Двухполупериодный выпрямитель преобразует сигнал переменного тока (AC) в двухполупериодный сигнал постоянного тока (DC). Обычно двухполупериодное выпрямление осуществляется с помощью моста, построенного из четырех диодов, два из которых проводят ток в течение одного полупериода. В произвольный момент времени два диода находятся в прямом смещении, в то же время два других обратно смещены и, фактически, не участвуют в формировании сигнала. В результате на выходе получается напряжение постоянного тока, где протекающий через нагрузку ток одинаков в течение обоих полупериодов. Если выпрямитель используется в качестве источника постоянного тока, то можно подключить сглаживающий конденсатор к выходу выпрямителя. Данной мостовой схеме не требуется специальный трансформатор с выводом от средней точки, таким образом, уменьшаются габариты и стоимость устройства.

Однако классическая схема имеет множество недостатков. Протекающий через нагрузку ток – однонаправленный, а постоянное напряжение, поступающее в нагрузку, должно принимать среднее значение равное 2 × V_MAX/π ≈ 0,637 × V_MAX. Однако, на самом деле, в течение каждого полупериода токи протекают через два диода и амплитуда выходного напряжения меньше амплитуды входного на значение удвоенного падения напряжение на диоде. Например, если размах напряжения на входе равен 5 В, то размах напряжения на выходе будет около 3,8 В. Частота пульсаций будет равна удвоенной частоте питающей сети, например, при частоте сети 50 Гц частота пульсаций на выходе выпрямителя будет равна 100 Гц. Дополнительно схема подвержена искажениям типа «ступенька» и температурному дрейфу.

Представленная ниже схема увеличивает эффективность классического четырех диодного моста и уменьшает потери на выходе с помощью двух недорогих высокоэффективных разностных усилителей и двух недорогих диодов. Это решение позволяет достичь лучшей точности, меньшей стоимости и более низкого энергопотребления, чем традиционные методы.

В течение положительного полупериода ток течет только через диод D1. Оба усилителя A1 и A2 работают как инвертеры. В результате напряжение на выходе V_OUT по амплитуде в точности повторяет входное. В течение отрицательного полупериода ток течет только через D2. В этом случае усилитель A1 имеет усиление –2/3, а A2 имеет усиление +3/2. Суммарный коэффициент усиления схемы равен ‑1, а напряжение на выходе V_OUT ‑ положительное, значение которого противоположно по знаку входному. В результате получается двухполупериодный выпрямитель без потерь. На вход можно подавать сигналы с напряжением ±10 В с частотами до 10 кГц.

Простой двухполупериодный выпрямитель

Данная схема имеет несколько преимуществ в таких параметрах как стоимость, искажения типа «ступенька», ошибка усиления и шум. Точность усиления на выходе выпрямителя определяется резисторами 10 кОм. Идеально согласованные в процессе производства путем лазерной подгонки резисторы гарантируют ошибку усиления меньшую, чем 0,02%. Коэффициент усиления шума схемы равен 2, что в результате дает низкие шумы, смещение и дрейф.

В отличие от классической схемы, характеристики двух диодов в новой схеме не оказывают влияния на выходное напряжение. По этой причине характеристики, зависящие от температуры, улучшаются.

Чоу Трэн и Фотьяна Бида (Chau Tran and Fotjana Bida), ADI