峰值检测电路分析.doc

峰值检测电路(二)1．基本得峰值检测电路本实验以峰值检测器为例, 说明可利用反馈环改进非线性得方法峰值检测器就是用来检测交流电压峰值得电路,　最简单得峰值检测器依据半波整流原理构成电路如实图4、１所示,　交流电源在正半周得一段时间内,　通过二极管对电容充电， 使电容上得电压逐渐趋近于峰值电压只要　RC 足够大,可以认为其输出得直流电压数值上十分接近于交流电压得峰值 图4、1 简单峰值检测电路  这种简单电路得工作过程就是,　在交流电压得每一周期中,　可分为电容充电与放电两个过程在交流电压得作用下, 在正半周得峰值附近一段时间内,　通过二极管对电容 C　充电,而在其它时段电容　C 上得电压将对电阻 R 放电当然,当外界交流电压刚接上时,需要经历多个周期, 多次充电,　才能使输出电压接近峰值但就是，　困难在于二极管就是非线性元(器）件， 它得特性曲线如实图4、2所示当交流电压较小时,检测得得直流电压往往偏离其峰值较多 图4、2　二极管特性曲线这里得泄放电阻Ｒ，就是指与 C 并联得电阻、下一级得输入电阻、二极管得反向漏电阻、以及电容及电路板得漏电等效电阻不难想到， 放电就是不能完全避免得同时, 适当得放电也就是必要得。

特别就是当输入电压变小时,　通过放电才能使输出电压再次对应于输入电压得峰值实际上, 检测器得输出电压大小与峰值电压得差别与泄放电流有关仅当泄放电流可不计时, 输出电压才可认为就是输入电压得峰值用于检测仪器中得峰值检测器要求有较高得精度检测仪器通常 R　值很大,且允许当输入交流电压取去后可有较长得时间检波输出才恢复到零可以用较小得电容，从而使峰值电压建立得时间较短本实验得目得, 在于研究如何用运算放大器改进峰值检测器, 进一步了解运算放大器之应用２.峰值检测电路得改进 为了避免次级输入电阻得影响,　可在检测器得输出端加一级跟随器(高输入阻抗）作为隔离级(实图4、3)图 ４、３ 峰值检测器改进电路(一)也可以按需要加一可调得泄放电阻如果允许电路有很长得放电时间, 也可以不用外加泄放电阻这种电路可以有效地隔离次级得影响, 且跟随器得输出电压(Vｏ)可视为与电容上得电压相等电路中得二极管, 仅在 Vi-Vo > 0 时才导通,　使电容C充电这时， 二极管上得电压为(Ｖi-Ｖo)为使在(Vi-Vo)很小时也能有足够得充电速度,　可将(Vｉ-Vo)经过放大,　再作用于二极管按照这一设想, 可在检测器前加一级比较放大器(实图４、４)。

 图4、４ 峰值检测器改进电路(二）在分析时常认为运算放大器失偏电压为理想值 0V比较放大器就是开环得差动放大器,它可以有很高得增益， 只要 Vｉ 略大于　Vｏ, 就可以输出很大得电压驱动 D1 对电容充电例如运算放大器得增益为 100dB量级, 只需 Vi 比 Vo 大 0、02ｍV, 就可以输出 ２V 得正向电压，显然, 加速了电容得充电过程,直至使　Vo 等于 Vi 得峰值为止因为二极管D1导通之后,第一级运放又构成了电压跟随器实际工作中， 决定 Vo 与 Vi 有差别得一个重要因素, 将就是放大器输入端得失调电压当然,　放大器也应有足够得带宽,以适应要求检测得交流电压得频率范围  在 Ｖｉ-Vｏ　< ０ 时，　比较放大器得输出电压接近于负电源电压， 使　D1 上有较大得反向电压, D1　就会有一定得反向泄漏电流为抑制 D1 得反向电流,　应使　D1 得正极在反向时得电压， 只略低于 Vo为此， 在比较放大器(A２)与 Ｄ1　之间增设二极管 D２　与电阻 R2 (实图4、５) 图４、５ 峰值检测器改进电路(三） 在 Vi　> Vo 时, A2　输出较大得正向电压, 使 D２ 与 D１ 导通对电容充电。

在　Vi < Vo 时， A2　输出得反向电压使 D2　关断这时, D２　得负极(D１ 得正极)通过 Ｒ2　联于　A1 得输出端, 使 R2 一端得电压（对地）为 Vo如图所示, 流过 D2 得反向电流通过 R２, 因而使 D2 得负极(D1　得正极）上与电容上得电压得以保持 通常　Ｒ2　为数百kＷ得电阻, 例如在实图4、５中 R２　为 5６0kW若　D2　得反向电流为　０、2ｍA,　则 R2 上得电压为 0、１１V,　即 D1 上得反向电压为 0、１１V由此可见，　D２ 与 R2 有效得抑制了Ｄ1得反向电流， 其作用相当于增大了检测电路得泄放电阻 还需注意, D2 还有极间电容 C2, 它与　Ｒ2 组成阻容耦合电路以上得分析略去了 C2 得作用,实际上就是假定输入信号得频率满足：W <＜ 1/(R2C２)　 (4、１)　 因此, 除了选用级间电容较小得二极管之外,　还应参照上式选择 R２ 实图4、5就是改进得峰值检测器得原理图该电路还有一个实际问题在输入信号得每周期得大部分时间中处于 Vｉ　< Ｖo 得状态, 因而 A2　输出端得电压几乎等于负电源电压, A２ 得中间级与输出级得某些管子,　必处于深饱与与深截止状态。

仅当　Vi 在峰值附近得一小段时间中，　A2 才可能性区中, A2 得某些管子应从深饱与状态(或深截止状态)转向线性区(放大区)中得状态管子得这种状态得转换需要经历一段时间才能完成这种效应限制了输入信号频率,　亦即限制了检测速度 为了改善电路得速度，　用非线性元(器)件 D3,　将比较放大器组成非线性反馈得放大器(实图4.6a)在 Ｖi > Ｖo 时,Ｖo2　高于 Vo, D3　处于反偏置状态（不导通）,A２ 仍可视为无反馈得高增益电路;　在 Vi <　Vｏ 时,Vｏ2 低于　Vo, D3 处于正偏置状态(导通）呈现为低阻抗, A2 可视为有强反馈得低增益放大器若 D３ 得正向等效电阻为　RD3,　在 rD3 ＜< R3 时,　只要 Ｒ3 充分大,保持 Vo 值变化较小,对于输入信号来说, 该电路相当于有偏置得跟随器(实图4、6b)含有非线性元件得运放分析图4、６ 提高峰值检测器充电速度得原理图   若 ｒD3 可不计则输出电压为:Vｏ2 ≌ Vi －Vｏ 因为此时运放就是一个带偏置得电压跟随器- VＤ３　 　　(4、2)  Vo2 得最低值为　 Vo2ｍｉn 　≌ －2VＰ - ＶＤ３   　(4、3） 式中　Vｐ 就是输入电压　Vｉ 得峰值。

在设计电路时,　若使 Vｉ 得最大峰值小于　A2 得负向摆幅之半,则 Ａ２ 就可以保持性区工作当然,D3得 反向电阻应尽可能大,以保证　Vo2 为正值时不致通过 D3 泄漏至 Vｏ 综上所述, 较完善得峰值检测器电路如实图4、７所示   图4、7　峰值检测器改进电路(四)  参数选择： 按照上面得分析,　R３　应满足: ＲD3　>> R3 >＞ ｒＤ3 （4、4) RD3　就是　Ｄ3 得反向等效电阻因 ｒD3　常在 1００W 量级, RD3 常在 １０0０kＷ 量级或更大,　故 R３ 可选为 10kW　量级整个电路,A２就是输入缓冲,其输入端包含A1得输出反馈,用于实现比较功能“Vｉ高于Vｏ就打开下级电路”A1就是输出缓冲注：1、只要 R3 充分大，就能保持 Ｖｏ 值变化较小 2、R2用于减少D2得反相泄露电阻。