浅谈如何利用差动放大器实现低损失、高性能全波整流器

全波桥式整流器可将交流信号转换为全波直流信号。通常，由四个二极管组成的电桥可实现全波整流。图1所示为以串联对排列的四个二极管，其中每半个周期内有两个二极管传导电流。在任意给定时刻，两个二极管正向偏置，另外两个二极管则反向偏置，有效消除传导电流。
　　结果输出直流，且每半个周期内流过负载的电流均相同。若要将整流器用作直流电源，可在输出端添加一个滤波电容。该电桥电路的主要优势是它不需要特殊的中心抽头变压器，从而缩小尺寸并降低成本。
　　然而，这款经典电路有诸多不足之处。流过负载的电流是单向的，因此负载上的直流电压平均值应当等于：公式1 ：
　　
　　然而，实际上在每半个周期内，电流流过两个二极管，因此输出电压幅度等于两个二极管的压降，小于输入幅度。
　　例如，若峰值输入为5 V，则峰值输出约为3.8 V.纹波频率等于电源频率的两倍；又比如，采用60 Hz电源，则纹波频率等于120 Hz.此外，电路还受到交越失真和温度漂移的影响。
　　
　　图1.经典桥式整流器
　　图2中的电路通过两个低成本、高性能差动放大器和两个低成本二极管，改进了经典的四个二极管电桥性能，消除了输出端损失。相比传统技术，此方案具有更佳的精度、更低的成本和更低的功耗。
　　该电路中的VIN为正弦波。二极管D1在正半周期内导通。放大器A1和A2均用作逆变器。其结果可在VOUT端产生正电压，幅度与输入端的幅度完全一致。二极管D2在负半周期内导通。此时放大器A1增益等于–2/3，而A2增益等于+3/2.–1净增益能为VOUT带来正电压，幅度与输入端幅度相反。该组合可形成一个无损失全波整流器。可在高达10 kHz的频率下对高达±10 V的信号进行整流。
　　
　　图2.简单全波整流器
　　这种设计有几个固有的性能优势，比如成本、交越失真、增益误差和噪声。整流输出的增益精度由10 k电阻确定。这些激光晶圆调整电阻精确匹配，确保增益误差低于0.02%.电路的噪声增益只有2，因此噪声、失调和漂移更低。