峰值检波器电路的设计

峰值检波器电路的设计第一章绪论检波器，是检出波动信号中某种有用信息的装置。

用于识别波、振荡或信号 存在或变化的器件。

检波器通常用来提取所携带的信息。

检波器分为包络检波器 和同步检波器。

前者的输出信号与输入信号包络成对应关系， 主要用于标准调幅 信号的解调。

后者实际上是一个模拟相乘器，为了得到解调作用，需要另外加入 一个与输入信号的载波完全一致的振荡信号（相干信号）。

同步检波器主要用于 单边带调幅信号的解调或残留边带调幅信号的解调。

从调幅波中恢复调制信号的电路，也可称为幅度解调器。

与调制器一样，检 波器必须使用非线性元件，因而通常含有二极管或非线性放大器。

检波器分为包络检波器和同步检波器。

前者的输出信号与输入信号包络成对 应关系，主要用于标准调幅信号的解调。

后者实际上是一个模拟相乘器，为了得 到解调作用，需要另外加入一个与输入信号的载波完全一致的振荡信号（相干信号）。

同步检波器主要用于单边带调幅信号的解调或残留边带调幅信号的解调。

1.1检波器的构成命话就血滤除无用的频率 实M 谱搬移分量，取出所需的原调制信号的 频率分量乘法器等非线性器件 低a 滤波器LPF同步信号发生器同步检波器（包络检波器）应输入一个与输入载波 问频冋相的本地参考电 （同步电压斗1.2检波器的作用 1.2.1包络检波器电路Wat AEBl 也雄检理电界图1是典型的包络检波电路。

由中频或高频放大器来的标准调幅信号 ua(t)加在L1C1回路两端。

经检波后在负载 RLC 上产生随ua(t)的包络而变化的电压山⑴，其波形如图2所示。

这种检波器的输出 u(t)与输入信号ua(t)的峰值成正 比，所以又称峰值检波器。

122包络检波器波形包络检波器的工作原理可用图2的波形来说明。

在t1vtvt2时间内，输入信号瞬时值ua(t)大于输出电压 出(t)，二极管导通，电容C 通过二极管正向电阻ri 充 电,ui(t)增大;在t2<t<t3时间内,ua(t)小于^l(t)，二极管截止，C 通过RL 放电， 因此u 』(t)下降；到t3以后，二极管又重新导电，这一过程照此重复不已。

只要RLC 选择恰当，就可在负载RLC 上得到与输入信号包络成对应关系的输出电压 u l (t)。

如果时间常数RLC 太大，放电速度就会放慢，当输入信号包络下降时，前(t)可能始 终大于ua(t)，造成所谓对角切割失真(图2)。

此外，检波器的输出通常通过电容、电阻耦合电路加-lUB到下一级放大器，如图1中虚线所示。

如果Rg太小，则检波后的输出电压u X(t)的底部即被切掉，产生所谓的底部切割失真。

123同步检波器貲八器匕枷通滤波器图3同步检波器框图图3为同步检波器的框图。

模拟相乘器的一个输入为一单频调制的单边带调幅信号，即us(t)= Umcos(3 ct+Q mt)，其中3 c为载波信号角频率,Q m为调制信号角频率；另一输入是本机产生的相干信号，即uc(t) = Uccos 3 Ct,则乘法器的输出电压u0(t)与uS(t)和uc(t)的乘积成正比，即：u0(t)=Kus(t)*uc(t)，式中K为一比例常数。

u0(t)中包括两项，一项为高频项(2 3 c+Q m),另一项为低频项(Q m)。

通过低通滤波器后将高频项滤除，即得到与调制波成对应关系的输出。

uc(t)通常可用本地振荡器或锁相环产生。

同步检波器的抗干扰性能比包络检波器优越, 但是它的电路比较复杂。

1.3检波器的工作原理珂二 U 轴(1 十 ma cos Qf) cos OF /廿z二英JJ 讹Q +厭I 江匚az 00 cciE 2%工=2貫讪十H 2疋Q 』J 旅血1 cos 十\ j 2史JJ 谕ma 匚5 哄 十1/4忍^4«%加 cosC2ay 十G)£ 十1/ AKJJ^-^ma cos(2砂一 G 囂 需岀电辰 叫=U 肿』acmd = U 场MW电压传输系熱『町匚方臥/二；可；匚］了3瓯石■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■■■■■■■■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■■ ui 为取边训制信号出=口加叱COE Or cos 咚£ 输■出电JE ：堀J = 1 /cos CK cosQf = ^/QffJcosQZ电區儒输系数；Ks = V 2KMg-为单边调制信号 旳="2口饬伽20(零+ G#轿出电JK ： % =尊A KJJ JJ i/n 盘匕虽匸址电压传输蓋敷：笈d = UGm ｛问口血=十叭=J cos 叫乩Z第二章系统设计方案2.1工作原理峰值检波器工作原理：峰值检波器，它是一个能记忆信号峰值的电路， 其输 出电压的大小，一直追随输入信号的峰值，而且保持在输入信号的最大峰值。

Vc图4 峰值检波器电路当V1〉V 。

时: 信号由（+）端加入，出电流经D 对电容C 充电一直充至与Vi 相等之电压。

（当D 导电时此电路作用如同一电压跟随器）当V1〈V 。

时:OPA 的输出Va 为逆向偏压，相当于开路，于是电容 C 既不充电也不放电, 维持于输入之最大值电压图5为输出与输入的充放电情形，其中输出波形V0, 一直保持在输入波形Vi OPA 的输出Va 为正电压，二级 管D 导通，于是输2.2电路图… KI：4KIKrtJICON;45 V v+OBitALoEkESPbl OiV*OUTPUT27话E，Cl ■FOlu?COK!-uvV* BALANCE氐OUT OITmJKPrr STROBE口1?KGEOL^ V TLM3Ii第三章元器件介绍3.1电路所需兀器件3.2 LF398采样/保持器采样保持电路实质上是一种模拟信号存储器，它在数字指令控制下，使开关通断，对输入信号瞬时值进行采样并寄存，通常用两个运算放大器构成高输入阻抗的采样/保持电路，如图6所示:放大器A1是射随器。

它对模拟信号提供了高输入阻抗，并提供了一个低的输出阻抗，使存储电容CH能快速充电和放电，放大器A2在存储电容和输出端之间起缓冲作用。

开关K1在指令控制下通断，对电容CH充电或放电，开关S1 通常使用FET开关或MOSFET开关，存储电容CH 一般取0.01-0.1卩F。

采样/保持电路经常使用集成电路LF398,该器件的工作原理和使用方法说明如下:LF398具有采样和保持功能，它是一种模拟信号存储器，在逻辑指令控制下,对输入的模拟量进行采样和寄存。

图7是该器件的引脚图。

各引脚端的功能如下:①和④端分别为VCC和VEE电源端。

电源电压范围为± 5V〜± 15V。

②端为失调调零端。

当输入Vi=0，且在逻辑输入为1采样使，可调节②端使Vo=0。

③端为模拟量输入端。

⑤端为输出端。

⑥端为接采样保持电容CH端。

⑦端为逻辑基准端（接地）。

⑧端为逻辑输入控制端。

该端电平为“1”时采样，为“ 0”时保持。

LF398内部电路原理图如图8所示。

当8端为“ T时，使LF398内部开关闭合，此时A1和A2构成1:1的电压跟随器，所以，Vo = Vi，并使迅速充电到Vi，电压跟随器A2输出的电压等于CH上的电压。

当8端为“0”时，LF398内部开关断开，输出电压 Vo 值为控制端8由“ 1” 跳到“0”时CH 上保持的电压，以实现保持目的。

端 8的逻辑输入再次为“ 1”、 再次采样时，输出电压跟随变化。

3.2.1 LF398芯片介绍LF398是一种高性能单片采样/保持器。

它具有很高的直流精度、很快的采样时间和低的下降速度。

器件的动态性能和保持性能可通过合适的外接保持电容 达到最佳。

例如选择1000PF 的保持电容，具有6us 的采样时间，可达到12bit 的精度。

LF398的价格低廉。

电源电压可从± 5〜± 18V 任意选择，其性能几乎采用保持器LF398对电压信号进行采样/保持。

在单片机P2.5 口的控制下,高电平，采样；低电平，保持。

输入的正弦波信号经 LF398后变为抽样信号。

电路如图9所示:无影响。

采样/保持的逻辑控制可与TTL或CMOS电平接口。

它可广泛地应用于高速A/D转换系统、数据采集系统和要求同步采样的领域。

该器件外形采用8脚DIP封装结构。

性能特点：A.具有12bit吞吐精度；B.采样时间：小于10us;C宽带噪声：小于20uV;D.可靠的整体结构；E.输入阻抗：大于1010Q; F.TTL和CMOS逻辑接口。

主要参数:输入偏流：小于50nA;b.增益：1; C.输入失调：小于± 7mV;d.输出阻抗：小于0.5Q; e.电源电压：± 5〜± 18V;f.电源电流：± 4.5〜± 6.5mA。

内部结构说明:LF398内部电路结构如图10, N1是输入缓冲放大器，N2是高输入阻抗射极输出器。

逻辑控制采样/保持开关：当开关S接通时，开始采样，当开关断开时，进行保持。

3.2.2基本接法与应用下图是LF398的基本连接图。

失调电压的调整是通过与V +的分压并调整1KQ电位器实现的。

保持电容CH应选用300〜1000PF的高性能低漏电云母电容器。

控制逻辑在高电平时为采样，在低电平时为保持。

本设计采用此种连接方法。

电路如图11所示:3.3 LM311 331引脚图3.3.2引脚功能GROUND/GND :接地。

INPUT + :正向输入端。

INPUT -:反向输入端。

OUTPUT :输出端。

BALANCE :平衡。

BALANCE/STROBE :平衡 /选通。

V+ :电源正。

V-:电源负。

3.4稳压二极管稳压二极管是一个特殊的面接触型的半导体硅二极管，其V-A 特性曲线与普通二极管相似，但反向击穿曲线比较陡 -稳压二极管工作于反向击穿区，由于 它在电路中与适当电阴配合后能起到稳定电压的作用， 故称为稳压管。

稳压管反 向电压在一定范围内变化时，24kItv+CkTJLr39S图1163e12 ―3图12反向电流很小，当反向电压增高到击穿电压时，反向电流突然猛增，稳压管从而反向击穿，此后，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压的变化却相当小，利于这一特性，稳压管访问就在电路到起到稳压的作用了。

而且，稳压管与其它普能二极管不同之反向击穿是可逆性的, 去掉反向电压稳压管又恢复正常，但如果反向电流超过允许范围，二极管将会发热击穿，所以，与其配合的电阻往往起到限流的作用。

341稳压管的伏安特性图13稳压二极管（又叫齐纳二极管）它的电路符号是：此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。