全波整流器通常用于從交流輸入創建直流電平。 這通常用于測量交流信號的幅度。 全波整流器是一個平均檢測器。 這將與 rms 檢波器或峰值檢波器區分開來。

圖1

全波整流器是半波整流器的增強型。 圖 2 將全波整流器說明為與輸入相加的半波整流器。

圖2

要了解全波整流器的工作原理，假設理論上的運算放大器和二極管沒有正向電壓。 對于負輸入電壓，U1 的輸出會嘗試變為正，這會打開 D1 并關閉 D2。 假設 D1 短路（在這種情況下為開），這會將輸出保持在接地電位，因為運算放大器 (U1) 的作用會強制運算放大器的輸入電壓達到相同的電平。

對于正輸入電壓，輸出變為負，D2 開啟，D1 關閉。 然后，U1 的輸出充當反相放大器，增益由 R2/R1 設置。 通常增益設置為 1，這意味著 R2 = R1。

結果是 U1 的輸出跟隨輸入的負半周期（反相），正半周期的輸出為 0 V。 然后該輸出成為第二級 (U2) 的輸入之一，該輸入與輸入波形相加。

第一級的增益是半波整流器，相對于輸入的增益為 2。 這意味著 R3 = 2R4。 因此，輸入波與負半周期的參考電位（地）相加。 U2 輸出的結果是負半周期的正增益。 對于正半周期，半波整流器的反相波與輸入相加，半波整流器的增益為 2。這會在 U2 的輸出端產生正半波。 結果是一個全波整流器。

半波整流器部分的增益通常設置為 1 (R1 = R2)。 R3和R4的比例匹配應該比較緊（電阻值的絕對值相對不重要），這樣半波整流器輸出的輸入和輸出的總和才會正確。 通過改變 R5 的值，可以很容易地在電路中獲得增益。 圖 3 顯示了全波整流器的波形。 頂部跡線是輸入，底部跡線是 U2 電路的輸出。

圖3

圖 4 顯示了 U1 的輸出和半波整流器的輸出。 請注意，在實際電路中，U1 的輸出實際上是開環運行，直到達到 D2 的正向電壓。 這顯示在從頂部算起的第三條跡線（通道 C）中。 半波整流器的輸出顯示為底部軌跡（通道 D）。 圖 4 中所有跡線的增益相同。

圖4

全波整流器的輸出通常后跟一個濾波器以產生直流電平。 濾波器的拐角頻率應設置得足夠低，以限制輸出上的交流紋波，但又要足夠高，以免嚴重影響電路的瞬態響應速度。 輸出的輸出頻譜如圖 5 所示。全波整流器相對于半波整流器的一個優勢是，由于輸出波瓣加倍，整流器輸出的頻譜乘以 2 倍。

圖5

通過在反饋網絡中添加一個電容器，可以將全波整流器的加法器部分變成一個簡單的濾波器。 濾波器的轉折頻率由電容值和 R5 的值（F0 = 1/(2πR5C1)）決定。 圖 6 對此進行了說明。此外，該電路可以后接有源濾波器。

圖6

通過反轉兩個二極管，可以將輸出的極性變為負向。 全波整流器的誤差項與反相放大器相同。 最重要的是抵消項。 電路的頻率響應主要由運算放大器的開環增益設置。 二極管的分流電容和二極管的開啟/關閉時間也會影響頻率響應，但它們的影響通常遠小于運算放大器的頻率響應。對于使用單電源電壓運行時， 同相輸入偏置到參考電壓，通常為電源電壓的 ½。 零輸入信號輸出則處于參考電壓。 圖 7 顯示了一個單電源半波整流器，其參考電壓（運算放大器的同相輸入端的電壓）為 +4 V。在顯示屏上，接地位于底部。

圖7

輸入仍然以地為參考，因此輸入必須使用串聯電容器進行交流耦合。 頻率的低端由輸入耦合電容和輸入電阻 R1 設置的 RC 時間常數決定。 對于雙極電源，電路響應為直流。 或者，如果前面的電路以相同的參考電壓為參考，則輸入可以是直流耦合的。 如果在電路中采用增益，則應小心，因為參考電平和信號都會被放大。

運算放大器的頻率響應要求由最大信號輸入頻率決定。 二極管必須有足夠的開環增益才能偏置。 此外，由于求和作用，頻率會加倍。 因此，應用經驗法則，運算放大器的帶寬在輸入信號最大頻率的兩倍處應至少為 20 dB。