中的Uo2,就可以实现对Ui的正电压进行放大,也就是让(1)中对信号的放大倍数大于(2)中的放大倍数即可;

接下来我们做实验,将R5换成500欧,则(1)的放大倍数为R6/R5=12

 

 

 

来看仿真效果图:

 

 

由图中可以看出,当Ui输入为正电压u时,Uo2输出为6u,和我们理论分析的结论相符,到此关于运放全波整流的电路简单分析结束。

单电源运放电路是指使用单个电源供电大器电路,与双电源运放电路相对。在单电源运放电路中,运放供电电压只有一个极性,通常是正电压,这在一些对电源要求简单、体积受限或成本敏感的应用中具有显著优势。 ### 工作原理 单电源运放的工作原理基于大器的基本特性,如虚短(运放同相输入端和反相输入端电位近似相等)和虚断(运放输入电流近似为零)。以单电源运放全波整流电路为例,通过对电路中电压和电流关系的分析,利用虚短和虚断特性进行化简计算。如在给定的引用中,根据( V1b - Vi ) / R1 + I1B = ( Vo1 - V1b ) / R2 ,结合运放虚短特性(V1a = V1b,V1a = V2a)以及已知条件(V2a = 0,I1B = 0),化简得到Vo1 = - Vi * R2 / R1 ,当R2 = R1时,Vo1 = - Vi [^1]。 ### 偏置设置 由于单电源供电没有负电源,为了使运放能够处理交流信号,需要设置合适的偏置电压。通常会将运放的输入和输出直流电位设置在电源电压的一半左右,这样可以保证运放有足够的动态范围来处理正负交变的信号。 ### 应用场景 - **电池供电设备**:如便携式仪器、手持设备等,单电源供电可以简化电源设计,延长电池续航时间。 - **音频处理电路**:在一些简单的音频大、滤波等电路中,单电源运放可以满足基本的性能要求,同时降低成本和体积。 - **传感器信号处理**:对于一些输出信号较小的传感器,单电源运放可以对其信号进行大和处理。 ### 设计注意事项 - **输入输出范围**:要确保输入信号的幅值和直流偏置在运放的允许输入范围内,同时输出信号也不能超出运放的输出摆幅。 - **电源去耦**:为了减少电源噪声对运放性能的影响,需要在电源引脚附近添加合适的去耦电容。 - **偏置稳定性**:偏置电压的稳定性对于运放的性能至关重要,需要选择合适的电阻来设置偏置,并且考虑温度等因素对偏置的影响。 ### 示例代码(模拟单电源运放基本大功能) ```python # 定义运放基本大函数 def single_supply_opamp_amplification(Vi, Rf, Rin): """ 单电源运放基本大功能模拟 :param Vi: 输入电压 :param Rf: 反馈电阻 :param Rin: 输入电阻 :return: 输出电压 """ # 假设运放的增益为 -Rf / Rin Vo = -Vi * (Rf / Rin) return Vo # 示例参数 Vi = 1.0 # 输入电压为 1V Rf = 10000 # 反馈电阻为 10kΩ Rin = 1000 # 输入电阻为 1kΩ # 计算输出电压 Vo = single_supply_opamp_amplification(Vi, Rf, Rin) print(f"输入电压: {Vi}V,输出电压: {Vo}V") ```
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