整流器

交流電（AC）和直流電（DC）是你在學習電荷流動時經常遇到的兩個術語。交流電（AC）具有持續改變其狀態的特性。例如，如果我們考慮正弦波，電流在正半周內沿一個方向流動，在負半周內沿相反方向流動。另一方面，直流電（DC）只沿一個方向流動。

當向電子電路輸入交流電訊號時，如果該電路產生直流訊號或脈衝直流訊號，則該電路稱為整流器。本章將詳細討論基於運算放大器的整流器。

整流器的型別

整流器分為兩種型別：半波整流器和全波整流器。本節將詳細討論這兩種型別。

半波整流器是一種整流器，它在輸入的一個半週期內在輸出端產生正半週期，而在輸入的另一個半週期內輸出為零。

半波整流器的電路圖如下所示。

觀察到上面所示的半波整流器電路圖看起來像一個反相放大器，此外還有兩個二極體D₁和D₂。

下面解釋了上面所示的半波整流器電路的工作原理

$$V_0=-\left(\frac{R_f}{R_1}\right)V_1$$

半波整流器的輸入和輸出波形如下所示。

從上圖可以看出，我們討論的半波整流器電路圖將為正弦輸入的負半週期產生正半週期，併為正弦輸入的正半週期產生零輸出。

全波整流器在輸入的兩個半週期內都在輸出端產生正半週期。

電路圖如下所示：

上述電路圖包括兩個運算放大器、兩個二極體D₁和D₂以及五個電阻R₁到R₅。下面解釋了上面所示的全波整流器電路的工作原理：

$$V_{01}=-\left(\frac{R_2}{R_1}\right)V_i$$

觀察到第一個運算放大器的輸出連線到電阻R₄，該電阻連線到第二個運算放大器的反相輸入端。第二個運算放大器的同相輸入端的電壓為0 V。因此，第二個運算放大器與電阻R₄和R₅一起充當反相放大器。
第二個運算放大器的輸出電壓將為

$$V_0=-\left(\frac{R_5}{R_4}\right)V_{01}$$

代入上述公式中的$V_{01}$值，得到−

$$=>V_{0}=-\left(\frac{R_5}{R_4}\right)\left \{ -\left(\frac{R_2}{R_1}\right)V_{i} \right \}$$

$$=>V_{0}=\left(\frac{R_2R_5}{R_1R_4}\right)V_{i}$$
因此，對於正弦輸入的正半週期，全波整流器的輸出將為正半週期。在這種情況下，輸出的增益為$\frac{R_2R_5}{R_1R_4}$。如果我們考慮$R_{1}=R_{2}=R_{4}=R_{5}=R$，則輸出的增益將為1。
對於正弦輸入的負半週期，第一個運算放大器的輸出將為正。因此，二極體D₁和D₂將分別被反向偏置和正向偏置。
第一個運算放大器的輸出電壓將為−

$$V_{01}=-\left(\frac{R_3}{R_1}\right)V_{i}$$

第一個運算放大器的輸出直接連線到第二個運算放大器的同相輸入端。現在，第二個運算放大器與電阻R₄和R₅一起充當同相放大器。

第二個運算放大器的輸出電壓將為−

$$V_{0}=\left(1+\frac{R_5}{R_4}\right)V_{01}$$

代入上述公式中的$V_{01}$值，得到

$$=>V_{0}=\left(1+\frac{R_5}{R_4}\right) \left\{-\left(\frac{R_3}{R_1}\right)V_{i}\right \} $$

$$=>V_{0}=-\left(\frac{R_3}{R_1}\right)\left(1+\frac{R_5}{R_4}\right)V_{i}$$
因此，對於正弦輸入的負半週期，全波整流器的輸出也將為正半週期。在這種情況下，輸出增益的大小為$\left(\frac{R_3}{R_1}\right)\left(1+\frac{R_5}{R_4}\right)$。如果我們考慮$R_{1}=2R_{3}=R_{4}=R_{5}=R$，則輸出的增益將為1。

全波整流器的輸入和輸出波形如下所示。

從上圖可以看出，我們考慮的全波整流器電路圖將僅為正弦輸入的正半週期和負半週期產生正半週期。

列印頁面