峰值檢測電路

1、一、前言峰值檢測電路（pkd，peak detector）的作用是對輸入信號的峰值進行提取，產(chǎn)生輸出vo = vpeak，為了實現(xiàn)這樣的目標(biāo)，電路輸出值會一直保持，直到一個新的更大的峰值出現(xiàn)或電路復(fù)位。峰值檢測電路在agc （自動增益控制）電路和傳感器最值求取電路中廣泛應(yīng)用，自己平時一般作為程控增益放大器倍數(shù)選擇的判斷依據(jù)。有的同學(xué)喜歡用ad637 等有效值芯片作為程控增益放大器的判據(jù)，主要是因為集成的方便，但個人認(rèn)為是不合理的，因為有效值和信號的正負(fù)峰值并沒有必然聯(lián)系；其次， 實際應(yīng)用中這類芯片太貴了。當(dāng)然， 像電子設(shè)計競賽是可以的，因為測試信號總是正弦波，方波等。（本文參加了ti 公司的博

2、文比賽，覺得還行的話，希望大家?guī)晚斠幌隆⒒貜?fù)一個，謝謝大家，我會更努力的：-）二、峰值檢測電路原理顧名思義，峰值檢測器（pkd ，peak detector ） （本文默認(rèn)以正峰值檢測為例）就是要對信號的峰值進行采集并保持。其效果如下如（ms 畫圖工具繪制） ：根據(jù)這樣的要求， 我們可以用一個二極管和電容器組成最簡單的峰值檢測器。如下圖（tinati 7.0 繪制） ：這時候我們可以選擇用面包板搭一個電路，接上信號源示波器觀察結(jié)果，但在這之前利用仿真軟件tinati 進行簡單驗證會節(jié)省很多時間。通過簡單仿真（輸入正弦信號5khz,2vpp） ，我們發(fā)現(xiàn)僅僅一個二極管和電容器組成的峰值檢測器可以

3、工作，但性能并不是很理想，對1nf 的電容器， 100ms 后達(dá)到穩(wěn)定的峰值，誤差達(dá)10%。而且，由于沒有輸入輸出的緩沖， 在實際應(yīng)用中， 電容器中的電荷會被其他部分電路負(fù)載消耗，造成峰值檢測器無法保持信號峰值電壓。既然要改進，首先要分析不足。上圖檢測的誤差主要來自與二極管的正向?qū)妷航?，因此我們可以用模電書上說的“超級二極管”代替簡單二極管（tinati 7.0 繪制） ：從仿真結(jié)果來看，同等測試條件下，檢測誤差大大減小。但我們知道， 超級二極管有一個缺點，就是vi 從負(fù)電壓變成正電壓的過程中，為了閉合有二極管的負(fù)反饋回路，運放要結(jié)束負(fù)飽和狀態(tài)，輸出電壓要從負(fù)飽和電壓值一直到（ vi+v二

4、極管） 。這個過程需要花費時間，如果在這個過程，輸入發(fā)生變化，輸出就會出現(xiàn)失真。因此， 我們需要在電路中加入防止負(fù)飽和的措施，也就是說， 我們輸入部分的處理環(huán)節(jié)要能夠盡量跟隨輸入信號的電壓，并提供一個盡可能理想的二極管，同時能夠提供有效的輸入緩沖。一個經(jīng)典的電路是通過在輸入和輸出間增加一個二極管，這有點類似于電壓鉗位（tinati 7.0 繪制） ：經(jīng)過以上的簡單描述，其實我們已經(jīng)可以將峰值檢測器分成幾個模塊：（1）模擬峰值存儲器，即電容器； （2）單向電流開關(guān)，即二極管；（3）輸入輸出緩沖隔離，即運算放大器；（4）電容放電復(fù)位開關(guān)（這部分非必須，如：如果電容值選取合適，兩次采樣時間間隔較大）

5、 。三、幾種峰值檢測電路采用二極管和電容器組成的峰值檢測電路有多種實現(xiàn)方式和電路形式，在ti 等公司的一下文獻(xiàn)中，我們可以查到不少。就自己個人實驗的結(jié)果而言，二極管、電容、放大器組成的峰值檢測器有效工作頻率范圍在500khz 一下，對100mvpp 以上的輸入信號檢測誤差可達(dá)到3%以內(nèi)，后文中3.2 的曲線圖能較有代表性地反映這類峰值檢測器的性能。3.1 分 立二 極管 電 容 型ti 公司的 difet 靜電計級運算放大器opa128 的 datasheet 里提供了一個很好用的峰值檢測器：tinati 的仿真結(jié)果如下：值得一提的是，該圖有幾個用心之處：（1）采用fet 運放提高直流特性，減

6、小偏置電流 opa128 的偏置電流低至75fa ！ ； （2）將場效應(yīng)管當(dāng)二極管用，可以有效減小反向電流同時增加第一個運放的輸出驅(qū)動力；（3）小電容應(yīng)該是防止自激的。實際應(yīng)用中可以用tl082 雙運放和1n4148 來代替場效應(yīng)管，性能價格比較高，詳見http:/ 無 二 極 管型無二極管型是利用比較器輸出的開集bjt 或者開漏mosfet 代替二極管，進一步提高性價比， ti 公司的 lm311 的 datasheet 提供了一個非常簡單的峰值檢測器電路：該圖作者使用tinati 7.0 和 multisim10.1 均未仿真成功，但電路應(yīng)該是沒有問題的，只是性能得看實驗。重點一提的是edn 英文版上有篇文章（見參考文獻(xiàn)）提供了一種非常棒的pkd ：性能如下：該圖作者用tina 未能仿真成功，mutisim10.1 仿真成功：性能如下：3.3 集 成 峰 值檢 測 電 路adi 公司有一款集成的pkd pkd01 ，本質(zhì)也是二極管加電容的結(jié)構(gòu)，性能不詳。四、其他結(jié)構(gòu)峰值檢測電路在高