峰值检测系统的设计

一、设计说明

本设计的任务是设计一个峰值检测系统，其关键任务是检测峰值并保持稳定。其框图如图1所示：它由传感器、放大器、采样/保持、采样/保持控制电路、A/D(模数转换)、译码显示、数字锁存控制电路组成。各部分的作用如下：传感器：把被测信号量转换成电压量。

放大器：将传感器输出的小信号放大，放大器的输出结果满足模数转换器的转换范围。

采样/保持：对放大后的被测模拟量进行采样，并保持峰值。

采样/保持控制电路：该电路通过控制信号实现对峰值采样，小于原峰值时，保持原峰值，大于原峰值时保持新的峰值。

A/D转换：将模拟量转换成数字量。

译码显示：完成峰值数字量的译码显示。

数字锁存控制电路：对模数转换的峰值数字量进行锁存，小于峰值的数字量不锁存。

二、技术指标

1. 放大器输入阻抗R

i >1MΩ；频带宽度：0Hz—1kHz；共模抑制比：K

CMRR

>70dB。

2.测量值用数字显示，显示范围：0000—9999；

三、设计要求

1. 传感器输出信号为0～5mV，1mV等效于400kg；

2.根据技术指标通过分析计算确定电路形式和元器件参数；

3.画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。

四、实验要求

1．根据技术指标制定实验方案，验证所设计的电路；2．进行必要的实验数据处理和分析。

五、推荐参考资料

1. 张福学编著. 传感器应用及其电路精选. 北京：电子工业出版社，199

2.

六、按照要求撰写课程设计报告

指导教师年月日

负责教师年月日

学生签字年月日

成绩评定表

摘要：本文主要设计了能够检测输入信号峰值的电路，该电路分为三部分，第一部分是信号放大电路电路，主要有由三个放大器组成。第二部分是采样保持电路，主要有运放、场效应管和电容电路组成。第二部分是A/D转换及译码显示电路，主要有由A/D转换芯片和数码管组成。该电路具有结构简单、元器件用量少、成本低的特点。在众多的这类电路中是比较简单实用的。

关键词：放大器、采样/保持、采样/保持控制、数字锁存控制、A/D转换及译码一、概述

本设计的任务是设计一个峰值检测系统，其关键任务是检测峰值并保持稳定。它由传感器、放大器、采样/保持、采样/保持控制电路、A/D(模数转换)、译码显示、数字锁存控制电路组成。各部分的作用如下：传感器：把被测信号量转换成电压量。放大器：将传感器输出的小信号放大，放大器的输出结果满足模数转换器的转换范围。采样/保持：对放大后的被测模拟量进行采样，并保持峰值。采样/保持控制电路：该电路通过控制信号实现对峰值采样，小于原峰值时，保持原峰

值，大于原峰值时保持新的峰值。A/D转换：将模拟量转换成数字量。译码显示：完成峰值数字量的译码显示。数字锁存控制电路：对模数转换的峰值数字量进行锁存，小于峰值的数字量不锁存。

这次课程设计用的是计算机软件仿真，计算机软件仿真是利用计算机速度快、存储容量大的特点，在计算机这一现代化实验装置上采用数学模拟的方法，运用各种软件直接模拟电子线路的功能，完成各种电路性能分析和技术指标的测量。本次课程设计，主要用Mutisim10软件来进行电路仿真分析与测试。

二、方案设计

根据课程设计任务要求可知本电路主要包括放大器电路、采样/保持电路、采样/保持控制电路、数字锁存控制电路、A/D转换及译码显示几部分。其中放大器电路完成对输入信号的放大，采样/保持电路完成对信号的采样及信号峰值保持的功能，A/D转换及译码显示电路主要完成将输入的模拟信号转换为数字信号并数字输出，便于读取。原理框图如图1所示。

图1 峰值检测系统示例方案原理框图

三、电路设计

1、放大电路设计：

选用电压增益Au=400的放大电路完成系统对小信号放大的要求。本次课程设计中所用的放大电路为高精度放大电路，尽管放大电路种类繁多，但为了将传感器输出的微弱信号能够有效的放大，故而采用高精度放大器，采用高精度放大器的类型为RT3288，三个运算放大器分别用U1，U2，U3表示。该电路U1和U2的失调电压的量值和方向相同，可以相互抵消，减少了一些误差，所以此种电路精度很高。这种高精度放大器对完成弱信号的放大有重要的作用。

由于此电路中放大器要完成400倍的放大任务，400倍分为两级放大，所以要

为5，求两级的放大倍数相乘等于分配等于400即可，选取第一级的电压增益Au

1

分配第二级的电压增益Au

为80，能够达到放大要求。

2

放大电路设计如图2所示：

图2 高精度数据放大器

该放大电路主要由三个运放构成；其中由于U1和U2采用相同的运算放大器，使U1和U2的失调电压的量值和方向相同，可以相互抵消，从而抑制共模信号，与此同时，差模信号得到放大，并且差模放大倍数越大，共模抑制比越高，从而精确地得到放大性能。其具体放大原理如下：根据集成运放的虚短虚断原理有以 下算式：)(2218

68U U R R R U I -+=，即I U R R U U )21(8621+=-，所以输出电压公式为I O U R R R R U U R R U )21()(8

6152115+-=--=。其中Ω101=R ，ΩK R 25=, Ω1006=R ,Ω200

8=R 。设输入电压为I U =5mv ，根据上述公式得出输出电压O U =2v 。 2、采样/保持电路设计：

说到峰值检测器，我们想到的最简单的电路便是由一个二极管和一个电容构成的电路，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，运放要结束负饱和状态，输出电压要