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IC
1。这两种检测器都简单而廉价,可为V
OUT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IC
2A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V
IN时,保持
电容器C
1上的电压为0V,V
OUT也是0V。
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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R
1吸收电流。由于R
2值相对较大,充电电流从IC
2A的输出端流入C
1。经过几个周期的输入信号后,C
1上充入电荷逐渐增多,V
OUT值上升到略高于V
IN的峰值。一旦V
OUT略大于V
IN后,IC
1的输出MOSFET保持关断,C
1再没有后续的充电电荷了。
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于是,C
1上存储的电荷开始通过R
2放电而逐渐消耗,并通过偏置电流路径进入IC
2A的反相输入端。V
OUT逐渐降低到略低于V
IN的峰值电平。下一个V
IN的正波峰进入IC
1时,IC
1从R
1吸入电流,为C
1充满电荷。这个过程在V
OUT端产生一个直流电平,其值接近输入波形的正向峰值电平。R
1、R
2和C
1的值决定了V
OUT上的纹波电压。
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IC
2A的反相输入端保持为虚拟的地电位,因而无论何时IC
1的输出MOSFET导通,R
1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C
1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R
1的值过小,则V
OUT上的正向纹波也会过强,导致V
IN峰值处产生突发的振荡。
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当R2值已知时,C
1值就决定了电路的“延迟时间”。较大的电容量可将V
OUT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C
1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,C
1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V
IN峰值电平的时间也翻倍。
比较器的反馈路径中含有运放IC
2A,所以IC
2A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 V
OUT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 V
IN 峰值电平下,测试电路的正弦波频率响应与 V
OUT 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V
OUT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,V
OUT只表现为平直的0V电压。
R
3、C
2和IC
2B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V
OUT上的开关噪声降低到最低。然而,运放IC
2B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 R
A 和 R
B 在 IC
2A 的正相输入端设定了一个基准电压 V
REF,从而IC
2A 在反相输入端保持一个等于V
REF 的虚拟电位。因此,当V
IN 超过 V
OUT 时,比较器的输出端 MOSFET 导通,将输出电压下拉至0V,在R
1上表现为一个等于V
REF的电位。然后再为C
1注入一个等于 V
REF/R
1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,V
OUT不能低于运放非反相输入端的电位。因此,即使V
IN不需要中心定位在等于V
REF的电位,但V
IN的正向峰值电压必须超过V
REF,电路才能正常工作。
选择VREF值时,要检查运放IC
2A和比较器IC
1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V
S设为10V,并设定R
A=R
B,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V
REF选择R
1
的值。