Приведено описание нескольких схем выпрямителей, выполненных как с гальванической развязкой входа от выхода, так и без таковой развязки. В качестве активных элементов выпрямителей использованы операционные усилители, компараторы, логические элементы.
Ранее в статье [1] было приведено описание прецизионного выпрямителя, имеющего гальваническую развязку входа от выхода с использованием трансформатора и оптоэлектронной пары. Недостаток такой конструкции очевиден: это использование оптоэлектронной пары, исключение которой позволит существенно упростить конструкцию выпрямителя. На Рисунке 1 показана схема такого выпрямителя.
 |
|
| Рисунок 1. | Прецизионный выпрямитель с использованием микросхем LM339, CD40106 и CD4066. |
В качестве детектора нуля, Рисунок 1, использован компаратор DA1.1 микросхемы LM339. Сигнал, снимаемый с выхода компаратора DA1.1, управляет последовательно включенными логическими элементами DD1.1 и DD1.2 микросхемы CD40106. Сигналы, снимаемые с выходов этих элементов, поочередно переключают ключи аналоговых коммутаторов DA2.1 и DA2.2 микросхемы CD4066, пропускающие сигналы с выводов обмотки трансформатора Т1 на выход устройства (сопротивление нагрузки R5). Форма сигналов, снимаемых с различных точек устройства, приведена на Рисунке 2.
 |
|
| Рисунок 2. | Форма электрических сигналов, снимаемых с различных точек устройства. |
Выпрямитель корректно работает при уровне входных сигналов на резисторах R3 (R4) от 40 мВ до 4.5 В.
На Рисунке 3 показана усовершенствованная и упрощенная схема прецизионного выпрямителя с использованием второго компаратора DA1.2 микросхемы LM339, что позволяет выполнить устройство с использованием двух корпусов микросхем.
Выпрямитель работает при уровне входных сигналов на резисторах R5 (R6) от 40 мВ до 3.3 В.
 |
|
| Рисунок 3. | Прецизионный выпрямитель с использованием микросхем LM339 и CD4066. |
На Рисунках 4 и 5 приведены схемы прецизионных выпрямителей без гальванической развязки. Хотя сигнал на их вход может также подаваться и через разделительный трансформатор. Первый из выпрямителей выполнен на основе операционных усилителей DA1.1 и DA1.2 микросхемы LM324. Каскад на микросхеме на операционном усилителе DA1.1 обладает единичным усилением. Для положительных полупериодов входного сигнала ключ DA2.1 микросхемы CD4066 разомкнут. Для отрицательных полупериодов операционный усилитель DA1.2 подключает неинвертирующий вход усилителя через аналоговый коммутатор DA2.1 к входу выпрямителя. В таком включении операционной усилитель DA1.1 инвертирует входной сигнал.
 |
|
| Рисунок 4. | Прецизионный выпрямитель с использованием микросхем LM324 и CD4066. |
Выпрямитель, Рисунок 4, работает при уровне входных сигналов от 0.4 до 4.3 В.
Для коррекции формы выпрямленного сигнала на инвертирующий вход операционного усилителя DA1.2 может подаваться напряжение смещения порядка –0.2 В.
Выпрямитель, Рисунок 5, работает при уровне входных сигналов от 1.0 до 4.3 В.
 |
|
| Рисунок 5. | Вариант схемы прецизионного выпрямителя с использованием микросхем LM324 и CD4066. |
Предельная частота работы всех рассмотренных выше выпрямителей близка к 20 кГц. При использовании современных компараторов и операционных усилителей выпрямители могут работать на более высоких частотах.
Примечание
Последнее время производители КМОП-микросхем для защиты входов микросхем от подачи на них отрицательного напряжения относительно минуса питания стали дополнять защиту входным токоограничивающим резистором сопротивлением 200…500 Ом. Без таковых резисторов на входы допустимо подавать отрицательное напряжение, не превышающее 0.5 В (по датшиту), а по факту до 0.7 В.
Что касается использования в выпрямителе микросхемы CD4066, то для повышения надежности работы устройства рекомендуется на входах переключающих каналов установить резисторы сопротивлением порядка 300 Ом, что при параллельном соединении двух каналов переключения при работе на нагрузку 10 кОм снизит уровень выходного сигнала на 1.5%, а при нагрузке 100 кОм – менее чем на 0.15%.
В использовании таких резисторов нет необходимости, если внутреннее сопротивление источника сигнала достаточно высоко.
Литература
- Шустов М., Скворцов С. Прецизионные выпрямители с гальванической развязкой
