图1是最经典的电路,优点是可以在电阻R5上并联滤波电容.电阻匹配关系为R1=R2,R4=R5=2R3;可以通过更改R5来调节增益
分析:
当Ui>0时,分析各点电压正负关系可知D1截止,D2导通,R1,R2和A1构成了反向比例运算器,增益为-1,R4,R3,R5和A2构成了反向求和电路,通过R4的支路的增益为-1,通过R3支路的增益为-2,等效框图如下:
当Ui>0时,最终放大倍数为1,输入阻抗为R1||R4。
当Ui<0时,分析各点电压的正负关系可知,D1导通,D2截止,A1的作用导致R2左端电压钳位在0V ,A2的反馈导致R3右端电压钳位在0V ,所以R2、R3支路两端电位相等,无电流通过,R4,R5和A2构成反向比例运算器,增益为-1,输入阻抗仍为R1||R4。
因此,此电路的输出等于输入的绝对值。
此电路的优点:输入阻抗恒等于R1||R4,输入阻抗低,调节R5可调节此电路的增益大小,在R5上并联电容可实现滤波功能。
此电路适用低频电路,当频率大时,输出电压产生偏移,且输入电压接近0V 时,输出电压失真,二极管的选型也非常重要,需选导通压降大些的。
输入信号小时,也会影响最终输出。
-2
-1
-1
图2优点是匹配电阻少,只要求R1=R2
图2 四个二极管型
分析:
当Ui>0时,根据各点电压正负情况可知D1,D4导通,D2,D3截止,A1的作用导致R2左端电压钳位在0V,R3上无电流通过,所以无压降,Uo=Ui
当Ui<0时,根据各点电压正负情况可知D1,D4截止,D2、D3导通,A1为反向比例运算器,增益为-R2/R1,A2为电压跟随器,所以输出电压为Uo=-Ui。
此电路采用两个运放分别处理正电压和负电压的情况,所以R1和R2需配对,否则输入为负电压时电路增益不为1,。
R3阻值不重要,但不能太小,否则输入为负电压时A1需向R3提供较大的电流,该电路的输入阻抗为R1。
当电压过零时,A1,A2的输出电压会发生突变,因此当频率较大时,会影响结果的输出,可选用高速型运放。
图3的优点是输入高阻抗,匹配电阻要求R1=R2,R4=2R3
图3 高输入阻抗型
分析:
当Ui>0时,D1截止,D2导通,A1为同向比例放大电路,增益为1+R2/R1,A2为差分比例运算电路,Uo=-Ui
当Ui<0时,D1导通,D2截止,A1为电压跟随器,A1为射随器,A2虚短,R2、R3支路上无压降,故无电流,所以R4无电流,无压降,Uo=Ui。
信号源发出的信号直接连在A1,A2的正向输入端,因为电流为零,输入阻抗等于输入电压比输入电流,所以输入阻抗几乎为无穷大,高输入阻抗型所需电流很少,信号线上流动的电流也比较小,所以对信号线的要求不是很高,而且会减少电流带来的干扰。
图4 等值电阻型
分析:
当Ui>0时,D1导通,D2截止,A1为反向比例运算器,增益为-R2/R1,即为-1,R5左端电压因为A1的作用被钳位在0V,A2也可看成反向比例运算器,增益为-R4/R3 ,也为-1,所以输入为正电压时的增益为1.
当Ui<0时,D1截止,D2导通,A1的反馈由两路组成,一是经R5反馈,二是由运放A2复合而成
调节R1可调节此电路的增益,
缺点:当频率大时,负电压时的复合反馈会影响信号的输出
图5 单运放T型
当Ui>0时,D1导通,D2截止,R3下端电位被钳位在0V,R2没有回路,所以流经电流为0,即无压降,Uo=1/2Ui
当Ui<0时,D1截止,D2导通,R3上无电流,无压降,增益为-R2/R1,即为-1/2,
当输入正电压时,输出阻抗比较高
图6 单运放三角型
分析:
当Ui>0时,D1导通,D2截止,相当于电阻分压网络
当Ui<0时,D1截止,D2导通,相当于反向放大电路,增益为-R2/R1,即为-1
这两个电路的缺点都是输出阻抗比较高,输入阻抗随信号极性的变化而变化,优点就是只用了一个运放,电路结构比较简单。
图7 增益大于1的复合放大器型
当Ui>0时,D1截止,D2导通,A1的反馈由A2经R3、R2构成,增益为1+(R3+R2)/R1,当Ui<0时,D1导通,D2截止,A1为电压跟随器,输出经R2送到A2的反向输入端,A2为反向比例运算器,增益为-R3/R2
先确定R2、R3的值,再根据增益大于1便可确定R1的值
图8 增益等于1的复合放大器型
当Ui>0时,D1截止,D2导通,R1、R3上均无电流通过,无压降,整个电路相当于电压跟随器
当Ui<0时,D1导通,D2截止,相当于反向比例运算器,增益为-R2/R1
只需R1=R2,增益即为1
图9 复合放大器输入不对称型
当Ui>0时,D1导通,D2截止,A2相当于同向比例运算电路,增益为1+R4/R2
当Ui<0时,D1截止,D2导通,A1的反馈由A2经R4、R2构成,增益为 (R4+R2)/R1,
R1=R2,所以增益为1+R4/R2,调节R4可调节增益,此电路输入正负电压时的输入阻抗不相等
这三个电路的特点都是反馈由两级运放串联组成,因此电路的开环增益比通常的单运放反馈电路要高的多,因为开环增益过高,如果运放选型不合适,频率大时会导致环路不稳定而发生振荡现象
图10 单电源运放无二极管型
A1为电压跟随器,当Ui>0时,A1输出为Ui,R1上无电流通过,所以R2上无电流,Uo=Ui,当Ui<0时,A1输出为0,A2相当于反向比例运算器,增益为-R2/R1,R1=R2 使用时要小心单电源运放在信号很小时的非线性.而且,单电源跟随器在负信号输入时
也有非线性。
输入电阻随输入信号的机型也会发生变化,如果R1、R2不相等,则增益也随输入信号的极性而发生变化。