Двухполупериодный выпрямитель с заземленным выходом
Ранее рассмотренную схему можно использовать, изолируя ее от земли. Если же сигнал в дальнейшем должен обрабатываться (например, представляться в цифровой форме), необходимо отсчитывать выходное напряжение относительно земли. Ток IA может быть представлен в форме выходного напряжения, например с помощью преобразователя ток-напряжение.
Рис. 25.10. Двухполупериодный детектор с заземленным выходом.
Простой способ такого преобразования иллюстрируется рис. 25.10.
Прежде всего рассмотрим принцип работы ОУ 1. При положительном входном напряжении он работает как инвертирующий усилитель. В этом случае напряжение V2 отрицательно, т.е. диод D1 проводит, а D2 закрыт. Поэтому V1 = - Ue. При отрицательном входном напряжении V2 положительно, т.е. диод D1 закрыт, D2 проводит и замыкает цепь отрицательной обратной связи усилителя, которая препятствует возбуждению ОУ 1. Поэтому точка суммирования остается под нулевым потенциалом. Поскольку диод D1 закрыт, напряжение V1 также равно нулю. Справедливы соотношения
Следовательно, усилитель ОУ 1 работает как инвертирующий однополупериодный выпрямитель.
Двухполупериодный выпрямитель реализуется при подключении усилителя ОУ2. Он формирует напряжение
Учитывая формулу (25.6), получаем
Это и есть искомая функция двухполупериодного выпрямителя. Ее реализация иллюстрируется рис. 25.11.
С помощью конденсатора С можно преобразовать усилитель ОУ 2 в фильтр нижних частот первого порядка. Если его частота среза выбрана малой по сравнению с минимальной частотой сигнала, на выходе получается постоянное напряжение
Рис. 25.11. Эпюры напряжений при синусоидальном входном напряжении.
Усилитель ОУ 1 должен обладать, как и предыдущая схема, большой скоростью срабатывания, чтобы время запаздывания из-за переключения схемы с одного диода на другой было возможно меньшим.
Широкополосный Двухполупериодный выпрямитель
Дифференциальный усилитель имеет прямой и инверсный выходы и может быть использован в качестве быстродействующего двухполупериодного выпрямителя. С помощью эмиттерных повторителей Т3 и T4 с объединенными эмиттерами (рис. 25.12) положительные коллекторные потенциалы передаются на выход. Зенеровский диод позволяет компенсировать коллекторный потенциал покоя так, чтобы потенциал покоя на выходе был равен нулю.
Этот метод обеспечивает хорошую линейность при выпрямлении переменного напряжения в диапазоне до 100 МГц. При выборе параметров могут быть использованы рекомендации, данные в разд. 14.5 для широкополосных дифференциальных усилителей.
Рис. 25.12. Широкополосный двухполупериодный детектор.
25.3.2. ИЗМЕРЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОГО ЗНАЧЕНИЯ
В отличие от арифметического среднего абсолютного значения
эффективное значение определяется как среднеквадратичное значение:
Здесь Т- длительность измерения. Ее выбирают большой по сравнению с наибольшим периодом колебаний сигнала. В этом случае результат не зависит от времени измерения. При строго периодической функции достаточно усреднения по одному периоду.
Для синусоидального переменного напряжения
Следовательно, измерение эффективного значения можно свести к определению максимального значения. Для кривых другой формы этот способ может внести погрешность любой величины, особенно для напряжений с большими пиковыми значениями, т.е. с большим коэффициентом формы U/Uэфф.
Если измерение эффективного значения свести к измерению среднего абсолютного значения, получаются малые погрешности.
При синусоидальной форме сигнала справедливо соотношение
Соотношение величин иллюстрируется рис. 25.13. Коэффициент формы 1,11 используется в большинстве измерителей среднего абсолютного значения. Они показывают эффективное значение для сигналов синусоидальной формы, хотя фактически измеряют среднее абсолютное значение- Для сигналов другой формы это вносит более или менее значительные погрешности в измерение истинного эффективного значения.
Рис. 25.13. Относительные величины амплитудного, эффективного и абсолютного среднего значений для синусоидального сигнала.
В зависимости от формы сигнала получаются следующие погрешности:
Постоянный ток, прямоугольная форма:
11% и больше.
Треугольная форма: менее 4%.
Белый шум: менее 11%.