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          只需少量元件的廉價(jià)波峰檢測(cè)器

          作者: 時(shí)間:2005-10-19 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
            圖1和圖2中的正波峰電路不需要整流二極管,而使用了一個(gè)源極開路輸出的 TI TLC372快速比較器IC1。這兩種都簡(jiǎn)單而,可為VOUT提供一個(gè)緩沖的低阻抗輸出。另外,TLC372的典型輸入阻抗高達(dá)1012Ω,因而無需任何輸入緩沖級(jí)。如圖1所示,運(yùn)放IC2A輸出端的輸出電壓為比較器施加一個(gè)反饋信號(hào),用作與輸入信號(hào)振幅比較的基準(zhǔn)電平。當(dāng)?shù)谝淮渭由陷斎胄盘?hào)VIN時(shí),保持電容器C1上的電壓為0V,VOUT也是0V。


            當(dāng)輸入信號(hào)比輸出電壓超出得更多時(shí),比較器內(nèi)部的輸出MOSFET導(dǎo)通,并通過R1吸收電流。由于R2值相對(duì)較大,充電電流從IC2A的輸出端流入C1。經(jīng)過幾個(gè)周期的輸入信號(hào)后,C1上充入電荷逐漸增多,VOUT值上升到略高于VIN的峰值。一旦VOUT略大于VIN后,IC1的輸出MOSFET保持關(guān)斷,C1再?zèng)]有后續(xù)的充電電荷了。


            于是,C1上存儲(chǔ)的電荷開始通過R2放電而逐漸消耗,并通過偏置電流路徑進(jìn)入IC2A的反相輸入端。VOUT逐漸降低到略低于VIN的峰值電平。下一個(gè)VIN的正波峰進(jìn)入IC1時(shí),IC1從R1吸入電流,為C1充滿電荷。這個(gè)過程在VOUT端產(chǎn)生一個(gè)直流電平,其值接近輸入波形的正向峰值電平。R1、R2和C1的值決定了VOUT上的紋波電壓。


            IC2A的反相輸入端保持為虛擬的地電位,因而無論何時(shí)IC1的輸出MOSFET導(dǎo)通,R1上的電壓都近似等于負(fù)的供電電壓,即-Vs。因此,使用小阻值的R1可以使進(jìn)入C1的電流脈沖相對(duì)較大,這樣,電路就可以對(duì)輸入信號(hào)幅度的突增做出更快的響應(yīng),即“快速上升”響應(yīng)。但是,如果R1的值過小,則VOUT上的正向紋波也會(huì)過強(qiáng),導(dǎo)致VIN峰值處產(chǎn)生突發(fā)的振蕩。


            當(dāng)R2值已知時(shí),C1值就決定了電路的“延遲時(shí)間”。較大的電容量可將VOUT的負(fù)向紋波減至最小,這在處理低頻、低占空比脈沖串時(shí)可能很有用。然而,若C1值過大,則檢測(cè)器對(duì)輸入信號(hào)幅度突發(fā)衰減的響應(yīng)會(huì)過于遲鈍。注意,C1也會(huì)影響信號(hào)電平上升時(shí)間,例如,電容值加倍會(huì)使電路達(dá)到VIN峰值電平的時(shí)間也翻倍。
            比較器的反饋路徑中含有運(yùn)放IC2A,所以IC2A的偏移與誤差對(duì)電路的精度沒有影響。在低頻至中頻范圍內(nèi),只有比較器的輸入偏移誤差會(huì)影響檢測(cè)器的整體精度。在高頻時(shí),比較器的響應(yīng)時(shí)間成為一個(gè)主要因素,它會(huì)降低 VOUT精度,特別是當(dāng)頻率增加時(shí), 情況會(huì)更糟。除了這些局限以外,電路從約50Hz至500kHz 頻率范圍內(nèi)都能夠很好的工作。圖2和表1顯示的是三種 VIN 峰值電平下,測(cè)試電路的正弦波頻率響應(yīng)與 VOUT 誤差的關(guān)系。
            示波器圖顯示的是 400 kHz 時(shí)電路對(duì) 500 mV 峰值正弦波的響應(yīng)情況,其中輸出電壓為 488 mV,只略低于正波峰(圖 3)。該電路除了有出色的正弦波響應(yīng)以外,還能對(duì)占空比低至 5% 的方波表現(xiàn)出良好的效果。注意,IC2A的反相輸入端的虛擬接地限制了VOUT只能為正電壓。因此,電路只響應(yīng)真正的正電壓波峰,即高于0V的電壓峰值。如果輸入信號(hào)全部低于0V,VOUT只表現(xiàn)為平直的0V電壓。
            R3、C2和IC2B構(gòu)成低通濾波器和緩沖器,雖然不是電路運(yùn)行的必要部分,但可以將VOUT上的開關(guān)噪聲降低到最低。然而,運(yùn)放IC2B固有的偏移誤差會(huì)影響濾波器的輸出電壓。
            圖 4 是該電路的一個(gè)單電源供電版本,其中 RA 和 RB 在 IC2A 的正相輸入端設(shè)定了一個(gè)基準(zhǔn)電壓 VREF,從而IC2A 在反相輸入端保持一個(gè)等于VREF 的虛擬電位。因此,當(dāng)VIN 超過 VOUT 時(shí),比較器的輸出端 MOSFET 導(dǎo)通,將輸出電壓下拉至0V,在R1上表現(xiàn)為一個(gè)等于VREF的電位。然后再為C1注入一個(gè)等于 VREF/R1的電流脈沖。大多數(shù)情況下,電路的行為與圖1中電路的一樣。在雙電壓線路版本中,VOUT不能低于運(yùn)放非反相輸入端的電位。因此,即使VIN不需要中心定位在等于VREF的電位,但VIN的正向峰值電壓必須超過VREF,電路才能正常工作。
            選擇VREF值時(shí),要檢查運(yùn)放IC2A和比較器IC1的輸入、輸出共模電壓范圍,以及輸入信號(hào)的最大峰峰擺幅。例如,將正的供電電壓VS設(shè)為10V,并設(shè)定RA=RB,使VREF=5V。檢測(cè)器可以接受從0V至約8V擺幅的輸入信號(hào),因此檢測(cè)的正波峰電壓為5V至8V。記住要按照選定的VREF選擇R1
          的值。


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