1、苏 州 市 职 业 大 学课 程 设 计 说 明 书名称 峰值检波器电路的设计 2012 年 6 月 4 日至 2012 年 6 月 8 日共 1 周院 系： 电子信息工程系 班 级： 姓 名： 学 号： 系 主 任 教研室主任 指 导 教 师 1目录第一章 绪论 .2第二章 系统设计方案 .52.1 工作原理图 .52.2 元器件清单 .5第三章 主要元件介绍 .63.1 LF398.63.1.1 主要性能 .63.1.2 引脚图和引脚名称 .73.1.3 功能框图 .73.1.4 极限参数 .73.1.5 推荐工作状态（如下表） .73.2 LM311 .93.3 稳压二极管 .11第四章
2、 峰值检波器的测试及性能指标 .154.1 峰值测量精度 .15第五章 系统分析 .165.1 系统的测量范围 .165.2 系统的测量精度 .165.3 误差来源 .165.4 系统调试注意事项 .165.5 系统设计存在的不足 .18第六章 实验总结 .192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。最简单的检波器仅需要一个二极管就可以完成，这种二极管就被称做检波二极管。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
3、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。 包络检波器 图 1 是典型的包络检波电路。由中频或高频放大器来的标准调幅信号 ua(t)加在 L1C1 回路两端。经检波后在负载 RLC 上产生随 ua(t)的包络而变化的电压 u (t)，其波形如图 2 所示。这种检波器的输出 u (t)与输入信号 ua(t)的峰值成正比,所以又称峰值检波器。 包络检波器的工作原理可用图 2 的波形来说明。在 t1tt2 时间内,输入信号瞬时值 ua(t)大于输出电压 u (t)，二极管导通,电容 C 通过二极管正向电
4、阻 ri充电,u (t)增大;在 t2tt3 时间内,u a(t)小于 u (t)，二极管截止，C 通过 RL 放电，因此u (t)下降；到 t3 以后,二极管又重新导电,这一过程照此重复不已。只要 RLC 选择恰当,就可在负载 RLC 上得到与输入信号包络成对应关系的输出电压 u (t)。3如果时间常数 RLC 太大，放电速度就会放慢 ,当输入信号包络下降时,u (t)可能始终大于 ua(t)，造成所谓对角切割失真(图 2)。此外，检波器的输出通常通过电容、电阻耦合电路加到下一级放大器，如图 1 中虚线所示。如果 Rg 太小,则检波后的输出电压 u (t)的底部即被切掉，产生所谓的底部切割失
5、真。 同步检波器 图 3 为同步检波器的框图。模拟相乘器的一个输入为一单频调制的单边带调幅信号，即 us(t)U mcos( ct mt),其中 c 为载波信号角频率, m 为调制信号角频率；另一输入是本机产生的相干信号，即 uc(t)U ccos ct,则乘法器的输出电压 u0(t)与 uS(t)和 uc(t)的乘积成正比，即 u0(t)=Kus(t)*uc(t)式中 K 为一比例常数。u 0(t)中包括两项，一项为高频项 (2 c+ m),另一项为低频项( m)。通过低通滤波器后将高频项滤除，即得到与调制波成对应关系的输出。u c(t) 通常可用本地振荡器或锁相环产生。同步检波器的抗干扰性
6、能比包络检波器优越，但是它的电路比较复杂。随着电子技术的进步，这种解调方法的应用日益广泛。峰值检波器 在电子设备中，常要求对信号的峰值进行检波：如大动态范围的正弦信号经对数压缩后，为了得到反映正弦信号的有效值，就不能用一般的平均值或有效值检波器，而只能用峰值检波器。峰值检波器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。1. 当 ViVo 时：4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一电压跟随器）2. 当 Vi
7、Vo 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。 上述电路只能工作一次，所以我们要能够控制电容 C 的放电过程，使得这个电路可以重复地工作。同时在电路中加入一定的保护措施以及加入阻抗匹配的电路（比如跟随器等） ，以提高电路的带负载能力。5第二章 系统设计方案2.1 工作原理图2.2 元器件清单元件名称 元件个数 功能 注释LF398N 1 采样保持芯片 DIP 封装LM311 1 电压比较器 DIP 封装电阻 24K 1电阻 15K 1电阻 30K 1电阻 5.1K 1可调电阻 1K 15V 稳压二极管（2CW12） 1钽电容 0
8、.1uf 1DIP 插座 2 双列直插插座面包板 5*5cm 16第三章 主要元件介绍3.1 LF398LF398 是一种反馈型采样/保持放大器，也是目前较为流行的通用型采样/ 保持放大器，与 LF398 结构相同的还有 LF198、LF298 等，都是由场效应管构成，具有采样速率高、保持电压下降慢和精度高等特点。LF398 由输入缓冲级、输出驱动级和控制电路三部分组成。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。控制电路中 A3 主要起到比较器的作用；其中引脚 7 为参考电压，当输入控制逻辑电平高于参考端电压时，输出一个低电平，信号
9、驱动开关 K 闭合，此时输入信号经 A1 后跟随输出到 A2，再由 A2 的输出端跟随输出，同时向保持电容（接引脚 6 端）充电；而当控制逻辑电平低于参考端电压时，输出一个高电平信号使开关断开，以达到非采样时间内保持器仍保持原来输入的目的。因此，A1、A2 是跟随器，其作用主要是对保持电容输入和输出端进行阻抗变换，以提高采样/保持放大器的性能。3.1.1 主要性能 反馈型采样/保持放大器； 双极型-结型场效应管工艺制造； 片内无保持电容； 在采样或保持状态具有高电源抑制性能； 低输入漂移，保持状态下输入特性不变； 可与 TTL、PMOS 、CMOS 兼容； 双电源供电，电源范围宽； 采样时间（
10、10V 级，到 0.01%） ；20us； 增益误差：0.01%； 下降率：3mV/s(typ)； 失调电压：7mV； 保持电容：0.01uf。图 573.1.2 引脚图和引脚名称LF398 引脚图及引脚名称如图。和分别为 VCC 和 VEE 电源电压输入引脚。电源电压范围为5V15V。为偏置调零引脚。当输入 Vi=0，且在逻辑输入为 1 采样时，可调节使Vo=0。为模拟量输入引脚。为输出引脚。为接采样保持电容的引脚。为参考电压输入引脚（接地） 。为逻辑输入控制引脚。该引脚电平为“1”时采样，为“0”时保持。3.1.3 功能框图LF398 功能框图如下图所示当 8 端为“1”时，使 LF398
11、 内部开关闭合，此时 A1 和 A2 构成 1：1 的电压跟随器，所以，V o = 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。3.1.4 极限参数 正电源电压：+19V； 负电源电压：-19V； 正电源电流：+6mA；8 负电源电流：-6mA； 贮存温度：-65+150；3.1.5 推荐工作状态（如下表）参数名称 符号 最小值 典型值 最大值 单位正电源电压 V+ +5 +15 +18 V负电源电压 V- -5 -15 -18 V正电源电流 I+ +4.5 mA负电源电流 I- -4.5 mA输入电压 VIN -11.5 +11.5 V保持电容 CH 0.0
12、1 uF工作温度 TA 0 70 93.2 LM3113.2.1 LM311 的电气特性Parameter 参数 Conditions 测试条件 Min 最小 Typ 典型 Max 最大 Units 单位Input Offset Voltage输入偏移电压（注16）TA=25RS50k 2.0 7.5 mVInput Offset Current输入失调电流（注16）TA=25 6.0 50 nAInput Bias Current 输入偏置电流 TA=25 100 250 nAVoltage Gain 电压增益 TA=25 40 200 V/mVResponse Time (Note 17)
13、响应时间（注 17）TA=25 200 nsSaturation Voltage饱和电压VIN10 mVIOUT=50 mATA=250.75 1.5 VStrobe ON Current (Note 18) TA=25 2.0 5.0 mAOutput Leakage Current输出漏电流VIN10 mVVOUT=35V TA=25ISTROBE=3 mAV = 5V0.2 50 nAInput Offset Voltage 输入偏移电压（注16）RS50K 10 mVInput Offset Current 输入失调电流（注16）70 nAInput Bias Current 输入偏置电流 300 nAInput Voltage Range 输入电压范围 14.5 13.8,-14.7 13.0 VSaturation Voltage 饱和电压V+4.5VV=0 VIN10 mV 0.23 0.4 V
