實(shí)用的峰值檢測電路實(shí)例與分析

　　峰值檢測電路(PKD，Peak Detector)的作用是對輸入信號的峰值進(jìn)行提取，產(chǎn)生輸出Vo = Vpeak，為了實(shí)現這樣的目標，電路輸出值會(huì )一直保持，直到一個(gè)新的更大的峰值出現或電路復位。

　　一、前言

　　峰值檢測電路(PKD，Peak Detector)的作用是對輸入信號的峰值進(jìn)行提取，產(chǎn)生輸出Vo = Vpeak，為了實(shí)現這樣的目標，電路輸出值會(huì )一直保持，直到一個(gè)新的更大的峰值出現或電路復位。

　　峰值檢測電路在A(yíng)GC(自動(dòng)增益控制)電路和傳感器最值求取電路中廣泛應用，自己平時(shí)一般作為程控增益放大器倍數選擇的判斷依據。有的同學(xué)喜歡用AD637等有效值芯片作為程控增益放大器的判據，主要是因為集成的方便，但個(gè)人認為是不合理的，因為有效值和信號的正負峰值并沒(méi)有必然聯(lián)系;其次，實(shí)際應用中這類(lèi)芯片太貴了。當然，像電子設計競賽是可以的，因為測試信號總是正弦波，方波等。

　　二、峰值檢測電路原理

　　顧名思義，峰值檢測器(PKD，Peak Detector)(本文默認以正峰值檢測為例)就是要對信號的峰值進(jìn)行采集并保持。其效果如下如(MS畫(huà)圖工具繪制)：

　　根據這樣的要求，我們可以用一個(gè)二極管和電容器組成最簡(jiǎn)單的峰值檢測器。如下圖(TINA TI 7.0繪制)：

　　這時(shí)候我們可以選擇用面包板搭一個(gè)電路，接上信號源示波器觀(guān)察結果，但在這之前利用仿真軟件TINA TI進(jìn)行簡(jiǎn)單驗證會(huì )節省很多時(shí)間。通過(guò)簡(jiǎn)單仿真(輸入正弦信號5kHz,2Vpp)，我們發(fā)現僅僅一個(gè)二極管和電容器組成的峰值檢測器可以工作，但性能并不是很理想，對1nF的電容器，100ms后達到穩定的峰值，誤差達10%。而且，由于沒(méi)有輸入輸出的緩沖，在實(shí)際應用中，電容器中的電荷會(huì )被其他部分電路負載消耗，造成峰值檢測器無(wú)法保持信號峰值電壓。

　　既然要改進(jìn)，首先要分析不足。上圖檢測的誤差主要來(lái)自與二極管的正向導通電壓降，因此我們可以用模電書(shū)上說(shuō)的“超級二極管”代替簡(jiǎn)單二極管(TINA TI 7.0繪制)：

　　從仿真結果來(lái)看，同等測試條件下，檢測誤差大大減小。但我們知道，超級二極管有一個(gè)缺點(diǎn)，就是Vi從負電壓變成正電壓的過(guò)程中，為了閉合有二極管的負反饋回路，運放要結束負飽和狀態(tài)，輸出電壓要從負飽和電壓值一直到(Vi+V二極管)。這個(gè)過(guò)程需要花費時(shí)間，如果在這個(gè)過(guò)程，輸入發(fā)生變化，輸出就會(huì )出現失真。

　　因此，我們需要在電路中加入防止負飽和的措施，也就是說(shuō)，我們輸入部分的處理環(huán)節要能夠盡量跟隨輸入信號的電壓，并提供一個(gè)盡可能理想的二極管，同時(shí)能夠提供有效的輸入緩沖。一個(gè)經(jīng)典的電路是通過(guò)在輸入和輸出間增加一個(gè)二極管，這有點(diǎn)類(lèi)似于電壓鉗位(TINA TI 7.0繪制)：

　　經(jīng)過(guò)以上的簡(jiǎn)單描述，其實(shí)我們已經(jīng)可以將峰值檢測器分成幾個(gè)模塊：(1)模擬峰值存儲器，即電容器;(2)單向電流開(kāi)關(guān)，即二極管;(3)輸入輸出緩沖隔離，即運算放大器;(4)電容放電復位開(kāi)關(guān)(這部分非必須，如：如果電容值選取合適，兩次采樣時(shí)間間隔較大)。