干货 | 一个精密整流的实验

最近做了一个精密整流电路的实验，得到一些粗浅的结论。考虑到精密整流电路是一个常见的电路，此实验结果能够给大家提供一些参考信息，故此发帖。

实验电路如下。其中运放为AD8048，主要参数为：大信号带宽160MHz，压摆率1000V/us。二极管是SD101，肖特基二极管，反向恢复时间1ns。所有电阻值参照AD8048的数据手册确定。

实验本站家电维修网https://www.bjjdwx.com/是以家电维修技术交流为中心的技术论坛：在上述电路中断开D2，短路D1，检测运放本身的大信号频响。输入信号峰值保持在1V左右，频率从1MHz变化到100MHz，用示波器测量输入输出幅度，并计算电压增益。结果如下：

在1M到100M频率范围内，波形均无可观察到的显著失真。

增益变化如下：1M-1.02，10M-1.02，35M-1.06，50M-1.06，70M-1.04，100M-0.79.

可见此运放的大信号闭环3分贝截止频率大约在100MHz多一点。这个结果基本符合AD8048手册给出的大信号频响曲线。

实验第二步，加入两个二极管SD101A。输入信号幅度依旧保持在1V峰值左右，同时测量输入与输出。在观察输出波形后，还利用示波器的测量功能，测量了输入信号的有效值与输出信号的周期平均值，并计算它们的比值。结果如下（数据依次是频率、输出平均值mV、输入有效值mV、以及它们的比值：输出平均值/输入有效值）：

100kHz，306，673，0.45

1MHz，305，686，0.44

5MHz，301，679，0.44

10MHz，285，682，0.42

20MHz，253，694，0.36

30MHz，221，692，0.32

50MHz，159，690，0.23

80MHz，123，702，0.18

100MHz，80，710，0.11

可见，在低频时该电路可以很好地实现精密整流，但是紧接着频率的升高，整流精度慢慢下降。若以100kHz的输出为基准，则大概在30MHz时输出已经下降了3dB。

运放AD8048的大信号单位增益带宽是160MHz，此电路的噪声增益为2，所以闭环带宽约为80MHz（前面已经介绍，实际的实验结果是略大于100MHz）。整流输出平均值下降3分贝的频率大约是30MHz，不到被测验电路的闭环带宽的三分之一。换言之，若我们要做一个平坦度在3dB以内的精密整流电路，电路的闭环带宽至少应该是信号最高频率的三倍以上。

下面是测验波形。黄色波形是输入端vi的波形，蓝色波形是输出端vo的波形。

在频率很低时，输出波形是一个接近完整的半波整流波形（馒头波）。但是紧接着频率的升高，输出波形发生畸变。首先是在馒头波开始的地方，也就是二极管开始导通的时刻，输出波形有一个缺口。

紧接着频率的升高，信号周期越来越小，这个缺口占的比例就越来越大。

观察此时运放的输出端（注意不是vo）波形，可以发现在输出过零的前后，运放的输出波形有严重的畸变。下面就是频率为1MHz与10MHz时运放输出端的波形。

可以将前面的波形与推挽输出电路中的交越失真比较。下面给出一个直观的解释：

在输出电压较高时，二极管完全导通，此时它有一个基本固定的管压降，运放的输出始终比输出电压高一个二极管的管压降。此时运放工作在线性放大状态，所以输出波形是个很好的馒头波。

在输出信号过零的时刻，两个二极管中的一个开始从导通过渡到截止，而另一个从截止过渡到导通。在这个过渡期间，二极管的阻抗极大，可以近似认为开路，因此此时的运放并没有工作在线性状态，而是接近开环。在输入电压的作用下，运放将以可能的最大速率改变输出电压使得二极管进入导通状态。但是运放的压摆率是有限的，它不可能在瞬间将输出电压提升到使得二极管导通。另外二极管从导通到截止或从截止到导通都有过渡时间。所以输出电压就出现了一个缺口。从上面运放输出端的波形可以看出，运放在输出过零的时刻是如何“努力”地企图改变输出电压的。

有些材料包括教科书都介绍说，由于运放的深度负反馈，二极管的非线性被减弱到原来的1/AF。但是实际上在输出信号过零时刻附近，由于运放接近开环，所有关于运放负反馈的公式都是失效的，根本不能用负反馈原理来分析二极管的非线性。