峰值检波器课程设计.docx

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峰值检波器课程设计

第一章绪论2

第二章系统设计方案3

3.1工作原理图3

3.2工作原理3

第三章主要元器件介绍4

3.1LF398采样／保持器4

3.2芯片介绍6

3.3基本接法与应用7

3.4LM3118

3.4.1引脚图8

3.4.2引脚功能8

3.5稳压二极管9

3.5.1稳压管的伏安特性9

3.5.2稳压管的应用10

3.5.3稳压二极管的参数11

第四章峰值检波器的测试及性能指标12

4.1峰值测量精度13

4.1.1测量交流信号：

13

4.1.2.测量具有直流分量的交流信号：

13

4.2频率响应：

14

第五章系统分析14

5.1系统测量范围15

5.2测量精度15

5.3系统调试注意事项15

5.5系统设计存在不足15

第六章设计心得16

参考文献17

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。

第二章系统设计方案

3.1工作原理图

3.2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。

             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　　　　　

下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。

第三章主要元器件介绍

3.1LF398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0.01~0.1μF。

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5-3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。

LF398电路原理图

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。

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。

电路如图所示：

3.2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

a.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。

b.内部结构与引脚说明

①内部结构

LF398内部电路结构

LF398内部电路结构如图3，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。

②引脚说明

引脚功能为：

1、4脚：

V＋、V－，正、负电源输入端，应与地之间接入0.1uF电容；2脚：

OFAD，失调电压调整端；3脚：

Vi，模拟电压输入端；5脚：

OUT，采样/保持输出端；6脚：

HOC，采样/保持电容接入端；7脚：

MREF，逻辑控制电平参考端，一般接地；8脚：

MCTR，逻辑控制输入端，高电平为采样，低电平为保持。

3.3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1KΩ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。

电路如图所示：

3.4LM311

3.4.1引脚图

3.4.2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

NC

空脚

3.5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。

3.5.1稳压管的伏安特性

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。

3.5.2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。

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。

　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。

　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。

3.5.3稳压二极管的参数

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

4.1.1测量交流信号：

分别输入1Khz峰值在为0.1V、0.5V、1V、1.5V、2V、3V、3.5V、4V、5V的正弦波，测量输出电压，并计算误差。

表1交流信号测量表

输入信号峰值

（V）

检测信号峰值

（V）

相对误差

0.7

0.75

7.1%

0.8

0.86

7.5%

0.85

0.87

2.3%

0.9

0.95

5.6%

4.1.2.测量具有直流分量的交流信号：

输入1Khz、幅度为2V的正弦波，直流分量分别为1V、2V、3V、4V，测量输出电压，并计算误差。

表3交直流信号测量表

输入信号直流分量

（V）

输入信号峰值

（V）

检测信号峰值

（V）

相对误差

1.00

2.50

2.26

5.6%

2.00

3.50

3.42

2.2%

3.00

4.50

4.17

7.3%

4.00

5.50

5.36

2.5%

4.2频率响应：

输入有效值为2V的正弦波，当频率分别为20HZ、100HZ、200HZ、500HZ、1KHZ、2KHZ、5KHZ、10KHZ、50KHZ、100KHZ时，测量输出电压，并画出频率响应图

频率

20HZ

100HZ

200HZ

500HZ

1KHZ

2KHZ

5KHZ

10KHZ

50KHZ

100KHZ

输出电压（V）

2.32

2.25

2.12

2.00

1.98

1.96

1.99

1.93

1.86

1.62

第五章系统分析

5.1系统测量范围

直流信号：

12.4V

交流信号：

80KHZ峰值为0.5V,1V,1.5V,2V,5V的正弦波

具有直流分量的交流信号：

80KHZ峰值为2V的正弦波，直流分量为-1V,-0.5V,1V,1.5V

5.2测量精度

在测量中，任何一种测量的精密程度高低都只能是相对的，皆不可能达到绝对精确，总会存在有各种原因导致的误差。

5.3系统调试注意事项

测试前检测电路是否存在短路，虚焊，漏焊，与信号发生器连接时，注意不要短路。

在接通电源后检测型号发生器输出的信号是否正确，个电源电压是否稳定等。

在每次给变参数时，需将整流压电源断电，然后再打开。

5.5系统设计存在不足

电路插入跳线较多，影响电路板美观，同时，较多的跳线也不便于检查和修改，在拿到元件时我们不应该急于焊接，没有考虑到盲目焊接带来的麻烦，考虑仔细再布局。

第六章设计心得

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关峰值检波器方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。

实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

过而能改，善莫大焉。

在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。

最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。

在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！

我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。

更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。

而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。

要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。

这对于我们的将来也有很大的帮助。

以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。

就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。

此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。

参考文献

电子测量与仪器（第二版）主编：

宋悦孝

模拟电子技术主编：

胡宴如

电路电子技术及其应用编辑：

张莉萍、李洪芹

电子元器件的识别及安装调试编辑：

杨宗强

队友

王森原理图

孙锦卫测量

桑海铃报告