峰值检波电路实验反思.pdfVIP

峰值检波电路实验反思

一、前言

峰值检测电路（PKD，PeakDetector）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。

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。有的人喜欢用AD637等有效值芯片作为程控增益放大器的判

据，主要是因为集成的方便，但个人认为是不合理的，因为有效值和

信号的正负峰值并没有必然联系；其次，实际应用中这类芯片太贵了。

当然，像电子设计竞赛是可以的，因为测试信号总是正弦波，方波等。

二、峰值检测电路原理

顾名思义，峰值检测器（PKD，PeakDetector）（本文默认以正

峰值检测为例）就是要对信号的峰值进行采集并保持。

根据这样的要求，我们可以用一个二极管和电容器组成最简单的

峰值检测器。我们可以选择用面包板搭一个电路，接上信号源示波器

观察结果，但在这之前利用仿真软件TINATI进行简单验证会节省很

多时间。通过简单仿真（输入正弦信号5kHz,2Vpp），我们发现仅仅

一个二极管和电容器组成的峰值检测器可以工作，但性能并不是很理

想，对1nF的电容器，100ms后达到稳定的峰值，误差达10%。而且，

由于没有输入输出的缓冲，在实际应用中，电容器中的电荷会被其他

部分电路负载消耗，造成峰值检测器无法保持信号峰值电压。

既然要改进，首先要分析不足。上图检测的误差主要来自与二极

管的正向导通电压降，因此我们可以用模电书上说的“超级二极管”

代替简单二极管。

从仿真结果来看，同等测试条件下，检测误差大大减小。但我们

知道，超级二极管有一个缺点，就是Vi从负电压变成正电压的过程

中，为了闭合有二极管的负反馈回路，运放要结束负饱和状态，输出

电压要从负饱和电压值一直到（Vi+V二极管）。这个过程需要花费

时间，如果在这个过程，输入发生变化，输出就会出现失真。

因此，我们需要在电路中加入防止负饱和的措施，也就是说，我

们输入部分的处理环节要能够尽量跟随输入信号的电压，并提供一个

尽可能理想的二极管，同时能够提供有效的输入缓冲。一个经典的电

路是通过在输入和输出间增加一个二极管，这有点类似于电压钳位。

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）。

三、几种峰值检测电路

采用二极管和电容器组成的峰值检测电路有多种实现方式和电

路形式，在TI等公司的一下文献中，我们可以查到不少。就自己个

人实验的结果而言，二极管、电容、放大器组成的峰值检测器有效工

作频率范围在500kHz一下，对100mVpp以上的输入信号检测误差可

达到3%以内，后文中3.2的曲线图能较有代表性地反映这类峰值检

测器的性能。

1、分立二极管电容型

TI公司的Difet静电计级运算放大器OPA128的DATASHEET里

提供了一个很好用的峰值检测器。

（1）采用FET运放提高直流特性，减小偏置电流OPA128的偏

置电流低至75fA！；（2）将场效应管当二极管用，可以有效减小反

向电流同时增加第一个运放的输出驱动力；（3）小电容应该是防止

自激的。实际应用中可以用TL082双运放和1N4148来代替场效应管，

性能价格比较高。

2、无二极管型

无二极管型是利用比较器输出的开集BJT或者开漏MOSFET代

替二极管，进一步提高性价比，TI公司的LM311的DATASHEET提

供了一个非常简单的峰值检测器电路。作者使用TINATI7.0和

Multisim10.1均未仿真成功，但电路应该是没有问题的，只是性能得

看实验。

3、集成峰值检测电路

ADI公司有一款集成的PKD——PKD01，本质也是二极管加电

容的结构，性能不详。

四、其他结构峰值检测电路

在高速的环境下，二极管和电容结构的电路就无法适应了，作