アナログICを使った全波整流回路の作り方に関して

質問

OPアンプを使って全波整流回路を作ろうと思ったとき
http://spectrum123.at.infoseek.co.jp/kenpa/zenpa/zenpa.htm
通常は上記のようなダイオードを使ったやり方をするようです。

http://www.analog.com/static/imported-files/jp/data_sheets/AD823_JP.pdf

しかしながら、上記の15ページにはダイオードを使わない方法も書かれています。

これらはどのように特性が異なるのでしょうか？

OPアンプを使った全波整流回路の作り方のこつのようなものがありましたら
教えて頂けないでしょうか？

それと全波整流用のアナログICってあるのでしょうか？
オペアンプを使わない、出来合えの全波整流用のアナログICがありましたら
教えて下さい。

帯域は50～500kHzほど必要としています。

よろしくお願いいたします。

回答No.9

anachrockt · ベストアンサー

> これらはどのように特性が異なってくるのでしょうか？
> そしてどちらを選ぶべきなのでしょうか？
知識・部品・計測器があればどちらでもかまいませんが，回路例１－１の方が周波数特性が良くなります．
わからずに作っても高性能が期待できる回路例１－１を勧めます．
もちろん，後ろの差動増幅器は計装増幅器構成にすべきでしょう．
紹介したページの一等下にも本来ならコンデンサを2個付けると解説があります．
http://210.155.219.234/Rectifier.htm
この本には，AC/DCコンバータですが各種回路の周波数特性が載ってました．
http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/34/34371.htm

計装増幅器構成でも入力段を反転増幅器にするとCMRRの影響が無くなってさらに特性が良くなる可能性があります．
http://ww6.tiki.ne.jp/~funabashi/ac-dc.html
ただし，紹介の回路はAC/DCコンバータですから，OPアンプを高速なのに変更し，付いている22uFは削除します．
後ろにOPと抵抗4個の差動増幅器を付けます．

ダイオードは紹介したSBDを使ってください．
ゲルマニウム・ダイオード（1N60,1S34等）は，耐圧が低いだけでなく，現在売られているものの信頼性は？なんで勧められません．

回答No.8

anachrockt

VFですが，データシートの'Figure 1. Forward Current vs. Forward Voltage at Temperatures.'を見ます．
紹介したSBDは25℃1mAで0.33V程度ですよね．
逆回復は無視できるため，データシートにありません．

1S1588も同様にグラフから，25℃1mAで0.65V程度で，SBDの倍ですよね．
また，逆回復もVR=6Vで4nsですが，VR=150mVだとどのくらいかかるんでしょうね．
逆回復時間は，過剰に注入された電荷の引き抜き時間ですから，VRが大きいほど短くなります．

とゆうわけで，Siスイッチング・ダイオードとSBDは大きく違います．
SBDで入手容易なのは整流用ですが，この用途には端子間容量が大きすぎて使えません．
面実装ではないSBDだとここの「5082-2800」がお勧めです．
http://www.avagotech.co.jp/pages/en/rf_ics_discretes/schottky_diodes/axial_glass_packaged/5082-2800/
低耐圧SBDは各社にあったんですが，±15V電源のアナログ回路に使えるのは，昔からここ（旧社名ｈｐ）にしかありませんでした．

あと回路ですが，紹介した回路例１－１で，差動増幅器をOPアンプ1個から，計装増幅器（インスツルメンテーションアンプ）構成にするとさらに対地バランスが向上して広帯域になります．

お礼

ありがとうございます。

もう一つだけ質問させて下さい。
半電源を使ったやり方よりも、ダイオードを使ったやり方の方が特性は良いということは分かったのですが、

http://spectrum123.at.infoseek.co.jp/kenpa/zenpa/zenpa.htm
手元にある本にはこのページのような回路図が示されています。

教えて頂いた
http://210.155.219.234/Rectifier.htm?

の回路とは少し違うようなのですが、これらはどのように特性が異なってくるのでしょうか？

そしてどちらを選ぶべきなのでしょうか？

回答No.7

anachrockt

回答No.6 の趣味レーションは，ダイオード・モデルが？ですね．
入力電圧が低下したときになぜ波形が乱れるのかとゆうと，ダイオードの逆回復特性と接合容量です．
ダイオードの順方向等価（微分）抵抗は，（電圧増加分）÷（電流増加分）ですが，順電圧VF（Siスイッチング・ダイオードで0.5～0.7V）以下では，電圧が増加しても電流増加は微々たるモンですから，等価抵抗はグングン大きくなり，等価抵抗と接合容量及び浮遊容量で決まるポール（カットオフ周波数）は低下し，スルーレートなんか目じゃありません．
ここにあるように，カットオフ周波数fcと立ち上がり時間trsの関係は，trs×fc = 0.35です．
http://www.f3.dion.ne.jp/~a-kawata/note/oscillo/oscillo.html

それに逆回復特性が加わって，波形は目も当てられなくなります．

よくやられる対策としては，逆回復がほとんど無くVFの小さなSBD（紹介済み）を使用します．
それでも10mVオーダーでは厳しいと思いますから，前段で増幅した方がエエでしょう．

お礼

回答ありがとうございます。

ダイオードの選び方として、逆回復がほとんど無くVFの小さなSBD、
ということなのですが、紹介して下さったものは表面実装タイプなので、
同じような特性を持っていて普通のタイプのダイオードを購入したいと考えています。

「全波整流　OPアンプ」で検索したところ「１Ｓ１５８８」というものが一般的に使われるそうなのですが、これだとどうなのでしょうか？

教えて下さった「HSMS-280x」だとVFは1.0Vと書いてあり、それに対して「１Ｓ１５８８」は1.3Vと書いており、それほど性能は変わらないと考えています。

それと逆回復時間は「１Ｓ１５８８」だと4nSと書かれてあるのですが、「HSMS-280x」はどこに書かれてあるのか見つかりませんでした。
どこを参照すれば良いのでしょうか？

それともし表面実装でないダイオード「１Ｓ１５８８」よりも良いものがありましたら教えて頂けますでしょうか？

よろしくお願いいたします。

回答No.6

inara1

＞出来るだけスルーレートの大きさOPアンプを使えば良
はい、50V/μs 以上のものがいいです。

AD823を使った整流回路の出力波形（回路シミュレータの結果）を添付します。±10V入力ではやや歪んでいます（分かりにくいかもしれませんが）。±1V入力では150mV未満での飽和が見えています。100mV入力では整流されていません。1MHz・±10V入力では、スルーレートに制限されて、出力波形が三角波になっています。

＞入力電圧が150mV未満のとき、出力波形が不完全な整流波形にならないようにするには
このオペアンプを使う限りできないでしょう。±電源のオペアンプとダイオードを使った回路だと大丈夫です。

＞帰還抵抗を下げるデメリットは
帰還抵抗がオペアンプの負荷となるので、帰還抵抗が小さいと最大出力電流が大きくなって出力電圧がクリップする可能性があります。

回答No.5

anachrockt

帯域が50～500kHzほどだと，ここの回路例１－１がエエと思います．
http://210.155.219.234/Rectifier.htm
問題はダイオードで，これのSERIESがお勧めです．
http://www.avagotech.co.jp/docs/AV02-0533EN

なお，出力が全波整流波（正弦波の絶対値）ではなく，
直流でOKなら，これが簡単です．
http://cds.linear.com/docs/Japanese%20Datasheet/j1968f.pdf

回答No.4

inara1

AD823を使った全波整流の原理はANo.2さんの説明通りですが、このオペアンプで整流するには以下の注意が必要です。
　　（1）スルーレートが 22V/μs（最小 14V/μs）なので、±10V・500kHz の信号を入力すると波形がやや歪む
　　（2）入力電圧が負のときの出力電圧が完全に0Vにならない（150mV程度で飽和）
　　（3）帰還抵抗を 100kΩ 未満にしないと 500kHz での整流波形が歪む

（1）　入力信号の振幅を±A (V)、周波数を f （MHz）としたとき、波形が歪まない条件は
　　　　A*f < 10/(2*π) ≒ 1.6
となります。10 というのはスルーレートの最低値 14V/μs を考えて少し余裕を見た値（10V/μs）です。入力周波数が最大が500kHzなら、A の上限は 3.2V（±3.2V）となります。
（2) 　入力電圧が150mV未満のとき、出力波形が不完全な整流波形になってしまいます。
（3) 　データシートでは100kΩの帰還抵抗となっていますが、これでは周波数特性がよくありません。 500kHz までの信号を整流するには、帰還抵抗を 1kΩ～10kΩ の範囲とする必要があります。

ダイオードを使った整流回路でも、±10Vの入力レベルなら、オペアンプのスルーレートは最低でも 50V/μs は必要です。回路方式によっては、電源電圧の半分未満の入力レベルでしか正常動作しない場合があります。また、この方式でも出力波形の立上がり部分の波形が若干歪みます（これは入力信号レベルが±0.1V未満だと目立ちます）。入力信号の振幅の範囲はどれくらいでしょうか。

お礼

回答ありがとうございます。

つまり高周波数までひずみのない整流を行いたければ、
出来るだけスルーレートの大きさOPアンプを使えば良いということなのですね。

でも(2)と(3)はどういうことなのでしょうか？

(2)に関してですが、入力電圧が150mV未満のとき、出力波形が不完全な整流波形にならないようにするにはどのような工夫をすれば良いのでしょうか？

(3)に関してですが、帰還抵抗を下げれば下げるほど周波数特性がよくなるということなのだと思うのですが、帰還抵抗を下げるデメリットは何なのでしょうか？

回答No.3

tadys

ダイオードを使わない方法というのはどのようなオペアンプでも出来るわけではなく
例示されているような入出力ともにグランドレベルで動作するオペアンプに限られます。

この方法では半波分の整流は出力が負にならない事を利用していますが負になるような入力が入った時の出力電圧がゼロになる必要があります。
しかし負荷の状態によってはゼロにならない事もあります。その場合には誤差が大きくなるでしょう。

単電源で動作する利点はあるもののダイオードを使用する方法よりは精度が落ちるでしょう。

回答No.2

foobar

ご質問に書かれている後者URLの回路では、（文書内に記述されていますが）一段目の単電源オペアンプがダイオードの役割（半波整流）を果たしています。
で、半波整流と振幅1/2で極性反転させた信号を足すことで全波の波形を作っています。（ということで、動作としては、ご質問中前者の回路と同じ動作をしています。）

特性の差としては、一段目の半波整流の差（過渡応答や0V付近での応答の違い）になるかと思います。

お礼

具体的にどちらの方が特性がよいとか、
具体的にどのように違うといったことに関して
教えて頂けますでしょうか？

回答No.1

nrb

OPアンプを使った全波整流回路は作ってもほとんど使える用途がありません
​http://www.analog.com/static/imported-files/jp/data_sheets/AD823_JP...​
のＯＰアンプＩＣで取れる電流は最大で１５ｍＡ程度です

これの電源容量で動く電気機器は限られています

ＯＰアンプは電圧増幅器です、大きな電流を取ることはできません

ＯＰアンプの後ろに電流を取るためのトランジスタ回路を組ならば別ですが、単純ダイオードで全波整流の方が簡単で安価です

使用用途、要求仕様を記載した方が良いと思います

お礼

電流を流す用途では使いません。

単純に電圧としての信号を全波整流かけたいだけです。

よろしくお願いいたします。