Выпрямитель отслеживает положительные и отрицательные пики

Harry Bissell Jr

Сигналы самой разной природы – от музыки до телеметрии – могут содержать неравные положительные и отрицательные пиковые амплитуды. Обычная схема «повторителя огибающей» может отслеживать неравные пики, но возможность выбора желаемой полярности пиков может повысить привлекательность схемы [1]. Схема на Рисунке 1 демонстрирует новый взгляд на классическую схему детектора абсолютного значения. Подача входного сигнала на R₁ (ПОЛНЫЙ) дает выходной сигнал, равный абсолютному значению входного сигнала. Подача входного сигнала на R₆ (ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ) или R₇ (ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ) дает на выходе выпрямленные положительные или отрицательные полупериоды входного напряжения, соответственно. Все три режима работы иллюстрируются Рисунком 2.

Рисунок 1.	Эту универсальную схему прецизионного выпрямителя можно использовать для восстановления положительных пиков, отрицательных пиков или обоих в двухполупериодном режиме.

Понять работу схемы очень просто, если учесть, что операционный усилитель IC_1A стремится поддерживать на своем инвертирующем входе напряжение, близкое к потенциалу земли. Например, подача –1 В на отрицательный вход схемы (R₇) устанавливает на аноде диода D₁ напряжение –333 мВ. Точно также на аноде диода D₂, подключенного к выходу микросхемы IC_1A (вывод 1), установится напряжение 333 мВ. Поскольку потенциалы входов IC_1A зафиксированы на уровне 0 В, D₁ надежно смещен в обратном направлении и не влияет на работу схемы. Напряжение 333 мВ катода D₂ приложено также к неинвертирующему входу усилителя IC_1B (вывод 5), который должен сбалансировать свои входные потенциалы, установив на выходе (вывод 7) напряжение 1 В. Напряжение на инвертирующем входе (вывод 6) микросхемы IC_1B устанавливается равным 333 мВ. Падение напряжения на R₄, таким образом, равно 666 мВ. Одна треть входного тока течет через последовательную цепочку резисторов R₂ и R₃, а две трети – через R₄. Чтобы получить единичное усиление, сопротивление резистора R₇ выбрано равным (R₂ + R₃) || R₄.

Рисунок 2.	На этом графике показаны выходные сигналы схемы при синусоидальных напряжениях, подаваемых на входы ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ, ПОЛНЫЙ и ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ, соответственно. Для удобства восприятия кривые смещены по вертикали.

При подаче на вход R₇ положительного напряжения выходной уровень IC_1A смещается в отрицательную область на величину одного прямого падения напряжения на диоде, удерживая потенциал анода D₁ на уровне земли. Диод D₂ смещен в обратном направлении, и потенциалы обоих входов IC_1B равны 0 В. Таким образом, выходное напряжение схемы равно 0 В. Подача входного напряжения на R₆ приводит к аналогичному результату. При положительном входном напряжении выходное напряжение положительно и равно входному, а при отрицательном входном напряжении на выходе будет 0 В. Влиянием входного сопротивления IC_1B можно пренебречь, поскольку оно крайне незначительно. Для установки единичного усиления сопротивление R₆ должно быть в два раза больше, чем R₃.

Резисторы R₁, R₂, R₃, R₄ и R₅ имеют одинаковые сопротивления и одинаковые допуски номиналов. Обратите внимание, что подключение IC₁ к источнику питания требует блокировочного конденсатора на землю, который на схеме не показан. Для минимизации ошибок используйте низкоимпедансный источник сигнала или дополните схему входным буфером. Для выбора входа в схеме можно использовать трехпозиционный галетный или перекидной тумблерный переключатель. Можно также для каждого входа использовать отдельные разъемы, но одновременно подключать к источнику сигнала не более одного.

1. Datasheet Texas Instruments TL072