只需少量元件的廉价波峰检测器

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
图1和图2中的正波峰检测器电路不需要整流二极管,而使用了一个源极开路输出的 TI TLC372快速比较器IC1。这两种检测器都简单而廉价,可为VOUT提供一个缓冲的低阻抗输出。另外,TLC372的典型输入阻抗高达1012Ω,因而无需任何输入缓冲级。如图1所示,运放IC2A输出端的检测器输出电压为比较器施加一个反馈信号,用作与输入信号振幅比较的基准电平。当第一次加上输入信号VIN时,保持电容器C1上的电压为0V,VOUT也是0V。   当输入信号比输出电压超出得更多时,比较器内部的输出MOSFET导通,并通过R1吸收电流。由于R2值相对较大,充电电流从IC2A的输出端流入C1。经过几个周期的输入信号后,C1上充入电荷逐渐增多,VOUT值上升到略高于VIN的峰值。一旦VOUT略大于VIN后,IC1的输出MOSFET保持关断,C1再没有后续的充电电荷了。   于是,C1上存储的电荷开始通过R2放电而逐渐消耗,并通过偏置电流路径进入IC2A的反相输入端。VOUT逐渐降低到略低于VIN的峰值电平。下一个VIN的正波峰进入IC1时,IC1从R1吸入电流,为C1充满电荷。这个过程在VOUT端产生一个直流电平,其值接近输入波形的正向峰值电平。R1、R2和C1的值决定了VOUT上的纹波电压。   IC2A的反相输入端保持为虚拟的地电位,因而无论何时IC1的输出MOSFET导通,R1上的电压都近似等于负的供电电压,即-Vs。因此,使用小阻值的R1可以使进入C1的电流脉冲相对较大,这样,电路就可以对输入信号幅度的突增做出更快的响应,即“快速上升”响应。但是,如果R1的值过小,则VOUT上的正向纹波也会过强,导致VIN峰值处产生突发的振荡。   当R2值已知时,C1值就决定了电路的“延迟时间”。较大的电容量可将VOUT的负向纹波减至最小,这在处理低频、低占空比脉冲串时可能很有用。然而,若C1值过大,则检测器对输入信号幅度突发衰减的响应会过于迟钝。注意,C1也会影响信号电平上升时间,例如,电容值加倍会使电路达到VIN峰值电平的时间也翻倍。   比较器的反馈路径中含有运放IC2A,所以IC2A的偏移与误差对电路的精度没有影响。在低频至中频范围内,只有比较器的输入偏移误差会影响检测器的整体精度。在高频时,比较器的响应时间成为一个主要因素,它会降低 VOUT精度,特别是当频率增加时, 情况会更糟。除了这些局限以外,电路从约50Hz至500kHz 频率范围内都能够很好的工作。图2和表1显示的是三种 VIN 峰值电平下,测试电路的正弦波频率响应与 VOUT 误差的关系。   示波器图显示的是 400 kHz 时电路对 500 mV 峰值正弦波的响应情况,其中输出电压为 488 mV,只略低于正波峰(图 3)。该电路除了有出色的正弦波响应以外,还能对占空比低至 5% 的方波表现出良好的效果。注意,IC2A的反相输入端的虚拟接地限制了VOUT只能为正电压。因此,电路只响应真正的正电压波峰,即高于0V的电压峰值。如果输入信号全部低于0V,VOUT只表现为平直的0V电压。   R3、C2和IC2B构成低通滤波器和缓冲器,虽然不是电路运行的必要部分,但可以将VOUT上的开关噪声降低到最低。然而,运放IC2B固有的偏移误差会影响滤波器的输出电压。   图 4 是该电路的一个单电源供电版本,其中 RA 和 RB 在 IC2A 的正相输入端设定了一个基准电压 VREF,从而IC2A 在反相输入端保持一个等于VREF 的虚拟电位。因此,当VIN 超过 VOUT 时,比较器的输出端 MOSFET 导通,将输出电压下拉至0V,在R1上表现为一个等于VREF的电位。然后再为C1注入一个等于 VREF/R1的电流脉冲。大多数情况下,电路的行为与图1中电路的一样。在双电压线路版本中,VOUT不能低于运放非反相输入端的电位。因此,即使VIN不需要中心定位在等于VREF的电位,但VIN的正向峰值电压必须超过VREF,电路才能正常工作。   选择VREF值时,要检查运放IC2A和比较器IC1的输入、输出共模电压范围,以及输入信号的最大峰峰摆幅。例如,将正的供电电压VS设为10V,并设定RA=RB,使VREF=5V。检测器可以接受从0V至约8V摆幅的输入信号,因此检测的正波峰电压为5V至8V。记住要按照选定的VREF选择R1 的值。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/measure/200703/9981.html
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