设计目标

设计说明

该单电源精密绝对值电路针对低输入电压进行了优化。它可在最高 50kHz 的频率下正常工作，而且在低至 5mVpp 的信号水平下具有优异的线性度。该设计在负运算放大器电源轨上使用了负电荷泵（例如 LM7705），以在信号水平接近于 0V 时保持线性度。

设计说明

1. 观察运算放大器的共模和输出摆幅限制。
2. R₃ 应足够小，从而避免来自 D₁ 的漏电流在正输入周期内造成误差，同时验证运算放大器能够驱动该负载。
3. 为 D₁ 使用快速转换的二极管。
4. 移除输入缓冲器可使输入信号拥有高达电源电压两倍的峰峰值，但会降低输入阻抗并造成微小的增益误差。
5. 使用精密电阻器来尽可能地减小增益误差。

设计步骤

1. 针对正输入信号的电路分析。
   
   $\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{o}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{i}}}=\left(-\frac{{\mathrm{R}}_2}{{\mathrm{R}}_1}\right)+\left(1+\frac{{\mathrm{R}}_2}{{\mathrm{R}}_1}\right)=1$
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{o}}={\mathrm{V}}_{\mathrm{i}}$
2. 针对负输入信号的电路分析。
   
   $\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{o}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{i}}}=\left(-\frac{{\mathrm{R}}_2}{{\mathrm{R}}_1}\right)=-1$
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{o}}=-{\mathrm{V}}_{\mathrm{i}}$
3. 选择 R₁、R₂ 和 R₃。
   $\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{o}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{i}}}=-\frac{{\mathrm{R}}_2}{{\mathrm{R}}_1}$
   $\text{If }{\mathrm{R}}_2={\mathrm{R}}_1 \text{ then }{\mathrm{V}}_{\mathrm{o}}=-{\mathrm{V}}_{\mathrm{i}}$
   $\text{Set }{\mathrm{R}}_1={\mathrm{R}}_2={\mathrm{R}}_3=1 \mathrm{k\Omega }$

设计仿真

瞬态仿真结果

5mVpp，1kHz 输入

400mVpp，1kHz 输入

设计参考资料

德州仪器 (TI)，单电源、低输入电压、全波整流器仿真，电路 SPICE 仿真文件

德州仪器 (TI)，单电源、低输入电压、优化精度、全波整流器，参考设计

设计特色运算放大器

设计备选运算放大器