Улучшенная схема двухполупериодного выпрямителя

Подключение сумматора на ОУ₂ обеспечивает двухполупериодное выпрямле­ние. Сумматор формирует напряжение

Учитывая предыдущую формулу, получаем:

Это и есть искомая функция двухполупериодного выпрямителя. Достоинством рассмотренной схемы является равное входное сопротивле­ние для разных полярностей входного сигнала и отсутствие синфазного напря­жения на входах усилителей. Недостаток — необходимость согласовывать боль­шее число резисторов (5 шт.), по сравнению со схемой на б).

Достоинства двух последних устройств объединяет прецизионный выпрямитель, схе­ма которого приведена на следующем рисунке.

Рассмотрим работу схемы при R₁ = R₂, по­лагая ОУ идеальными.

Прецизионный выпрямитель с общей обратной связью

При V_IN < 0 диод VD₁ открыт, а диод VD₂ закрыт. Как следствие потенциалы входов усилителя ОУ₂ равны нулю, а напряжение на инвертирующем входе оу₁ совпадает с вход­ным. В таком случае усилитель ОУ₂ работает как инвертирующий повторитель и V_OUT = - V_IN, т. е. положительно. Если V_IN > 0, то диод VD₁ закрыт, а диод VD₂, открыт. Ток через резистор R₁, а следовательно, и через R₂ равен нулю, поэтому выход­ное напряжение схемы V_OUT совпадает с потенциалом инвертирующего входа оу₁ и, стало быть, равно входному напряжению. Аналитически это можно представить в виде

Замечательная по своей простоте схема двухполупериодного прецизионного выпря­мителя представлена на следующем рисунке.

Прецизионный бездиодный выпрямитель на ОУ с однополярным питанием

Она вообще не содержит диодов. Однако в этой схеме могут применяться только ОУ с полным размахом входных и выходных напряжений (rail-to-rail). Усилители питаются обязательно от однополярного источника.

Если V_IN > 0, то усилитель оу₁ работает как неинвертирующий повторитель. В этом случае усилитель ОУ₂ работает в дифференциальном включении и V_OUT = V_IN. При V_IN < 0 усилитель оу₁ переходит в отрицательное насыщение, напряжение на его выходе становится равным нулю (питание однополярное!). Тогда усилитель ОУ₂ переходит в режим инвертирующего повторителя, поэтому

Усилитель ОУ₂ всегда работает в линейном режиме, а напряжение на неинвертирующем входе оу₁ при V_IN < 0 становится меньше, чем напряжение отрицательного источника питания. Не все операционные усилители это допускают. Но, например, двухканальный ОУ ОР291 как нельзя лучше подходит для этой схемы. Его входы защищены от дифференциального перенапряжения встреч­но-параллельно включенными диодами, причем в цепи баз входных транзисто­ров включены резисторы сопротивлением 5 кОм. Это позволяет усилителю вы­держивать при однополярном питании входные напряжения до —15 В. В этом случае резистор R₁ можно не включать. Иное дело двухканальный усилитель ОР296. Он не имеет защитных резисторов и при его применении в этой схеме необходимо включать резистор R₁ = 2 кОм. Изготовитель рекомендует для этой схемы при напряжении питания 5 В диапазон входных сигналов ±1 В. Из-за то­го что усилитель ОУ₁ долго выходит из насыщения, частотный диапазон схемы оказывается довольно узким — для ОУ ОР291 он составляет всего О...2 кГц.