精密整流器

高精度整流器はスーパーダイオードとも呼ばれ、理想的なダイオードと整流器のように動作するオペアンプの回路構成です。^[1]

オペアンプベースの高精度整流器を、パワー MOSFET ベースのアクティブ整流理想ダイオードと混同しないでください。

このような機能を実装する基本回路を右側に示します。 は任意の負荷です。入力電圧が負の場合、オペアンプはダイオードのアノードに最も負の電圧をかけるため、ダイオードは逆バイアスされ、開回路のように動作します。ダイオードにはほとんど電流が流れないため、出力電圧はを通じてグランドに引き下げられます。入力が正になると、オペアンプによって増幅され、ダイオードがオンになります。負帰還のため、 が入力電圧に等しくなる だけの電流が を流れます。${\displaystyle R_{\text{L}}}$${\displaystyle V_{\text{out}}}$${\displaystyle R_{\text{L}}}$${\displaystyle R_{\text{L}}}$${\displaystyle V_{\text{out}}}$

実際のしきい値はゼロに非常に近いですが、ゼロではありません。これは、ダイオードの実際のしきい値をオペアンプのゲインで割った値に等しくなります。

この基本構成には問題があるため、一般的には使用されません。入力が (わずかでも) 負になると、ダイオードを介したフィードバック信号がないため、オペアンプはオープン ループで動作します。オープン ループ ゲインが高い一般的なオペアンプの場合、出力は飽和します。その後、入力が再び正になると、オペアンプは飽和状態から抜け出してから、再び正の増幅を行う必要があります。この変化によってリンギングが発生し、時間がかかるため、回路の 周波数応答が大幅に低下します。

右側に別のバージョンを示します。この場合、入力がゼロより大きい場合、D1 はオフ、D2 はオンなので、 のもう一方の端は仮想グランドに接続され、 を流れる電流がないため、出力はゼロになります。入力がゼロより小さい場合、D1 はオン、D2 はオフなので、出力は の増幅を伴う入力のようになります。その入力と出力の関係は次のとおりです。 ${\displaystyle R_{2}}$${\displaystyle R_{2}}$${\displaystyle -R_{2}/R_{1}}$

この回路の利点は、オペアンプが飽和状態に陥らないことですが、入力信号がゼロを横切るたびに、出力はダイオード 2 個分の電圧降下 (約 1.2 V) だけ変化する必要があります。したがって、オペアンプのスルー レートと周波数応答 (ゲイン帯域幅積) によって、特に信号レベルが低い場合に高周波性能が制限されますが、100 kHz で 1% 未満の誤差は可能です。

同様の回路を使用して、高精度の全波整流回路を作成できます。

基本的な高精度整流器を少し変更するだけで、信号レベルのピークを検出することができます。次の回路では、コンデンサが信号のピーク電圧レベルを保持し、スイッチを使用して検出レベルをリセットします。入力 Vin が Vc (コンデンサの両端の電圧) を超えると、ダイオードは順方向バイアスされ、回路は電圧フォロワになります。その結果、Vin が Vc を超えている限り、出力電圧 Vo は Vin に従います。Vin が Vc を下回ると、ダイオードは逆方向バイアスされ、入力電圧が再び Vc を超える値に達するまでコンデンサは電荷を保持します。

• 1982年の特許（期限切れ）は、シンプルで非常に正確な設計を詳述している。
• ロッド・エリオットの改良版
• シングルオペアンプ全波整流回路