實(shí)用的峰值檢測電路實(shí)例與分析

　　峰值檢測電路(PKD，Peak Detector)的作用是對輸入信號的峰值進(jìn)行提取，產(chǎn)生輸出Vo = Vpeak，為了實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)，電路輸出值會(huì)一直保持，直到一個(gè)新的更大的峰值出現(xiàn)或電路復(fù)位。

　　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(jìn)行提取，產(chǎn)生輸出Vo = Vpeak，為了實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)，電路輸出值會(huì)一直保持，直到一個(gè)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(dòng)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(shí)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?yàn)榧傻姆奖?，但個(gè)人認(rèn)為是不合理的，因?yàn)橛行е岛托盘柕恼?fù)峰值并沒有必然聯(lián)系;其次，實(shí)際應(yīng)用中這類芯片太貴了。當(dāng)然，像電子設(shè)計(jì)競賽是可以的，因?yàn)闇y試信號總是正弦波，方波等。

　　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(jìn)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(gè)二極管和電容器組成最簡單的峰值檢測器。如下圖(TINA TI 7.0繪制)：

　　這時(shí)候我們可以選擇用面包板搭一個(gè)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TINA TI進(jìn)行簡單驗(yàn)證會(huì)節(jié)省很多時(shí)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(gè)二極管和電容器組成的峰值檢測器可以工作，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(shí)際應(yīng)用中，電容器中的電荷會(huì)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(jìn)，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(TINA TI 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(gè)缺點(diǎn)，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(yùn)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二極管)。這個(gè)過程需要花費(fèi)時(shí)間，如果在這個(gè)過程，輸入發(fā)生變化，輸出就會(huì)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(gè)盡可能理想的二極管，同時(shí)能夠提供有效的輸入緩沖。一個(gè)經(jīng)典的電路是通過在輸入和輸出間增加一個(gè)二極管，這有點(diǎn)類似于電壓鉗位(TINA TI 7.0繪制)：

　　經(jīng)過以上的簡單描述，其實(shí)我們已經(jīng)可以將峰值檢測器分成幾個(gè)模塊：(1)模擬峰值存儲(chǔ)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(yùn)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(shí)間間隔較大)。