Новый прецизионный двухполупериодный выпрямитель имеет универсальный токовый выход

Функция прецизионного двухполупериодного выпрямления (определения абсолютной величины) является классическим аналоговым приложением. На эту тему существует множество вариаций, каждая из которых имеет свои предполагаемые (часто довольно незначительные, а иногда и явно сомнительные) преимущества по сравнению с конкурирующими топологиями. Эта «новая» (я нигде ее не видел) идея конструкции, показанной на Рисунке 1, присоединяет меня к толпе со следующими претензиями на славу:

1. Требуется только один усилитель;
2. Работает от одного источника питания;
3. Обеспечивает необычный (и иногда очень полезный) токовый выход.

Вот как это работает.

Рисунок 1.	Двухполупериодный прецизионный выпрямитель включает в себя комплементарную транзисторную пару и токовое зеркало для реализации токового выхода.

Входящий сигнал переменного тока (показана синусоида) масштабируется резистором R1 и через усилитель A1 направляется на комплементарную пару транзисторов Q1/Q2; при этом положительные полупериоды подаются на Q1, а отрицательные – на Q2. Доля сигнала, подаваемого на Q1, проходит непосредственно на выход, (где он может быть преобразован в сигнал напряжения с помощью дополнительного резистора R7 или оставлен в виде тока – в зависимости от того, что требуется в конкретном приложении). Отрицательная полуволна, подаваемая на транзистор Q2, отражается и инвертируется термокомпенсированным токовым зеркалом Q3/Q4 в ее положительное изображение, а затем суммируется путем простого параллельного соединения с сигналом транзистора Q1 для получения окончательного двухполупериодного выходного сигнала.

Схема имеет хорошие рабочие параметры, точность, симметрию и скорость, которые в основном ограничиваются выбором операционного усилителя и точностью отношения сопротивлений пары резисторов R3/R5. Это слегка отличное от единицы отношение призвано компенсировать немного меньшие, чем единица, коэффициенты усиления по току транзистора Q2 и транзисторов токового зеркала.

Если требуется фильтрация выходного сигнала, она может быть выполнена с помощью подключенного к выходу простого конденсатора соответствующей емкости.

Если предпочтителен отрицательный, а не положительный выходной ток, это можно легко реализовать с помощью модификаций схемы, показанных на Рисунке 2, включая, конечно, отрицательное напряжение питания вместо положительного.

Рисунок 2.	Небольшая реорганизация схемы и изменение полярности питания позволяют получить отрицательный выходной сигнал.

Пример использования выхода в токовом режиме приведен на Рисунке 3.

Рисунок 3.	Токовые выходные сигналы можно легко суммировать для получения новой функции.

Здесь входящая синусоида частотой 1 кГц перед выпрямлением разделяется и сдвигается по фазе с помощью простых RC-цепей, образуя две квадратурные составляющие. Элементы R_A, R_B и C_A обеспечивают опережающий сдвиг фазы на +45° в тракте положительного сигнала, в то время как в тракт отрицательного сигнала элементами R_C, R_D и C_B вводится запаздывание по фазе на 45° (–45°). В результате между двумя путями сигналов противоположной полярности образуется квадратурная зависимость 90°.

При суммировании полученных после двухполупериодного выпрямления квадратурных сигналов получается аппроксимация (нелинейность примерно ±3%) треугольных импульсов с удвоенной частотой синусоиды и с амплитудой, пропорциональной синусоиде.

Регулировка амплитуды квазитреугольных импульсов осуществляется с помощью простого переменного резистора.

Материалы по теме

1. Datasheet Texas Instruments TLV2371