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。
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。
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。
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。
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。