峰值檢波器課程設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論6</b></p><p>　　第二章 檢波器7</p><p>　　2.1 包絡(luò)檢波器7</p><p>　　2.2 同步檢波器8</p><p>　　第三章 系統(tǒng)設(shè)計方案8

2、</p><p>　　3.1工作原理圖9</p><p>　　3.2元器件清單9</p><p>　　3.3主要元器件介紹10</p><p>　　3.3.1 LF398采樣／保持器10</p><p>　　3.3.2 芯片介紹11</p><p>　　3.3.3基本接法與應(yīng)用13&

3、lt;/p><p>　　3.4 LM31113</p><p>　　3.4.1 引腳圖13</p><p>　　3.4.2 引腳功能14</p><p>　　3.5穩(wěn)壓二極管14</p><p>　　3.5.1 穩(wěn)壓管的伏安特性14</p><p>　　3.5.2 穩(wěn)壓管的應(yīng)用15<

4、;/p><p>　　3.5.3 穩(wěn)壓二極管的參數(shù)16</p><p>　　第四章 峰值檢波器的測試及性能指標(biāo)17</p><p>　　4.1峰值測量精度17</p><p>　　4.1.1測量交流信號：17</p><p>　　4.1.2.測量具有直流分量的交流信號：17</p><p>

5、　　4.2 頻率響應(yīng)：18</p><p>　　4.3系統(tǒng)分析18</p><p>　　第五章 設(shè)計心得18</p><p><b>　　參考文獻19</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　檢波器，是檢出波動信號中某種有用信息

6、的裝置。用于識別波、振蕩或信號存在或變化的器件。檢波器通常用來提取所攜帶的信息。檢波器分為包絡(luò)檢波器和同步檢波器。前者的輸出信號與輸入信號包絡(luò)成對應(yīng)關(guān)系，主要用于標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號的解調(diào)。后者實際上是一個模擬相乘器，為了得到解調(diào)作用，需要另外加入一個與輸入信號的載波完全一致的振蕩信號（相干信號）。同步檢波器主要用于單邊帶調(diào)幅信號的解調(diào)或殘留邊帶調(diào)幅信號的解調(diào)。</p><p>　　從調(diào)幅波中恢復(fù)調(diào)制信號的電路，也可稱為

7、幅度解調(diào)器。與調(diào)制器一樣，檢波器必須使用非線性元件，因而通常含有二極管或非線性放大器。</p><p>　　檢波器分為包絡(luò)檢波器和同步檢波器。前者的輸出信號與輸入信號包絡(luò)成對應(yīng)關(guān)系，主要用于標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號的解調(diào)。后者實際上是一個模擬相乘器，為了得到解調(diào)作用，需要另外加入一個與輸入信號的載波完全一致的振蕩信號（相干信號）。同步檢波器主要用于單邊帶調(diào)幅信號的解調(diào)或殘留邊帶調(diào)幅信號的解調(diào)。 </p><

8、;p><b>　　第二章 檢波器</b></p><p><b>　　2.1 包絡(luò)檢波器</b></p><p>　　圖1是典型的包絡(luò)檢波電路。由中頻或高頻放大器來的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號ua(t)加在L1C1回路兩端。經(jīng)檢波后在負載RLC上產(chǎn)生隨ua(t)的包絡(luò)而變化的電壓u(t)，其波形如圖2所示。這種檢波器的輸出u(t)與輸入信號ua(t)的

9、峰值成正比,所以又稱峰值檢波器。 </p><p>　　包絡(luò)檢波器的工作原理可用圖2的波形來說明。在t1<t<t2時間內(nèi),輸入信號瞬時值ua(t)大于輸出電壓u(t)，二極管導(dǎo)通,電容C通過二極管正向電阻ri充電,u(t)增大;在t2<t<t3時間內(nèi),ua(t)小于u(t)，二極管截止，C 通過RL放電，因此u(t)下降；到t3以后,二極管又重新導(dǎo)電,這一過程照此重復(fù)不已。只要RLC選擇恰

10、當(dāng),就可在負載RLC上得到與輸入信號包絡(luò)成對應(yīng)關(guān)系的輸出電壓u(t)。如果時間常數(shù)RLC太大，放電速度就會放慢,當(dāng)輸入信號包絡(luò)下降時,u(t)可能始終大于ua(t)，造成所謂對角切割失真(圖2)。此外，檢波器的輸出通常通過電容、電阻耦合電路加到下一級放大器，如圖1中虛線所示。如果Rg太小,則檢波后的輸出電壓 u(t)的底部即被切掉，產(chǎn)生所謂的底部切割失真。</p><p><b>　　2.2 同步檢波器

11、</b></p><p>　　圖3為同步檢波器的框圖。模擬相乘器的一個輸入為一單頻調(diào)制的單邊帶調(diào)幅信號，即us(t)＝Umcos(ωct＋Ωmt),其中ωc為載波信號角頻率,Ωm為調(diào)制信號角頻率；另一輸入是本機產(chǎn)生的相干信號，即uc(t)＝Uccos ωct,則乘法器的輸出電壓u0(t)與uS(t)和uc(t)的乘積成正比，即：u0(t)=Kus(t)*uc(t)，式中K為一比例常數(shù)。u0(t)中包括

12、兩項，一項為高頻項(2ωc+Ωm),另一項為低頻項(Ωm)。通過低通濾波器后將高頻項濾除，即得到與調(diào)制波成對應(yīng)關(guān)系的輸出。uc(t) 通?？捎帽镜卣袷幤骰蜴i相環(huán)產(chǎn)生。同步檢波器的抗干擾性能比包絡(luò)檢波器優(yōu)越，但是它的電路比較復(fù)雜。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)設(shè)計方案</p><p><b>　　3.1工作原理圖</b></p><p>&

13、lt;b>　　3.2元器件清單</b></p><p>　　3.3主要元器件介紹</p><p>　　3.3.1 LF398采樣／保持器</p><p>　　采樣保持電路實質(zhì)上是一種模擬信號存儲器，它在數(shù)字指令控制下，使開關(guān)通斷，對輸入信號瞬時值進行采樣并寄存，通常用兩個運算放大器構(gòu)成高輸入阻抗的采樣/保持電路，如圖所示：</p>&

14、lt;p>　　放大器A1是射隨器。它對模擬信號提供了高輸入阻抗，并提供了一個低的輸出阻抗，使存儲電容CH能快速充電和放電，放大器A2在存儲電容和輸出端之間起緩沖作用。開關(guān)K1在指令控制下通斷，對電容CH充電或放電，開關(guān)S1通常使用FET開關(guān)或MOSFET開關(guān)，存儲電容CH一般取0.01~0.1μF。</p><p>　　采樣/保持電路經(jīng)常使用集成電路LF398，該器件的工作原理和使用方法說明如下：</

15、p><p>　　LF398具有采樣和保持功能，它是一種模擬信號存儲器，在邏輯指令控制下，對輸入的模擬量進行采樣和寄存。圖5-3是該器件的引腳圖。各引腳端的功能如下：</p><p>　?、俸廷芏朔謩e為VCC和VEE電源端。電源電壓范圍為±5V～±15V。</p><p>　?、诙藶槭д{(diào)調(diào)零端。當(dāng)輸入Vi=0，且在邏輯輸入為1采樣使，可調(diào)節(jié)②端使Vo=

16、0。</p><p>　?、鄱藶槟M量輸入端。</p><p><b>　?、荻藶檩敵龆恕?lt;/b></p><p>　?、薅藶榻硬蓸颖３蛛娙軨H端。</p><p>　　⑦端為邏輯基準(zhǔn)端（接地）。</p><p>　?、喽藶檫壿嬢斎肟刂贫?。該端電平為</p><p>　　“

17、1”時采樣，為“0”時保持。</p><p>　　LF398內(nèi)部電路原理圖如圖所示。</p><p>　　當(dāng)8端為“1”時，使LF398內(nèi)部開關(guān)閉合，此時A1和A2構(gòu)成1：1的電壓跟隨器，所以，Vo = Vi，并使迅速充電到Vi，電壓跟隨器A2輸出的電壓等于CH上的電壓。</p><p>　　當(dāng)8端為“０”時，LF398內(nèi)部開關(guān)斷開，輸出電壓Vo值為控制端８由“１”

18、跳到“０”</p><p>　　時CH上保持的電壓，以實現(xiàn)保持目的。端８的邏輯輸入再次為“１”、再次采樣時，輸出電壓跟隨變化。</p><p>　　采用保持器LF398對電壓信號進行采樣/保持。在單片機P2.5口的控制下，高電平，采樣；低電平，保持。輸入的正弦波信號經(jīng)LF398后變?yōu)槌闃有盘?。電路如圖所示：</p><p>　　3.3.2 芯片介紹</p>

19、;<p>　　LF398是一種高性能單片采樣/保持器。它具有很高的直流精度、很快的采樣時間和低的下降速度。器件的動態(tài)性能和保持性能可通過合適的外接保持電容達到最佳。例如選擇1000PF的保持電容，具有6us的采樣時間，可達到12bit的精度。LF398的價格低廉。電源電壓可從±5～±18V任意選擇，其性能幾乎無影響。采樣/保持的邏輯控制可與TTL或CMOS電平接口。它可廣泛地應(yīng)用于高速A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、

20、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和要求同步采樣的領(lǐng)域。該器件外形采用8腳DIP封裝結(jié)構(gòu)。</p><p>　　性能特點：A.具有12bit吞吐精度；B.采樣時間：小于10us;C.寬帶噪聲：小于20uV;D.可靠的整體結(jié)構(gòu)；E.輸入阻抗：大于1010Ω；F.TTL和CMOS邏輯接口。</p><p><b>　　主要參數(shù)</b></p><p>　　輸入偏流：小于

21、50nA;b.增益：1；c.輸入失調(diào)：小于±7mV;d.輸出阻抗：小于0.5Ω；e.電源電壓:±5～±18V;f.電源電流：±4.5～±6.5mA。</p><p><b>　　內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳說明</b></p><p><b>　?、賰?nèi)部結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　

22、LF398內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)</p><p>　　LF398內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖3，N1是輸入緩沖放大器，N2是高輸入阻抗射極輸出器。邏輯控制采樣/保持開關(guān)：當(dāng)開關(guān)S接通時，開始采樣，當(dāng)開關(guān)斷開時，進行保持。</p><p><b>　　②引腳說明</b></p><p>　　引腳功能為：1、4腳：V＋、V－，正、負電源輸入端，應(yīng)與地之間接入0.1uF電

23、容；2腳：OFAD，失調(diào)電壓調(diào)整端；3腳：Vi，模擬電壓輸入端；5腳：OUT，采樣/保持輸出端；6腳：HOC，采樣/保持電容接入端；7腳：MREF，邏輯控制電平參考端，一般接地；8腳：MCTR，邏輯控制輸入端，高電平為采樣，低電平為保持。</p><p>　　3.3.3基本接法與應(yīng)用</p><p>　　下圖是LF398的基本連接圖。失調(diào)電壓的調(diào)整是通過與V＋的分壓并調(diào)整1KΩ電位器實現(xiàn)的

24、。保持電容CH應(yīng)選用300～1000PF的高性能低漏電云母電容器?？刂七壿嬙诟唠娖綍r為采樣，在低電平時為保持。本設(shè)計采用此種連接方法。電路如圖所示：</p><p><b>　　3.4 LM311</b></p><p><b>　　3.4.1 引腳圖</b></p><p>　　3.4.2 引腳功能</p>

25、<p><b>　　3.5穩(wěn)壓二極管</b></p><p>　　穩(wěn)壓二極管是一個特殊的面接觸型的半導(dǎo)體硅二極管，其V-A特性曲線與普通二極管相似，但反向擊穿曲線比較陡~穩(wěn)壓二極管工作于反向擊穿區(qū)，由于它在電路中與適當(dāng)電陰配合后能起到穩(wěn)定電壓的作用，故稱為穩(wěn)壓管。穩(wěn)壓管反向電壓在一定范圍內(nèi)變化時，反向電流很小，當(dāng)反向電壓增高到擊穿電壓時，反向電流突然猛增，穩(wěn)壓管從而反向擊穿，此后

26、，電流雖然在很大范圍內(nèi)變化，但穩(wěn)壓管兩端的電壓的變化卻相當(dāng)小，利于這一特性，穩(wěn)壓管訪問就在電路到起到穩(wěn)壓的作用了。而且，穩(wěn)壓管與其它普能二極管不同之反向擊穿是可逆性的，當(dāng)去掉反向電壓穩(wěn)壓管又恢復(fù)正常，但如果反向電流超過允許范圍，二極管將會發(fā)熱擊穿，所以，與其配合的電阻往往起到限流的作用。</p><p>　　3.5.1 穩(wěn)壓管的伏安特性</p><p>　　穩(wěn)壓二極管(又叫齊納二極管)它的

27、電路符號是:此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件.在這臨界擊穿點上,反向電阻降低到一個很少的數(shù)值,在這個低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定,穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的,因為這種特性,穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件使用.其伏安特性見圖9所示，穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來以便在較高的電壓上使用,通過串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。</p><p>　　3.5.2 穩(wěn)壓管的應(yīng)用</p&g

28、t;<p>　　1.浪涌保護電路(如圖10):穩(wěn)壓管在準(zhǔn)確的電壓下?lián)舸?這就使得它可作為限制或保護之元件來使用,因為各種電壓的穩(wěn)壓二極管都可以得到,故對于這種應(yīng)用特別適宜.圖中的穩(wěn)壓二極管D是作為過壓保護器件.只要電源電壓VS超過二極管的穩(wěn)壓值D就導(dǎo)通,使繼電器J吸合負載RL就與電源分開。</p><p>　　2、電視機里的過壓保護電路(如圖11):EC是電視機主供電壓,當(dāng)EC電壓過高時,D導(dǎo)通,三

29、極管BG導(dǎo)通,其集電極電位將由原來的高電平(5V)變?yōu)榈碗娖?通過待機控制線的控制使電視機進入待機保護狀態(tài)。</p><p>　　3、電弧抑制電路如圖12所示，電感線圈上并聯(lián)接入一只合適的穩(wěn)壓二極管(也可接入一只普通二極管原理一樣)的話,當(dāng)線圈在導(dǎo)通狀態(tài)切斷時,由于其電磁能釋放所產(chǎn)生的高壓就被二極管所吸收,所以當(dāng)開關(guān)斷開時,開關(guān)的電弧也就被消除了.這個應(yīng)用電路在工業(yè)上用得比較多,如一些較大功率的電磁吸控制電路就用

30、到它。</p><p>　　4、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路(如圖13):在此電路中,串聯(lián)穩(wěn)壓管BG的基極被穩(wěn)壓二極管D鉗定在13V,那么其發(fā)射極就輸出恒定的12V電壓了.這個電路在很多場合下都有應(yīng)用。</p><p>　　3.5.3 穩(wěn)壓二極管的參數(shù)</p><p>　　1.Vz— 穩(wěn)定電壓。 指穩(wěn)壓管通過額定電流時兩端產(chǎn)生的穩(wěn)定電壓值。該值隨工作電流和溫度的不同而略有改變。由

31、于制造工藝的差別，同一型號穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值也不完全一致。例如，2CW51型穩(wěn)壓管的Vzmin為3.0V, Vzmax則為3.6V。 2.Iz— 穩(wěn)定電流。指穩(wěn)壓管產(chǎn)生穩(wěn)定電壓時通過該管的電流值。低于此值時，穩(wěn)壓管雖并非不能穩(wěn)壓，但穩(wěn)壓效果會變差;高于此值時，只要不超過額定功率損耗，也是允許的，而且穩(wěn)壓性能會好一些，但要多消耗電能。 3.Rz— 動態(tài)電阻。 指穩(wěn)壓管兩端電壓變化與電流變化的比值。該比值隨工作電流的不同而改變，一般是工作電流愈

32、大，動態(tài)電阻則愈小。例如，2CW7C穩(wěn)壓管的工作電流為 5mA時，Rz為18Ω;工作電流為1OmA時，Rz為8Ω;為20mA時，Rz為2Ω ; 20mA則基本維持此數(shù)值。 4.Pz— 額定功耗。由芯片允許溫升決定，其數(shù)值為穩(wěn)定電壓Vz和允許最大電流Izm的乘積。例如2CW51穩(wěn)壓管的Vz為3V，Izm為20mA，則該管的Pz為60mWo 5.Ctv— 電壓溫度系數(shù)。 是說明穩(wěn)定電壓值受溫度影響的參數(shù)。例如2CW58穩(wěn)壓管的Ctv是+0.

33、07%/°C</p><p>　　第四章 峰值檢波器的測試及性能指標(biāo)</p><p><b>　　4.1峰值測量精度</b></p><p>　　4.1.1測量交流信號：</p><p>　　分別輸入1Khz峰值在為0.1V、0.5V、1V、1.5 V、2V、3V、3.5V、4V、5V的正弦波，測量輸出電壓，并

34、計算誤差。</p><p>　　表1 交流信號測量表</p><p>　　4.1.2.測量具有直流分量的交流信號：</p><p>　　輸入1Khz、幅度為2V的正弦波，直流分量分別為1V、2V、3V、4V，測量輸出電壓，并計算誤差。</p><p>　　表3 交直流信號測量表</p><p><b>　　4

35、.2 頻率響應(yīng)：</b></p><p>　　輸入有效值為2V的正弦波，當(dāng)頻率分別為20HZ、100HZ、200HZ、500HZ、1KHZ、2KHZ、5KHZ、10KHZ、50KHZ、100KHZ時，測量輸出電壓，并畫出頻率響應(yīng)圖</p><p><b>　　4.3系統(tǒng)分析</b></p><p>　　主要根據(jù)測量結(jié)果進行分析：&l

36、t;/p><p>　　系統(tǒng)的測量范圍、測量精度、誤差來源、系統(tǒng)調(diào)試注意事項、系統(tǒng)設(shè)計存在的不足等。</p><p><b>　　第五章 設(shè)計心得</b></p><p>　　通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實的掌握了有關(guān)峰值檢波器方面的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這

37、方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。</p><p>　　過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到

38、要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠不可能得到社會及他人對你的認可！</p><p>　　我認為，在這學(xué)期的實驗中，不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實驗課上，我們學(xué)會了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會

39、的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實踐，再學(xué)習(xí)、再實踐。這對于我們的將來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂，找尋有趣的事情，發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情。就像中國提倡的艱苦奮斗一樣，我們都可以在實驗結(jié)束之后變的更加成熟，會面對需要面對的事情。</p><p>　　此次設(shè)計也讓我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及時請教，只要認真鉆研，動腦思考，動手實踐，就沒有弄不懂的知識，收獲頗豐。</p>

40、<p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　電子測量儀器與應(yīng)用（第二版） 編輯：李明生</p><p>　　電子測量儀器 編輯：吳生有</p><p>　　新編電子電路實用手冊 主編：韓廣興</p><p>　　電路電子技術(shù)及其應(yīng)用 編輯：