利用差動放大器實現低損失、高性能全波整流器

全波橋式整流器可將交流信號轉換為全波直流信號。 通常，由四個二極管組成的電橋可實現全波整流。 圖1所示為以串聯對排列的四個二極管，其中每半個周期內有兩個二極管傳導電流。 在任意給定時刻，兩個二極管正向偏置，另外兩個二極管則反向偏置，有效消除傳導電流。

結果輸出直流，且每半個周期內流過負載的電流均相同。 若要將整流器用作直流電源，可在輸出端添加一個濾波電容。 該電橋電路的主要優勢是它不需要特殊的中心抽頭變壓器，從而縮小尺寸并降低成本。

然而，這款經典電路有諸多不足之處。 流過負載的電流是單向的，因此負載上的直流電壓平均值應當等于：

公式1 :

然而，實際上在每半個周期內，電流流過兩個二極管，因此輸出電壓幅度等于兩個二極管的壓降，小于輸入幅度。

例如，若峰值輸入為5 V，則峰值輸出約為3.8 V。紋波頻率等于電源頻率的兩倍;又比如，采用60 Hz電源，則紋波頻率等于120 Hz。 此外，電路還受到交越失真和溫度漂移的影響。

圖1. 經典橋式整流器

圖2中的電路通過兩個低成本、高性能差動放大器和兩個低成本二極管，改進了經典的四個二極管電橋性能，消除了輸出端損失。 相比傳統技術，此方案具有更佳的精度、更低的成本和更低的功耗。

該電路中的VIN為正弦波。 二極管D1在正半周期內導通。 放大器A1和A2均用作逆變器。 其結果可在VOUT端產生正電壓，幅度與輸入端的幅度完全一致。 二極管D2在負半周期內導通。 此時放大器A1增益等于C2/3，而A2增益等于+3/2。C1凈增益能為VOUT帶來正電壓，幅度與輸入端幅度相反。 該組合可形成一個無損失全波整流器。 可在高達10 kHz的頻率下對高達±10 V的信號進行整流。

圖2. 簡單全波整流器

這種設計有幾個固有的性能優勢，比如成本、交越失真、增益誤差和噪聲。 整流輸出的增益精度由10 k?電阻確定。 這些激光晶圓調整電阻精確匹配，確保增益誤差低于0.02%。 電路的噪聲增益只有2，因此噪聲、失調和漂移更低。

圖3. 簡單全波整流器性能

圖3所示為采用1 kHz 20 V p-p輸入信號時的電路性能。 輸出與輸入正周期重疊意味著差動放大器出色的輸入輸出特性產生的損失可以忽略不計。

與經典電路不同，新電路中兩個二極管的性能不會對輸出電壓產生影響。 因此，與溫度有關的性能更佳。

采用兩個差動放大器和兩個二極管組成的精密全波整流器相比傳統設計具有諸多優勢， 尤其是該設計的輸出電壓相對于輸入電壓無損失。 該差動放大器解決方案不存在交越恢復問題并經優化以在廣泛溫度范圍內獲得低漂移。