峰值检波器电路的设计Word文档下载推荐.docx

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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。

同步检波器 

　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）＝Uccosωct,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。

随着电子技术的进步，这种解调方法的应用日益广泛。

峰值检波器在电子设备中，常要求对信号的峰值进行检波：

如大动态范围的正弦信号经对数压缩后，为了得到反映正弦信号的有效值，就不能用一般的平均值或有效值检波器，而只能用峰值检波器。

峰值检波器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。

1.当Vi〉Vo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一电压跟随器）

2.当Vi〈Vo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。

上述电路只能工作一次，所以我们要能够控制电容C的放电过程，使得这个电路可以重复地工作。

同时在电路中加入一定的保护措施以及加入阻抗匹配的电路（比如跟随器等），以提高电路的带负载能力。

第二章系统设计方案

2.1工作原理图

2.2元器件清单

元件名称

元件个数

功能

注释

LF398N

1

采样保持芯片

DIP封装

LM311

电压比较器

电阻24K

电阻15K

电阻30K

电阻5.1K

可调电阻1K

5V稳压二极管（2CW12）

钽电容0.1uf

DIP插座

2

双列直插插座

面包板5*5cm

第三章主要元件介绍

3.1LF398

LF398是一种反馈型采样/保持放大器，也是目前较为流行的通用型采样/保持放大器，与LF398结构相同的还有LF198、LF298等，都是由场效应管构成，具有采样速率高、保持电压下降慢和精度高等特点。

LF398由输入缓冲级、输出驱动级和控制电路三部分组成。

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。

控制电路中A3主要起到比较器的作用；

其中引脚7为参考电压，当输入控制逻辑电平高于参考端电压时，输出一个低电平，信号驱动开关K闭合，此时输入信号经A1后跟随输出到A2，再由A2的输出端跟随输出，同时向保持电容（接引脚6端）充电；

而当控制逻辑电平低于参考端电压时，输出一个高电平信号使开关断开，以达到非采样时间内保持器仍保持原来输入的目的。

因此，A1、A2是跟随器，其作用主要是对保持电容输入和输出端进行阻抗变换，以提高采样/保持放大器的性能。

3.1.1主要性能

•反馈型采样/保持放大器；

•双极型-结型场效应管工艺制造；

•片内无保持电容；

•在采样或保持状态具有高电源抑制性能；

•低输入漂移，保持状态下输入特性不变；

•可与TTL、PMOS、CMOS兼容；

•双电源供电，电源范围宽；

•采样时间（10V级，到0.01%）；

20us；

•

图5

增益误差：

0.01%；

•下降率：

3mV/s（typ）；

•失调电压：

7mV；

•保持电容：

0.01uf。

3.1.2引脚图和引脚名称

LF398引脚图及引脚名称如图。

①和④分别为VCC和VEE电源电压输入引脚。

电源电压范围为±

5V～±

15V。

②为偏置调零引脚。

当输入Vi=0，且在逻辑输入为1采样时，可调节②使Vo=0。

③为模拟量输入引脚。

⑤为输出引脚。

⑥为接采样保持电容的引脚。

⑦为参考电压输入引脚（接地）。

⑧为逻辑输入控制引脚。

该引脚电平为“1”时采样，为“0”时保持。

3.1.3功能框图

LF398功能框图如下图所示

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，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。

3.1.4极限参数

•正电源电压：

+19V；

负电源电压：

-19V；

•正电源电流：

+6mA；

•负电源电流：

-6mA；

•贮存温度：

-65℃~+150℃；

3.1.5推荐工作状态（如下表）

参数名称

符号

最小值

典型值

最大值

单位

正电源电压

V+

+5

+15

+18

V

负电源电压

V-

-5

-15

-18

正电源电流

I+

+4.5

mA

负电源电流

I-

-4.5

输入电压

VIN

-11.5

+11.5

保持电容

CH

0.01

uF

工作温度

TA

70

℃

3.2LM311

3.2.1LM311的电气特性

Parameter参数

Conditions测试条件

Min最小

Typ典型

Max最大

Units单位

InputOffsetVoltage

输入偏移电压（注16）

TA=25℃

RS≤50k

2.0

7.5

mV

InputOffsetCurrent

输入失调电流（注16）

6.0

50

nA

InputBiasCurrent

输入偏置电流

100

250

VoltageGain电压增益

40

200

V/mV

ResponseTime（Note17）

响应时间（注17）

ns

SaturationVoltage

饱和电压

VIN≤−10mV

IOUT=50mA

0.75

1.5

StrobeONCurrent

（Note18）

5.0

OutputLeakageCurrent

输出漏电流

VIN≥10mV

VOUT=35V

ISTROBE=3mA

V−=−5V

0.2

InputOffsetVoltage

RS≤50K

10

InputOffsetCurrent

300

InputVoltageRange

输入电压范围

−14.5

13.8,-14.7

13.0

SaturationVoltage

饱和电压

V+≥4.5V

V−=0VIN≤−10mV

IOUT≤8mA

0.23

0.4

3.2.2LM311的引脚图及其功能

1.LM311

LM311是一种高灵活性的电压比较器，能工作于5到30V单个电源或±

15V分离电源。

该设备的输入可以是与系统地隔离的，而输出则可以驱动以地为参考或以VCC为参考，或以VEE电源为参考的负载。

LM311为集电极开路输出,使用时应在输出端与正电源之间连接负载电阻。

下图是该器件的引脚图。

引脚图

图6LM311双列8引脚图

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

NC 

空脚

3.2.3LM311内部电路图

图8LM311内部电路图

3.3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。

3.3.1管的伏安特性

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9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.

3.3.2稳压管的应用

1.浪涌保护电路（如图10）:

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10

2、电视机里的过压保护电路（如图11）:

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11

3、电弧抑制电路如图12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12

4、串联型稳压电路（如图13）:

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.这个电路在很多场合下都有应用。

图13

3.3.3稳压二极管的参数

（1）稳定电压

（2）电压温度系数（3）动态电阻（4）稳定电流，最大、最小稳定电流（5）最大允许功耗

1.Vz—稳定电压。

指稳压管通过额定电流时两端产生的稳定电压值。

该值随工作电流和温度的不同而略有改变。

由于制造工艺的差别，同一型号稳压管的稳压值也不完全一致。

例如，2CW51型稳压管的Vzmin为3.0V,Vzmax则为3.6V。

2.Iz—稳定电流。

指稳压管产生稳定电压时通过该管的电流值。

低于此值时，稳压管虽并非不能稳压，但稳压效果会变差;

高于此值时，只要不超过额定功率损耗，也是允许的，而且稳压性能会好一些，但要多消耗电能。

3.Rz—动态电阻。

指稳压管两端电压变化与电流变化的比值。

该比值随工作电流的不同而改变，一般是工作电流愈大，动态电阻则愈小。

例如，2CW7C稳压管的工作电流为5mA时，Rz为18Ω;

工作电流为1OmA时，Rz为8Ω;

为20mA时，Rz为2Ω;

20mA则基本维持此数值。

4.Pz—额定功耗。

由芯片允许温升决定，其数值为稳定电压Vz和允许最大电流Izm的乘积。

例如2CW51稳压管的Vz为3V，Izm为20mA，则该管的Pz为60mWo5.Ctv—电压温度系数。

是说明稳定电压值受温度影响的参数。

例如2CW58稳压管的Ctv是+0.07%/°

C，即温度每升高1°

C，其稳压值将升高0.07%。

6.IR—反向漏电流。

指稳压二极管在规定的反向电压下产生的漏电流。

例如2CW58稳压管的VR=1V时，IR=O.1uA;

在VR=6V时，IR=10uA。

第四章峰值检波器的测试及性能指标

4.1峰值测量精度

1、测量交流信号：

分别输入80KHZ有效值为0.5V、1.0V、1.5V、2.0V、的正弦波，测量输出电压，并计算误差。

表1交流信号测量表

输入信号电压

（V）

输入信号峰值

检测信号峰值

相对误差

2、测量具有直流分量的交流信号：

输入80KHZ、幅度为2V的正弦波，直流分量分别为1.0V，测量输出电压，并计算误差。

表2交直流信号测量表

输入信号直流分量

第五章系统分析

5.1系统的测量范围

频率测量范围即有效频率范围，是指能保证仪器其他指标正常工作的输入信号或输出信号的频率范围。

常规的单片机测频系统频率测量范围小于500kHz。

5.2系统的测量精度

测量都是对“真实”值的大致估计，也就是说测量的数值总是和“真实”值有一定的误差，那么这样一个误差的大小就是通常所说的测量精度，它反映了测量仪器系统所能真实还原测量信号值的能力。

测量误差的来源是多方面的，对于测量设备而言，除了ADC本身的各种误差因素外，前端的信号调理和整个板卡的布局都会影响到总的测量精度；

此外，测量精度还受到众多外部因素的影响，如环境的噪声、工作温度等。

因此，在评测一个仪器系统的测量精度时，除了ADC的位数，还应该考虑设备的绝对精度值（多种误差因素的综合值），以及系统工作在真实环境中遇到的温度、噪声及其他外部因素的影响。

5.3误差来源

系统误差定义：

在规定测量条件下，对同一量进行多次测量时，如果测量误差能够保持恒定或按照某种规律变化，则这种误差成为系统误差或确定性误差，简称为系差。

如电表零点不准，温度、湿度、电源电压变化等引起的误差、，测量误差分为系统误差、随机误差和粗大误差三类。

产生误差的原因有很多，例如仪器误差、使用误差、人身误差、环境误差、方法误差等。

5.4系统调试注意事项

（1）示波管

示波管是示波器的主件，是一个呈喇叭形抽成真空的玻璃泡，如图12—4所示，内部装。

有电子枪和二对互相垂直的偏转板，喇叭口的球面内壁上涂有荧光物质，构成荧光屏。

（2）频率设置

①按电压/频率/相位切换按钮切换显示器为频率显示（KHz指示灯亮）；

②按设置按钮，进入频率设置状态，此时频率显示最高位开始闪烁；

③按位选择按钮，改变闪烁位到所需步长；

④按调节按钮，改变频率，如果闪烁在100.000KHz位，则频率增加或减少，其余类推；

⑤再次按设置按钮，退出频率设置状态；

电子枪由灯丝f、阴极k、栅极G以及一组阳极A所组成。

灯丝通过炽热，使阴极发热而发射电子。

由于阳极电位高于阴极，所以电子被阳极加速，当高速电子撞击在荧光屏的壁上会使荧光物质发光，在屏上就能看到一个亮点．改变阳极电位，可以使不同发射方向的电子恰好会聚在荧光屏的某一点上，这种调节称为聚焦。

栅极的电位较阴极k为低，改变栅极电位的高低，可以控制电子枪发射电子数的多少，使荧光屏上的亮点发生明暗变化，这种调节称为辉度调节。

两对偏转板的作用是用来控制亮点在荧光屏上的位置的，Y轴偏转板加上信号电压可以控制电子束的纵向偏转，X轴偏转板加上电压可控制电子束的横向偏转。

在一定范围内，光点偏离荧光屏中心的距离与偏转板上所加电压的大小成正比

（3）电压设置

①按电压/频率/相位切换按钮切换显示器为电压显示（V指示灯亮）；

②按设置按钮，进入电压设置状态，此时电压显示最高位开始闪烁；

④按调节按钮，修改电压；

⑤再次按设置按钮，退出电压设置状态；

设置/显示的电压为波形峰值电压，调节范围为0.02V～5.00V，电压精度优于10％。

注意：

输出波形为正弦波时，显示为有效电压．修改步长为最前面各步长的0.707倍。

此外还要注意的有

1．接入电源前，要检查电源电压和仪器规定的使用电压是否相符。

2．各旋钮转动时切忌用力过猛。

3．为了保护荧光屏不被灼伤，使用时，亮度不能太强，而且也不能让光点长时间停在荧光屏的一点上。

4．示波器应聚焦良好。

5.5系统设计存在的不足

首先，在电路板布局中，有可能存着设计的不足，它的整体搭接会影响最终的效果；

其次，元器件的功能不足，如此次的电容没有达到理想中的要求；

最后，在调试过程中，对电子仪器的不熟悉，会导致使用不完善等.

第六章实验总结

经过一个星期的努力，我们终于完成了本次的课程设计，峰值检波电路的设计，通过这次的课程设计，我懂得了许多道理。

首先，一定要有耐心。

在课程设计的过程中，经常会遇到许多问题，例如电路应该怎样设计，不能实现功能时应该怎样去调试等等。

这个过程是最难的，也是最耗费时间的，所以当调试不出时一定要有耐心，千万不能因为调试不出来而放弃，要坚持到底。

其次，团队合作也是很重要的。

电子实习，是以学生自己动手动脑，并亲手设计、制作、组装与调试为特色的。

它将基本技能训练，基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践能力和创新精神，。

作为信息时代的大学生，仅会书本理论是不够的，基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。

通过本次课程设计，让我知道理论与实际相结合是非常重要的。

只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从实践中得出结论，才能提高自己的动手能力和独立思考的时间。

在设计的过程中发现了自己的不足，对以前所学知识掌握的不够深刻，掌握的不牢固。

参考文献

电子测量仪器与应用（第二版）编辑：

李明生

电子测量原理及应用编辑：

王松武

电子测量仪器编辑：

吴生有