峰值检测电路.doc

设计报告 院 系： 机械工程学院 名 称： 模拟电子技术基础课程设计 题 目： 峰值检测电路 班 级： 测控技术与仪器091201 学 号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数： 一 周 日期：2011年12月28日 前言现代生活有哪些离得开电子技术？几乎没有。电子技术在不断完善我们的生活，服务于我们，所以掌握电子技术具有很大的好处。经过一学期的模拟电子技术的学习，我们已掌握了它的基础。理论服务于实践，我们有必要通过一定的模拟电子实习来证明自己的收获。本设计为峰值检测电路，组成部分为波形输入部分，峰值检测部分和峰值显示输出部分。设计的目的就是检测输入波形的最大值。设计原理也简单易懂，但对于最初的要求已经达到，且误差较小。设计匆忙，定有不足，希望老师不吝赐教。 设计者 2011年12月28日 目录1、 设计内容（5） 1.1设计目的（5） 1.2设计要求（5） 1.3设计方框图（6） 2、 理论分析（6）3、 电压峰值检测电路（7） 3.1 峰值检测的概念（7） 3.2峰值检测原理（8）4、 理论计算（10）5、 仿真结果及分析（11） 5.1 仿真过程（11） 5.2调试与故障检测（13）6、 设计总结（13）7、 心得体会（13）8、 参考文献（14）9、 总的电路图（15）10、 元器件清单（16）1、 设计内容1.1设计目的1.使学生在学完了模拟电子技术课程的基本理论，基本知识后，能够综合运用所学理论知识、拓宽知识面，系统地进行电子电路的工程实践训练，锻炼动手能力，培养工程师的基本技能，提高分析问题和解决问题的能力。2.熟悉集成电路的引脚安排，掌握各芯片的逻辑功能及使用方法，了解面包板结构及其接线方法，了解峰值运算电路的组成及工作原理。3.培养独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的数字时钟系统的能力。 4.培养书写综合设计实验报告的能力 1.2设计要求 设计一个峰值运算电路，使其能够将输入信号的峰值显示出来。1.3设计方框图峰值引入部分 峰值检测峰值显示输出 图1 设计方框图 二、理论分析波形引入 波形引入部分较为简单，在电路的开始加入一个波形发生器即可，注意波形发生器的引入方法。最好加入一个能产生不规则波形的波形发生器，这样检测到的峰值就是不断变换的，若引入的时正弦波，则检测显示的结果就是一条直线。 图 2波形引入部分电路3、 电压峰值检测电路 3.1 峰值检测的概念峰值检测电路在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。峰值检测电路（PKD，Peak Detector）的作用是对输入信号的峰值进行提取，产生输出Vo = Vpeak，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。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）： 图3 电压峰值检测波形3.2 峰值检测原理：峰值检测的基本原理很简单，通过一个简单的电压跟随器，正相输入信号，输出直接接反相，这样输出的值就是输入值。若在输出与波形检测部分并接一电容，当波形值增加时，显示部分能指示出这一增加过程，同时电容也在充电，电容的电压不断增加。当波形的峰值下降时，由于电容已充电，这是波形显示部分显示的是电容记录的最大值为了防止电容电压下降，在电容与电压跟随器之间加一二极管。由于二极管的的单向导通性，二极管的电压不会“流失”这样就能保证显示部分记录的就是输入波形的最大值。即“遇增增，遇减不变” 图 4 电压跟随器简图简单的峰值检测电路如下所示：图 5 峰值检测电路1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）。 经改进，选择用下面的原理图，前面的一个电压跟随器分析同上，后面一个电压跟随器是利用了其输入阻抗无穷大，输出阻抗为零的特点，就相当于电容C1不能通过后面的电路放电，这样就保证了峰值的不变。改进后方案：图6 峰值检测电路2四、理论计算1、 理论计算过程较为简单，为了使反应灵敏一些，电容选择较小一些，本例中选的是1UF的电容。2、 连接两个电压跟随器的电阻选择20k。 3、 假设输入电压不断增大，则D2导通，则电容C1继续充电，输出电压就是C1上电压，也将增大；若输入电压减小，由于D2截止，则新输入的新号不会送到输出，输出还是以前保留地最大值，即C1上的电压值。此时由于输出电压大于输入电压，D1导通，3处电压即是输出电压，这样可以保持C1上电压不会下降，即保证了峰值的稳定显示。 五、仿真结果及分析5.1 仿真过程通过理论分析我们如果不方便直接做成实物的话，那么可以采用Multisim软件进行仿真，将可以得到理论分析相近的结果。那么根据仿真原理图，得以下仿真结果图：（1） 方案一峰值检测电路的仿真结果图7 简单峰值检测电路仿真波形图分析理论原理图可以得到与以上波形图相似的误差，电路存在着不足之处，那么导致这样结果的原因就是因为普通二极管存在着导通电压压降，使得输出电压无法跟输入电压匹配，从导致误差的存在，上图检测的误差主要来自与二极管的正向导通电压降改进的目的是想要消除二极管上的压降，因此就用 “超级二极管”代替简单二极管，从而减小误差。或者从方案二的比较中可以看出，用电压跟随器更能起到电压输入与输出的匹配问题。（2） 改进后峰值检测的仿真结果图8 方案二峰值检测电路仿真波形图这个波形就很完善，而且基本上没什么误差。通过两个电压跟随器的连接，达到了减小误差的效果，第二个电压跟随器利用其输入阻抗无穷大的特点，起到了防止电容器放电带来的误差，第一个电压跟随器并接一个二极管起到了输出与输入电压的跟随效果，使电路消除了反应速度慢的特点。再将放大后的电压直接引入示波器的另一输入端，与峰值显示进行比较，以验证峰值测试是否准确。如下图所示5.2调试与故障检测测试步骤：（1）接电源。由于芯片的工作电压为5V电压，所以千万要保证电压数值的正确，防止芯片烧坏。（2）接被测电压源。课程设计要求的被测范围为0-10mV电压的幅值，故我们设置的电压为交流电压信号，峰值为8mV，频率定为1KHZ（仿真和实物实验知道当频率过高和过低实验误差相当大）。（3）打开电源开关和信号源的开关，电路工作正常。调节信号源的电压峰峰值和频率，看看数码管显示的数值是不是符合理论分析的要求。当电路不能正常工作时，首先用手触摸芯片是不是发热，判断芯片是不是由于电压不正常烧坏。当芯片正常工作时候，观察电路的导线是不是断开，由于是节省时间用导线连接而不是焊接的，导线容易脱落，使用时注意小心。六、设计总结 峰值检测电路主要包括信号跟随，信号保持，信号复位等。即当输入信号增大时，电路对其采样，并使输出能够很好的跟随输入；当输入信号减小时，电路进入保持阶段，即保持前一个峰值并输出；当输入电压再次大于此保持电压时，电路继续跟踪输入进行采样；当复位信号到来时，电容放电，然后开始采样保持到下一周期。 能过电容和二极管，OP搭接成的电压跟随器，可以很好的对测量信号进行峰值保持，然后送给信号处理电路进行分析。 峰值保持器为较高频率的信号采样提供了一个很好的解决方案，具有很高的工业实用价值。 本电路结构简单，易于实现，成本较低，可以作为测量登记表中的一个模块，提高登记表的准确性和灵敏性。 七、心得体会1.通过对各元器件的引脚功能、真值表的分析、并设计其原理图，且利用电子电路计算机进行仿真使得学习研究电子技术变得更加简单、直观，学习效果进一步提高，带动了学习的积极性。2.通过学习使自己对课本上的知识能够应用于实际，使得理论与实际相结合，加深了对课本上知识的理解，并能够利用到图书馆查阅资料，增加了许多课本以外的知识，且实习也锻炼了我个人的动手能力，通过书写电子密码锁论文同时也锻炼了我的文字表达能力。 3.自学的能力有了很大的提高。另外。我承认我参考了很多资料，一是我没有那么大的创新能力，二是我觉得资源可以共享，但必须要消化吸收在创新。对于参考的资料我已列入到参考文献中，希望没有造成侵权行为。4. 最后特别感谢一下指导老师郭宏老师，百忙之中还抽空来负责指导我们，不甚感激。八、参考文献1、 multisim10 电路仿真及应用 张新喜等著 机械工业出版社2、 模拟电子技术基础 毕满清等著 电子工业出版社3、 multisim2001及