峰值检波器电路的设计(DOC)
二极管峰值包络检波器的设计
二极管峰值包络检波器的设计峰值包络检波器是一种广泛应用于无线通信和雷达系统中的电路，用于从调制信号中提取出包络信号。
与常规的整流电路不同，峰值包络检波器能够准确地提取出输入信号的包络，同时不失真信号的高频特性。
本文将介绍如何设计一个基于二极管的峰值包络检波器。
首先，让我们了解一下峰值包络检波器的工作原理。
该电路的基本原理是利用二极管的非线性特性，使得输入信号的正半周被整流为直流信号，并在其中一个时刻保持其峰值。
下面是该电路的基本结构图：```+---------+IN---，---->OU+---------+```图中的IN表示输入信号，OUT表示输出信号。
接下来，我们将介绍该电路的设计步骤。
第一步是选择合适的二极管。
峰值包络检波器的设计需要选择具有合适的非线性特性的二极管。
一般情况下，选择肖特基二极管或者高速稳压二极管。
第二步是选择合适的电容。
电容的选择应尽可能大，以便提高信号的低频响应。
一般情况下，选择0.1μF或更大的电容。
第三步是确定电路的截止频率。
峰值包络检波器的截止频率取决于输入信号的最高频率和电容的值。
一般情况下，选择截止频率为输入信号频率的两倍。
第四步是电路的仿真。
可以使用电路仿真软件如Multisim或者LTSpice来模拟电路的性能，以便调整参数并优化电路性能。
第五步是实际的电路实现。
根据仿真结果，选择合适的元器件并进行电路布局和焊接。
注意保持元器件的引脚长度一致，以减少对信号的串扰。
第六步是电路的测试和调试。
使用信号发生器输入不同频率和幅度的信号，并使用示波器观察输出信号的波形和幅度。
根据测试结果，调整元器件的数值以实现最优性能。
最后，设计完成的峰值包络检波器可以应用于无线通信系统或雷达系统中。
精密峰峰值检测电路
精密峰峰值检测电路
精密峰峰值检测电路电原理图如图1所示。
图1 精密峰峰值检测电路
峰值检波的原理
交流信号从TL084引脚3输入，根据运放的虚短法则引脚2具有与引脚3同样的波形；U1B 是电压跟随器，引脚7的电压幅值与电容C1上的电压相同（加一级跟随的作用是用这个跟随器提供电流支持）。
当引脚3的电压大于电容C1电压时，电阻R2上产生压降，电流从左到右。
根据运放的虚断法则引脚2不能提供电流，并且D2反偏也不会导通。
为了维持平衡只有提升R2右端的电压（既是电容C1的电压），这个充电电流从U1A的引脚1经过D1进行。
当引脚3的电压低于电容C1电压时，电阻R2上产生压降，电流从右到左。
根据运放的虚断法则引脚2不能提供电流，则这个电流只有经过D2进入U1A。
由于电压跟随器输出电压与电容C1上的电压相同，二极管D1截止，电容不能导过D1放电，电压得到保护。
电容C1有一个放电电阻R1，RC的放电时间常数τ为100ms，1S后如果没有脉冲过来则放电到电压0V。
峰峰值检测波形如图2所示。
图2 精密峰峰值检测电路工作电压波形。
峰值检波器电路原理
三极管恒流源电路恒流源的输出电流为恒定。
在一些输入方面如果应用该电路则能够有效保护输入器件。
比如RS422通讯中采用该电路将有效保护该通讯。
在一定电压方位内可以起到过压保护作用。
以下引用一段恒流源分析。
恒流源是输出电流保持不变的电流源，而理想的恒流源为：a)不因负载(输出电压)变化而改变。
b)不因环境温度变化而改变。
c)内阻为无限大。
恒流源之电路符号：理想的恒流源实际的流源理想的恒流源，其内阻为无限大，使其电流可以全部流出外面。
实际的恒流源皆有内阻R。
三极管的恒流特性：从三极管特性曲线可见，工作区内的IC受IB影响，而VCE对IC的影响很微。
因此，只要IB值固定，IC亦都可以固定。
输出电流IO即是流经负载的IC。
电流镜电路Current Mirror：电流镜是一个输入电流IS与输出电流IO相等的电路：Q1和Q2的特性相同，即VBE1 = VBE2，β1 = β2。
优点：三极管之β受温度的影响，但利用电流镜像恒流源，不受β影响，主要依靠外接电阻R经Q2去决定输出电流IO（IC2 = IO）。
例：三极管射极偏压设计范例1:从左边看起:基极偏压所以VE=VB - 0.6=1.0V又因为射极电阻是1K,流经射极电阻的电流是所以流经负载的电流就就是稳定的1mA范例2.这是个利用稳压二极管提供基极偏压5.6VVE=VB - 0.6=0.5V流经负载的电流范例3.这个例子有一点不同:利用PNP三极管供应电流给负载电路.首先,利用二极管0.6 V的压降,提供8.2 V基极偏压(10 – 3 x 0.6 = 8.2). 4.7 K电阻只是用来形成通路,而且不希望(也不会)有很多电流流经这个电阻。
VE=VB + 0.6=8.8VPNP晶体的560欧姆电阻两端电位差是1.2V, 所以电流是2mA晶体恒流源应用注意事项如果只用一个三极管不能满足需求,可以用两个三极管架成:或是也可以是请您注意:恒流源是一个二端子的零件.市面上也有“稳流二极管” (current regulating diode, CRD)供小电流应用.大电流应用时,可以用IC稳压器串联电阻,或是使用MOSFET的方法。
峰值检波器
课程设计报告课程电子测量与虚拟仪器课程设计题目峰值检波器的设计系别年级08 专业电子科学与技术班级学号学生姓名指导教师职称讲师设计时间2011-04-04~2011-04-09前言电子测量与虚拟仪器课程设计是电子科学与技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。
峰值检波器功能实现要求在已学习的基础上，通过硬件的连接设计和软件的模拟、仿真设计实现峰值检波的功能，这项设计对检验我们的学习成绩、提高我们的动手能力、锻炼独立思考等方面有重要的意义。
自20世纪90年代以来，作为测试技术与计算机技术完美结合的产物——虚拟仪器得到了迅猛发展，使得测量仪器和测量技术产生了深刻的变化。
虚拟仪器技术综合运用了计算机技术、数字信号处理技术、标准总线技术和软件工程的方法，代表了测量仪器与自动测试系统未来的发展方向。
虚拟仪器可广泛应用于电子测量、振动分析、声学分析、故障诊断、航天航空、军事工程、电力工程、机械工程、铁路交通、地质勘探、生物医疗、教学及科研等诸多方面。
无论是初学乍用的新手还是经验丰富的程序开发人员，虚拟仪器在各种不同的工程应用和行业的测量及控制的用户中广受欢迎，这都归功于其直观化的图形编程语言。
虚拟仪器的图形化数据流语言和程序框图能自然地显示您的数据流，同时地图化的用户界面直观地显示数据，使我们能够轻松地查看、修改数据或控制输入。
《电子测量技术基础》正是掌握测量技术与虚拟仪器的入门课程，它偏重于实际应用的课程，要求我们在学好理论知识的基础上，培养一定的实践动手操作能力，将所学的理论知识和实践有机结合。
电子测量与虚拟仪器课程设计是对《电子测量技术基础》课程理论知识教学和实验教学的综合和总结。
通过该课程设计，使我们对微型计算机系统的基本结构和硬/软件的工作原理有一个整体的认识，将所学的理论知识和实践有机结合，初步掌握计算机应用系统设计的步骤和接口设计的方法，提高分析和解决实践问题的能力，锻炼和提高同学们的实践动手能力。
峰值检波的各种设计
峰值检波的各种设计峰值检波器被广泛应用于信号处理和测量领域，用于检测信号的最大幅值或峰值。
在本文中，将介绍峰值检波器的各种设计方案。
1.简单整流电路：最简单的峰值检波器设计是通过使用一个整流电路。
整流电路将信号的负半周期变为正半周期，并输出信号的最大峰值。
然而，这种方法不能精确地检测到信号的准确峰值，因为整流后的信号仍然是一个脉冲列，无法得到真实的峰值幅值。
2.峰值保持电路：为了实现准确测量信号的峰值幅值，可以使用峰值保持电路。
峰值保持电路的基本原理是通过一个电容器来存储信号的峰值，然后在一个锁存电路中保持该值直到下一个峰值出现。
这种设计能够准确地测量信号的峰值幅值，并且具有快速反应的特点。
3.过零比较器设计：过零比较器峰值检测电路是一种常用的设计方案，特别适用于高频信号的峰值检测。
该电路将信号和一个参考电平进行比较，当信号超过或等于参考电平时，输出一个脉冲。
通过对输入信号进行红外采样，可以获得信号的真实峰值幅值。
4.前沿检测电路：前沿检测电路是一种基于信号边沿的设计方案。
该电路检测信号从低电平到高电平的跳变，然后输出一个脉冲，代表信号的峰值幅值。
该设计适用于矩形波形等具有明显边沿的信号。
5.峰均值检测器：峰均值检测器是一种结合了峰值检测和均值滤波的设计方案。
该电路通过使用一个低通滤波器来对信号进行滤波，然后使用一个峰值检测器来得到信号的峰值幅值。
这种设计能够准确地测量信号的瞬态峰值，并且可以平滑信号的波动。
总结起来，峰值检波器的设计方案包括简单整流电路、峰值保持电路、过零比较器设计、前沿检测电路和峰均值检测器。
不同的设计方案适用于不同类型的信号和应用场景。
峰值检波器的选择应该基于对系统性能要求的理解和对特定应用的需求的考虑。
二极管峰值包络检波器的设计
*******************实践教学*******************计算机与通信学院2012年秋季学期《通信系统基础实验》设计报告题目：二极管峰值包络检波器的设计目录一、实验目的 (1)1.1、进一步了解调幅波的原理，掌握调幅波的调制方法 (1)1.2、了解调幅波解调的原理，掌握调幅波的解调方法 (1)1.3、了解二极管包络检波的主要指标，检波效率及波形失真 (1)1.4、掌握用集成电路实现同步检波的方法 (1)二、设计指标 (1)三、整体电路图说明 (1)四、详细单元电路设计 (2)4.1、峰值包络检波 (2)4.2、失真电路 (3)4.3、改进电路 (5)4.4、实验电路 (5)五、整体电路设计与仿真结果 (6)5.1、混频器仿真电路仿真图 (6)5.2、包络检波仿真 (7)六、设计总结 (7)七、参考文献 (8)一、实验目的1.1、进一步了解调幅波的原理，掌握调幅波的调制方法1.2、了解调幅波解调的原理，掌握调幅波的解调方法1.3、了解二极管包络检波的主要指标，检波效率及波形失真1.4、掌握用集成电路实现同步检波的方法二、设计指标2.1、输入AM信号2.2、输出信号三、整体电路图说明在设计电路时要考虑选择性和通频带的要求,保证输出的高频波纹小,减小频率失真,避免惰性失真和负峰切割失真。
在选择二极管时要选择正向电阻小、反向电阻大、结电容小最高工作频率高的二极管。
一般多用点触型锗二极管2AP系列。
其正向电阻小,正向电流上升快,在信号较小时就可以进入大信号线形检波区。
电阻R的选择,主要考虑输入电阻及失真的问题,同时考虑对Kd的影响.容C不能太大,以防止惰性失真:C太小又会使高频波纹大,应使RC>>Tc。
图1：整体电路图整体电路由混频器和包络检波器组成，上半部分是混频器，下半部分是包络检波器。
四、详细单元电路设计4.1、峰值包络检波实验波形如图：图2：峰值包络检波波型图RC 电路有两个作用：一是作为检波器的负载；在两端产生解调输出的原调制信号电压；二是滤除检波电流中的高频分量。
峰值检波的各种设计
一、前言峰值检测电路PKD;PeakDetector的作用是对输入信号的峰值进行提取;产生输出Vo=V peak;为了实现这样的目标;电路输出值会一直保持;直到一个新的更大的峰值出现或电路复位..峰值检测电路在AGC自动增益控制电路和传感器最值求取电路中广泛应用;自己平时一般作为程控增益放大器倍数选择的判断依据..有的同学喜欢用AD637等有效值芯片作为程控增益放大器的判据;主要是因为集成的方便;但个人认为是不合理的;因为有效值和信号的正负峰值并没有必然联系；其次;实际应用中这类芯片太贵了..当然;像电子设计竞赛是可以的;因为测试信号总是正弦波;方波等..本文参加了TI公司的博文比赛;觉得还行的话;希望大家帮顶一下、回复一个;谢谢大家;我会更努力的：-二、峰值检测电路原理顾名思义;峰值检测器PKD;PeakDetector本文默认以正峰值检测为例就是要对信号的峰值进行采集并保持..其效果如下如MS画图工具绘制：根据这样的要求;我们可以用一个二极管和电容器组成最简单的峰值检测器..如下图TI NATI7.0绘制：这时候我们可以选择用面包板搭一个电路;接上信号源示波器观察结果;但在这之前利用仿真软件TINATI进行简单验证会节省很多时间..通过简单仿真输入正弦信号5kHz;2Vp p;我们发现仅仅一个二极管和电容器组成的峰值检测器可以工作;但性能并不是很理想;对1nF的电容器;100ms后达到稳定的峰值;误差达10%..而且;由于没有输入输出的缓冲;在实际应用中;电容器中的电荷会被其他部分电路负载消耗;造成峰值检测器无法保持信号峰值电压..既然要改进;首先要分析不足..上图检测的误差主要来自与二极管的正向导通电压降;因此我们可以用模电书上说的“超级二极管”代替简单二极管TINATI7.0绘制：从仿真结果来看;同等测试条件下;检测误差大大减小..但我们知道;超级二极管有一个缺点;就是Vi从负电压变成正电压的过程中;为了闭合有二极管的负反馈回路;运放要结束..这个过程需要花费时间;如果在负饱和状态;输出电压要从负饱和电压值一直到Vi+V二极管这个过程;输入发生变化;输出就会出现失真..因此;我们需要在电路中加入防止负饱和的措施;也就是说;我们输入部分的处理环节要能够尽量跟随输入信号的电压;并提供一个尽可能理想的二极管;同时能够提供有效的输入缓冲..一个经典的电路是通过在输入和输出间增加一个二极管;这有点类似于电压钳位TIN ATI7.0绘制：经过以上的简单描述;其实我们已经可以将峰值检测器分成几个模块：1模拟峰值存储器;即电容器；2单向电流开关;即二极管；3输入输出缓冲隔离;即运算放大器；4电容放电复位开关这部分非必须;如：如果电容值选取合适;两次采样时间间隔较大..三、几种峰值检测电路采用二极管和电容器组成的峰值检测电路有多种实现方式和电路形式;在TI等公司的一下文献中;我们可以查到不少..就自己个人实验的结果而言;二极管、电容、放大器组成的峰值检测器有效工作频率范围在500kHz一下;对100mVpp以上的输入信号检测误差可达到3%以内;后文中3.2的曲线图能较有代表性地反映这类峰值检测器的性能..3.1分立二极管电容型TI公司的Difet静电计级运算放大器OPA128的DATASHEET里提供了一个很好用的峰值检测器：TINATI的仿真结果如下：值得一提的是;该图有几个用心之处：1采用FET运放提高直流特性;减小偏置电流OPA 128的偏置电流低至75fA；2将场效应管当二极管用;可以有效减小反向电流同时增加第一个运放的输出驱动力；3小电容应该是防止自激的..实际应用中可以用TL082双运放和1N4 148来代替场效应管;性能价格比较高;详见..3.2无二极管型无二极管型是利用比较器输出的开集BJT或者开漏MOSFET代替二极管;进一步提高性价比;TI公司的LM311的DATASHEET提供了一个非常简单的峰值检测器电路：该图作者使用TINATI7.0和Multisim10.1均未仿真成功;但电路应该是没有问题的;只是性能得看实验..重点一提的是EDN英文版上有篇文章见参考文献提供了一种非常棒的PKD：性能如下：该图作者用TINA未能仿真成功;Mutisim10.1仿真成功：性能如下：3.3集成峰值检测电路ADI公司有一款集成的PKD——PKD01;本质也是二极管加电容的结构;性能不详..四、其他结构峰值检测电路在高速的环境下;二极管和电容结构的电路就无法适应了;作者见过FPGA+DAC+高速比较器组成的峰值检测器;原理很简单;就是将DAC输出和输入信号作比较;FPGA负责DAC电压输出控制和比较器输出检测..五、参考文献1瞿安连．应用电子技术．科学技术出版社;20062华成英;童诗白．模拟电子技术基础第四版．北京：高等教育出版社;20063德州仪器公司中国官方网站学习资源4Inexpensivepeakdetectorrequiresfewcomponents．AnthonyHSmith5DesignwithOperationalAmplifiersandAnalogIntegratedCircuits．Franco;Sergio。
峰值检波报告
峰值检波测试报告
一、方案选择与论证
方案一：用二极管电路和电压跟随器（OPA602）组成的峰值检波电路。
电路图如图（1）。
图（1）方案一峰值检波电路
方案二：用TLC372CD和LM358AD组成的峰值检波。
电路图如图（2）。
图（2）方案二峰值检波电路
方案论证：
方案一：用multisim进行仿真分析发现，利用二极管和OPA602构成的峰值检波器不能够进行正常的峰值检测。
仿真现象是检测端为与输入端相同的波形，没有有效的直流输出。
所以该方案不利于用作峰值检测电路。
方案二：用multisim进行仿真分析发现，利用LC372CD和LM358AD组成的峰值检波能够进行正常的峰值检波，并且误差在允许的范围内，是可行性较高的方案。
测试
数据详见后面的论述。
二、方案二测试数据
用multisim进行的仿真，采集的几组数据如下：
1、输入1kHz的正弦波，输入信号峰值1Vp-p。
实测信号峰值为1V（如下图所示）。
则误差为零。
2、输入10kHz的正弦波，输入信号峰值2Vp-p。
实测信号峰值为1.97V（如下图所示）。
则误差为1.5%。
3、输入10kHz的正弦波，输入信号峰值4Vp-p。
实测信号峰值为3.47V（如下图所示）。
则误差为13.25%。
(完整版)峰值检波器电路工作原理
峰值检波器电路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。
峰值检波器电路当V1 > V。
时：信号由（+ ）端加入，OPA的输出Va为正电压，二级电容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：管D导通，于是输出电流经D对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F图为输出与输入的充放电情形，其中输出波形V。
，一直保持在输入波形Vi的最大峰值。
峰值检波、准峰值检波和平均值检波的区别采用准峰值检波是民用电磁骚扰发射测试特点，由于民用的电磁兼容产品族标准都是从CISPR 标准转化过来的，这些标准都是为了保证通信和广播的畅通而编制的，因此骚扰对通信和广播的影响最终是有人的主观听觉效果来判断，平均值检波和峰值检波都不足以描述脉冲的幅度，宽度和频度对视觉造成的影响，而必须用准峰值检波，只有准峰值检波才比较符合人耳对声音的反应规律。
几种检波方式的各自特点：1.平均值检波：其最大特点是检波器的充放电时间常数相同，特别适用于对连续波的测量。
2.峰值检波：它的充电时间常数很小，即使是很窄的脉冲也能很快充电到稳定值，当中频信号消失后，由于电路的放电时间常数很大，检波的输出电压可在很长一段时间内保持在峰值上。
峰值检波的特点首先在军用设备的骚扰发射试验中被优先采用，因为好多军用装备只要单次脉冲的激励就可以造成爆炸或数字设备的误动作，而无需像音响设备那样讲究时间的积累。
3.准峰值检波：这种检波器的冲放点时间常数介于平均值于峰值之间，在测量周期内的检波器输出既与脉冲幅度有关，又与脉冲重复频率有关，其输出与干扰对听觉造成的效果相一致。
4．准峰值测试的主要问题与改进措施用准峰值检波方式进行测试的主要问题是测量时间长。
表 1 是准峰值检波和峰值检波的测试时间比较。
大信号检波器电路--串联型二极管峰值包络检波器
大信号检波器电路--串联型二极管峰值包络检波器大信号（0.5V以上）检波器，也称包络检波器。
1、串联型二极管峰值包络检波器该种检波器的原理电路如图5.5-10A所示。
在电路中，信号源U1、二极管VD和检波负载RLCL是串联相接的，故称之为串联型二极管峰值包络检波器。
电路是利用VD单向导电和检波负载RLCL充放电而工作的。
VD的寻通与否决定于高频输入电压U1和输出电压UO（即电容CL上的电压UCL）之差（U1-U 0），在高频信号正半周（U1-U0）﹥0期间VD导通，流过VD的高频电流ID对CL导通时充电，充电时间常数为RDCL（RD很小为VD导通时的内阻）很小，U0在很短时间内就接近高频电压最大值。
在（U 1-U0）﹤0期间，VD截止，电容CL通过RL放电，由于放电时间常数RLCL（》RDCL）远大于高频信号周期，故放电很慢，这样不煌地循环反复充放电，就得到如图5.5-10B中电压波形。
由于U0与U1的幅度相当接近，峰值包络检波由此而得名。
图5.5-10C为检波二极管电流电压波形，ID呈脉冲状，其幅度随U1包络的变化而变化，ID中含有的平均电流UDEV在负载RL上的压降即为输出电压UO。
可以证明，当U1=UC（1+MACOSOT）COSOCT时UO中调制信号分量UOO为：式中θ为二极管导通时通角之半，它为仅与RD与RL有关的一个常数。
θ、RL、RD三者的关系为：R1D决定于θ，即取决于RD/RL，因此，也可根据RD/RL值，通过表5.5-3查出R1D值。
包络检波器常有两种非线性失真：一是对角切割失真、二是负峰切割失真。
图5.5-11示出对角切割失真情况。
产生该种失真的原因是检波电路的时间常数RLCL选得过大，以使电容CL的放电速率跟不上包络变化速率所造成的。
为了避免对角切割失真的产生，对于单音调制选取时间常数RLCL时必须满足下式上式表明，MA的欧越大，包络下降速度越快，避免产生对角切割失真所要求的RLCL值就越小。
构成双峰值检波电路
C0 ux ux
Up
T1
D1
T2
P
T3
R1 C1
+ (a)
uc1 U0 uc 2
(b)
D2 R2
C2
+ -
R3
20
图7.6-1 脉冲保持电路及波形
第七章
电 压 测 量
1. 脉冲保持型电压表
C0 ux
+ E0
T3
ux
Up
T1
D1
T2
P
R1 C1
+ (a)
uc1 U0 uc 2
(b)
D2 R2
14
第七章
电 压 测 量
一、示波器测量脉冲电压
用示波器测量信号电压通常使用较多的是直接测量法 和比较测量法。
1. 直接测量法 直接测量法也称灵敏度换算法。它是将被测电压信号接在 示波器Y（垂直）通道，根据示波管荧光屏上电压波形的高度 及Y 轴偏转因数，直接计算出脉冲峰值 U p d H （7.6－1） 其中H是荧光屏上脉冲波形高度，d是Y轴总偏转因数 （V/cm或V/div）。要注意的是：探头有无衰减，是否使 用“倍率”，当然信号接入时还应将Y轴微调置“校正 位”。直接测量法是最常用的方法。由于光迹较宽、视差 及衰减器、放大器误差等限制，测量误差约为±5％。
13
第七章
电 压 测 量
7.6
脉冲电压测量
两种方法：示波器，脉冲电压表 示波器方便、直观。可观察和测量脉冲信号的波形和 各有关参数，如脉冲峰值（幅值）、脉冲上冲、顶部跌落、 脉冲宽度、占空系数等，又由于示波器已成为非常通用的 电子测量仪器，所以大多数情况下人们都是使用示波器测 量脉冲信号。 只有个别情况下（例如高压脉冲测量、脉冲间隔实际 很长的脉冲信号测量），才使用脉冲电压表。 一般的脉冲波形不使用高频峰值检波器测量脉冲电压， 因 为其测量误差过大。
设计峰值检测电路-课程设计
课程设计(论文)题目名称设计峰值检测电路课程名称电气测量技术与仪器课程设计学生姓名学号系、专业电气工程系指导教师2014年12月27日邵阳学院课程设计（论文）任务书注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。
指导教师（签名）：学生（签名）：邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名学号系电气工程系专业班级题目名称设计峰值检测电路课程名称电气测量技术与仪器一、学生自我总结二、指导教师评定注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。
摘要本设计介绍了峰值检测系统的设计原理、软硬件设计方法及系统性能指标调试方法。
被测信号经传感器转化为电信号，再经运放AD620和OP07放大、LF398采样/保持后进行A/D转化和信号处理后数字显示输出。
研究的主要内容有：方案论证、硬件设计、软件设计、系统实物调试。
硬件设计主要有小信号放大电路、峰值采样/保持及采样控制电路、程控放大电路、AD转换电路、自动量程切换电路、LCD显示电路、电源电路和单片机最小系统。
关键词：峰值检测；程控放大；采样/保持电路；LF398目录摘要 (I)绪论 (1)1峰值检测基本原理 (2)2 系统方案设计 (2)2.1 系统总体框图设计 (2)2.2 峰值检测方案设计和论证 (3)3 硬件设计 (5)3.1 单片机A/D转换电路和LCD接口电路 (5)3.1.1 ATMEGA16简介 (5)3.1.2 ATMEGA16的管脚分布及功能 (5)3.1.3 LCD1602的接口电路 (5)3.2 小信号放大电路 (6)3.3 程控放大及量程转换电路........................... 错误!未定义书签。
4 软件设计 (9)4.1 ATMEGA16单片机的模数转换器ADC介绍 (9)4.2 系统软件框图设计 (9)5 系统仿真调试与分析 (11)6 总结 (12)7 参考文献 (13)附录 (13)附录A 系统总体电路图 (14)附录B PCB板图 (14)附录C 实物图 (15)致谢 (16)绪论峰值检测是电子测量、自动化仪表以及其它相关技术领域常会遇到的问题。
带中断输出的实用峰值检波电路设计
The Design on Practical Peak V alue Detector with I nterrupt OutputLIU Hongying SHI Xiaojun(Dept .Electronic Engineer ,Southeast Univer sity ,Nanjing 210096P .R .china )Abstract : This paper introduces how to design electrical circuit of peak value detector.It als o discusses its parameters and performance.K ey w ords : peak value detector ;nice diode ;am plifier ;sam pling and maintenance EEACC : 1220;1130带中断输出的实用峰值检波电路设计①刘洪英 史小军(南京东南大学电子工程系,南京210096)摘要:介绍了一种实用峰值检波器的硬件原理,及共参数调整和性能。
关键词:峰值检波;精密二极管;运算放大器;采样保持中图分类号:T N7 文献标识码:A 文章编号:1005-9490(2003)01-0104-03 在工业控制中,我们经常会碰到各种各样的信号,有一种信号(电压或电流)类似于间歇振荡信号有正有负,幅值随着时间越来越小。
比如小金属物体(冲击体)通过线圈冲击其他物体时,线圈的输出电流如图1所示。
有的工业应用需要知道峰值A 点和B 点的电流值,这样就需要检测输出信号的峰值。
里氏硬度计传感器的信号特征就如图1所示。
本文就以这个典型的信号处理来讨论峰值检波电路的原理、实现,以及在实际应用中如何调整电路参数,以达到性能的要求。
1 峰值检波的原理 峰值检波电路是由一级精密二极管电路和一级电压跟随器组成。
所以为了更好的理解峰值检波电路原理,先要理解精密二极管电路。
峰值检测电路分析
峰值检测电路（二）1．基本的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的方法。
峰值检测器是用来检测交流电压峰值的电路, 最简单的峰值检测器依据半波整流原理构成电路。
如实图4.1所示, 交流电源在正半周的一段时间内, 通过二极管对电容充电, 使电容上的电压逐渐趋近于峰值电压。
只要 RC 足够大，可以认为其输出的直流电压数值上十分接近于交流电压的峰值。
图4.1 简单峰值检测电路这种简单电路的工作过程是, 在交流电压的每一周期中, 可分为电容充电和放电两个过程。
在交流电压的作用下, 在正半周的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 上的电压将对电阻 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。
但是, 困难在于二极管是非线性元(器)件, 它的特性曲线如实图4.2所示。
当交流电压较小时，检测得的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的泄放电阻R，是指与 C 并联的电阻、下一级的输入电阻、二极管的反向漏电阻、以及电容及电路板的漏电等效电阻。
不难想到, 放电是不能完全避免的。
同时, 适当的放电也是必要的。
特别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的峰值。
实际上, 检测器的输出电压大小与峰值电压的差别与泄放电流有关。
仅当泄放电流可不计时, 输出电压才可认为是输入电压的峰值。
用于检测仪器中的峰值检测器要求有较高的精度。
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的时间检波输出才恢复到零。
可以用较小的电容，从而使峰值电压建立的时间较短。
本实验的目的, 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．峰值检测电路的改进为了避免次级输入电阻的影响, 可在检测器的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的泄放电阻。
峰值检波电路设计思路
如图所示为由SMP04与运放构成的具有保持控制的正、负峰值检波电路。
放大器A用于正峰值检波，放大器B用于负峰值检波。
假定SMP04内部采样保持开关闭合，当正输入电压VIN上升时，正峰值检波放大器A输出使D2导通、D1截止，放大器A的反馈回路断开，采样保持放大器SMP04输出“VOUT正”跟踪输入变化。
相反，负峰值检波放大器B输出使D4截止、D3导通，采样保持放大器SMP04输出“VOUT负”保持最后一次最大输入负峰值电压如图所示为由SMP04与运放构成的具有保持控制的正、负峰值检波电路。
放大器A用于正峰值检波，放大器B用于负峰值检波。
假定SMP04内部采样保持开关闭合，当正输入电压VIN上升时，正峰值检波放大器A输出使D2导通、D1截止，放大器A的反馈回路断开，采样保持放大器SMP04输出“VOUT正”跟踪输入变化。
相反，负峰值检波放大器B输出使D4截止、D3导通，采样保持放大器SMP04输出“VOUT负”保持最后一次最大输入负峰值电压。
正输入电压VIN从最大值下降，当低于保持电容上电压时，D2截止、D1导通，采样保持放大器SMP04输出“VOUT正”，保持在此之前保持电容上的正输入电压VIN最大值(峰值)；同理，负峰值检波放大器B输出使D4导通、D3截止，采样保持放大器SMP04输出“VOUT负”开始跟踪输入变化。
由此反复工作，将正和负峰值电压检波出来分别由“VOUT正”和“VOUT负”端输出。
在峰值保持阶段，PD非／H控制信号为高电平，SMP04内部采样保持开关断开，可以减小保持电容的漏电流。
当“复位”信号为高电平时，Q1、Q2导通，将SMP04输入端钳位到零，即产生复位。
什么是峰值检波电路？峰值检波电路一般是由一个运放构成的电压跟随器和二极管和电容构成当输入信号为正半周时二极管导通对电容充电，一直充电到峰值即最大值，当输入电压负半周时二极管截止，电容不放电，保持电压（峰值电压），这样电容两端电压一直处于峰值，可以检测出信号的峰值，称其为峰值检波基本的峰值检波电路是由二极管电路和电压跟随器组成的，参考电路如图8-1所示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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1.2.1包络检波器电路图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u(t)，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。
1.2.2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t1<t<t2时间内,输入信号瞬时值ua(t)大于输出电压u(t)，二极管导通,电容C通过二极管正向电阻ri充电,u(t)增大;在t2<t<t3时间内,ua(t)小于u(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(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,u(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(t)的底部即被切掉，产生所谓的底部切割失真。
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(ωct＋Ωmt),其中ωc为载波信号角频率,Ωm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 ωct,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(2ωc+Ωm),另一项为低频项(Ωm)。
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。
图4峰值检波器电路当V1〉V。
时：信号由（+）端加入，OPA的输出Va为正电压，二级管D导通，于是输出电流经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—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V。
，一直保持在输入波形Vi的最大峰值。
图5 电容C输入输出的充放电2.2电路图第三章元器件介绍3.1电路所需元器件元件名称元件个数功能LF398 1 采样保持芯片LM311 1 电压比较器电阻24K 1电阻15K 1电阻30K 1电阻5.1K 11K可调电阻 13V稳压二极管 10.1uf钽电容 18 DIP插座 2 双列直插插座两芯插座 1三芯插座 1面板 1导线、焊锡丝若干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：图6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0.01~0.1μF。
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V o=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。
图7LF398内部电路原理图如图8所示。
当8端为“1”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，V o = 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V o 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。
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：图93.2.1 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图8 LF398电路原理图R124kC10.01ufD2D1R21k+12V-12V +5V-5V12345678ALF398ui U oP2.5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1010Ω；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0.5Ω；e.电源电压:±5～±18V;f.电源电流：±4.5～±6.5mA 。
内部结构说明：图10 LF398内部电路结构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1K Ω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：N2+__+N1C1S30K15056OUTHOC2OFAD Vi 387MREF MCTR LF398图113.3 LM3113.3.1 引脚图图123.3.2 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，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，当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。
3.4.1 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。
在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很少的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，稳压二极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。
其伏安特性见图13所示，稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更多的稳定电压。
3.4.2 稳压管的应用1.浪涌保护电路(如图14)：稳压管在准确的电压下击穿，这就使得它可作为限制或保护之元件来使用,因为各种电压的稳压二极管都可以得到，故对于这种应用特别适宜。
图中的稳压二极管D是作为过压保护器件。
只要电源电压VS超过二极管的稳压值D就导通，使继电器J吸合负载RL就与电源分开。
图142、电视机里的过压保护电路(如图15)：EC是电视机主供电压，当EC电压过高时，D导通，三极管BG导通，其集电极电位将由原来的高电平(5V)变为低电平，通过待机控制线的控制使电视机进入待机保护状态。
图153、电弧抑制电路如图16所示，电感线圈上并联接入一只合适的稳压二极管(也可接入一只普通二极管原理一样)的话，当线圈在导通状态切断时，由于其电磁能释放所产生的高压就被二极管所吸收，所以当开关断开时，开关的电弧也就被消除了。
这个应用电路在工业上用得比较多，如一些较大功率的电磁吸控制电路就用到它。
图164、串联型稳压电路(如图17)：在此电路中，串联稳压管BG的基极被稳压二极管D钳定在13V，那么其发射极就输出恒定的12V电压了。