峰值檢波器課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)報(bào)告

1、蘇 州 市 職 業(yè) 大 學(xué) 實(shí)訓(xùn)報(bào)告名稱 峰值檢波器電路的設(shè)計(jì)2013年1月7日至 2013 年 1月11日共 1 周院 系 電子信息工程系 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 系主任 張紅兵 教研室主任 陸春妹 指導(dǎo)教師 呂莉萍 蘇 州 市 職 業(yè) 大 學(xué)實(shí)訓(xùn)任務(wù)書 課程名稱： 電子測(cè)量技術(shù)實(shí)訓(xùn) 起訖時(shí)間： 2013.1.7-2013.1.11 院 系： 電子信息工程系 班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 呂莉萍 系 主 任： 張紅兵 一、實(shí)訓(xùn)目的和要求1、 掌握峰值檢波器工作原理，學(xué)會(huì)利用采樣保持電路、電壓比較器設(shè)計(jì)峰值檢波器的方法，并能夠?qū)Ω鱾€(gè)元器件進(jìn)行性能測(cè)試并能對(duì)整體電路進(jìn)行分析；2、 繪制方案原理圖和PCB版

2、圖；3、 焊接峰值檢波器電路，要求布線整齊，電路焊接美觀；4、 自主調(diào)試已焊接好的電路板；5、 性能測(cè)試、常見(jiàn)故障分析、判斷與維修；6、 完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告，內(nèi)容：原理分析、計(jì)算說(shuō)明、調(diào)試報(bào)告、心得體會(huì)。二、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容峰值檢波器電路的設(shè)計(jì)三、實(shí)訓(xùn)方式 集中 分散 校內(nèi) 校外四、實(shí)訓(xùn)具體安排1、指導(dǎo)教師講述峰值檢波器電路的基本工作原理、安全注意事項(xiàng)、實(shí)訓(xùn)要求、報(bào)告書寫格式等，發(fā)材料。2課時(shí)2、設(shè)計(jì)電路，確定電路參數(shù)，并畫出電路原理圖、布線圖 6課時(shí)3、完成電路的焊接、功能調(diào)試工作 6課時(shí)4、檢波器性能測(cè)試4課時(shí)5、完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告 4課時(shí)6、實(shí)訓(xùn)總結(jié)，交實(shí)訓(xùn)報(bào)告和實(shí)物。2課時(shí)五、實(shí)訓(xùn)報(bào)告內(nèi)容1) 緒論。檢波

3、器作用、構(gòu)成及工作原理。2) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、工作原理、電路圖。3) 元器件介紹。主要介紹LF398、LM311、穩(wěn)壓二極管等。4) 峰值檢波器的測(cè)試及性能指標(biāo)。對(duì)所設(shè)計(jì)的具體電路圖進(jìn)行分析、計(jì)算下面指標(biāo)：（1）峰值測(cè)量精度（2）頻率響應(yīng)。5) 系統(tǒng)分析。主要根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析：系統(tǒng)的測(cè)量范圍、測(cè)量精度、誤差來(lái)源、系統(tǒng)調(diào)試注意事項(xiàng)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的不足等。6) 實(shí)訓(xùn)總結(jié)（心得體會(huì)）。7) 參考文獻(xiàn)。目錄第一章 緒論11.1檢波器的作用11.2峰值檢波器的工作原理11.3檢波電路的構(gòu)成2第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案32.1工作原理32.2 工作原理圖（DXP）32.3 PCB版圖42.4課

4、程設(shè)計(jì)作品圖：4第三章 元器件介紹53.1 .1LF398的介紹53.1.2主要技術(shù)指標(biāo)53.1.3各引腳的功能63.1.4LF398內(nèi)部電路原理圖63.2 LM311的簡(jiǎn)介73.3 穩(wěn)壓二極管8第四章 峰值檢波器的測(cè)試及性能指標(biāo)104.1電路分析104.2 性能指標(biāo)104.2.1峰值測(cè)量精度104.2.2頻率響應(yīng)114.3電子測(cè)量課程設(shè)計(jì)元器件清單11第五章 系統(tǒng)分析125.1 系統(tǒng)的測(cè)量范圍125.2 測(cè)量精度125.3 測(cè)量誤差125.4 系統(tǒng)調(diào)試注意事項(xiàng)125.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的不足135.6實(shí)驗(yàn)總結(jié)13第六章 實(shí)訓(xùn)心得14參考文獻(xiàn)15小組成員及分工1514 第一章 緒論1.1檢波器的

5、作用檢波器是檢出波動(dòng)信號(hào)中某種有用信息的裝置。用于識(shí)別波、振蕩或信號(hào)存在或變化的器件。檢波器通常用來(lái)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(hào)與輸入信號(hào)包絡(luò)成對(duì)應(yīng)關(guān)系，主要用于標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)。后者實(shí)際上是一個(gè)模擬相乘器，為了得到解調(diào)作用，需要另外加入一個(gè)與輸入信號(hào)的載波完全一致的振蕩信號(hào)（相干信號(hào)）。同步檢波器主要用于單邊帶調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)或殘留邊帶調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)。檢波器的作用是從高頻調(diào)幅波中取出單向包絡(luò)信號(hào)，然后用濾波電路濾除高頻載波分量，使低頻有用信號(hào)純凈，所以檢波電路通常包含非線性元器件和濾波器兩部分；檢波要使用非線性元器件，常用的有二極管和三極管。圖1-11.

6、2峰值檢波器的工作原理當(dāng)輸入信號(hào)為正半周時(shí)二極管導(dǎo)通對(duì)電容充電，一直充電到峰值即最大值，當(dāng)輸入電壓負(fù)半周時(shí)二極管截止，電容不放電，保持電壓（峰值電壓），這樣電容兩端電壓一直處于峰值，可以檢測(cè)出信號(hào)的峰值，稱其為峰值檢波。1. 當(dāng)ViVo時(shí)：信號(hào)由（+）端加入，OPA的輸出Va為正電壓，二級(jí)管D導(dǎo)通，于是輸出電流經(jīng)D對(duì)電容C充電一直充至與Vi相等之電壓。（當(dāng)D導(dǎo)電時(shí)此電路作用如同一電壓跟隨器）2. 當(dāng)ViVo時(shí)：OPA的輸出Va為逆向偏壓，相當(dāng)于開(kāi)路，于是電容C既不充電也不放電，維持于輸入之最大值電壓。上述電路只能工作一次，所以我們要能夠控制電容C的放電過(guò)程，使得這個(gè)電路可以重復(fù)地工作。同時(shí)在電

7、路中加入一定的保護(hù)措施以及加入阻抗匹配的電路（比如跟隨器等），以提高電路的帶負(fù)載能力。1.3檢波電路的構(gòu)成峰值檢波電路一般是由一個(gè)反饋型采樣/保持放大器398、比較器LM311、二極管和電容以及一些必要的電阻構(gòu)成。圖1-2第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.1工作原理LF398的輸出電壓Vout與電壓Vin通過(guò)比較器LM311進(jìn)行比較，當(dāng)輸入電壓Vin高于輸出電壓Vout時(shí)，LF398的邏輯控制端被置成高電平，使LF398處于采樣狀態(tài)；當(dāng)輸入電壓Vin達(dá)到峰值而下降時(shí)，LF398的邏輯控制端被置成低電平，使LF398處于保持狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)峰值的保持。2.2 工作原理圖（DXP）圖2-12.3 PCB版

8、圖圖2-22.4 課程設(shè)計(jì)作品圖： 圖2-3 圖2-4第三章 元器件介紹3.1 .1 LF398的介紹LF398是一種反饋型采樣/保持放大器，也是目前較為流行的通用型采樣/保持放大器。與LF398結(jié)構(gòu)相同的還有LF198、LF298等，都是由場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成，具有采樣速率高、保持電壓下降慢和精度高等特點(diǎn)。LF398由輸入緩沖級(jí)、輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)和控制電路三部分組成。控制電路中A3主要起到比較器的作用，其中引腳7為參考電壓，當(dāng)輸入控制邏輯電平高于參考端電壓時(shí)，輸出一個(gè)低電平信號(hào)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)K閉合，此時(shí)輸入信號(hào)經(jīng)A1后跟隨輸出到A2，再由A2的輸出端跟隨輸出，同時(shí)向保持電容（接引腳6端）充電；而當(dāng)控制邏輯電平低

9、于參考端電壓時(shí)，輸出一個(gè)高電平信號(hào)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)，以達(dá)到非采樣時(shí)間內(nèi)保持器仍保持原來(lái)輸入的目的。因此，A1、A2是跟隨器，其作用主要是對(duì)保持電容輸入和輸出端進(jìn)行阻抗變換，以提高采樣/保持放大器的性能。當(dāng)作為單一放大器時(shí)，其直流增益精度為0.002%,采樣時(shí)間小于6us時(shí)精度可達(dá)0.01%;輸入偏置電壓的調(diào)整只需在偏置端(2腳)調(diào)整即可,并且在不降低偏置電流的情況下,帶寬允許1MHz。3.1.2主要技術(shù)指標(biāo)1、工作電壓：+5-+18V2、采樣時(shí)間：<10us 3、可與TTL、PMOS、CMOS兼容4、當(dāng)保持電容為0.01uF時(shí)，典型保持步長(zhǎng)為0.5mV5、低輸入漂移，保持狀態(tài)下輸入特性不變

10、6、在采樣或保持狀態(tài)時(shí)高電源抑制3.1.3各引腳的功能和分別為VCC和VEE電源電壓輸入引腳。電源電壓范圍為±5V±15V。為偏置調(diào)零引腳。當(dāng)輸入Vi=0，且在邏輯輸入為1采樣時(shí)，可調(diào)節(jié)使Vo=0。為模擬量輸入引腳。為輸出引腳。為接采樣保持電容的引腳。為參考電壓輸入引腳（接地）。為邏輯輸入控制引腳。該引腳電平為“1”時(shí)采樣，為“0”時(shí)保持。采樣保持放大器LF398的直流和交流調(diào)零電路:調(diào)節(jié)1k電位器可使DC失調(diào)電壓Vos為零。在保持設(shè)置模式下，調(diào)節(jié)10k電位器可使AC失調(diào)電壓Vos為零。LF398具有采樣和保持功能，它是一種模擬信號(hào)存儲(chǔ)器，在邏輯指令控制下，對(duì)輸入的模擬量進(jìn)

11、行采樣和寄存。左圖是該器件的引腳圖。 圖3-13.1.4 LF398內(nèi)部電路原理圖圖3-2當(dāng)8端為“1”時(shí)，使LF398內(nèi)部開(kāi)關(guān)閉合，此時(shí)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。采用保持器LF398對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采樣/保持。在單片機(jī)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(hào)經(jīng)LF398后變?yōu)槌闃有盘?hào)。3.2 LM311的簡(jiǎn)介L(zhǎng)M311電壓比較器設(shè)計(jì)運(yùn)行在更寬的電源電壓：從標(biāo)準(zhǔn)的±15V運(yùn)算放大器到單5V電源用于邏輯集成電路。其輸出兼容RTL,DTL和TTL以MOS電路。此外，他們可以驅(qū)

12、動(dòng)繼電器，開(kāi)關(guān)電壓高達(dá)50V，電流高達(dá)50mA。LM311是一種高靈活性的電壓比較器，能工作于5到30V單個(gè)電源或±15V分離電源。該設(shè)備的輸入可以是與系統(tǒng)地隔離的，而輸出則可以驅(qū)動(dòng)以地為參考或以VCC為參考，或以VEE電源為參考的負(fù)載。LM311為集電極開(kāi)路輸出,使用時(shí)應(yīng)在輸出端與正電源之間連接負(fù)載電阻。下圖是該器件的引腳圖。LM311，采用SOIC 封裝方式。 比較器類型:通用 響應(yīng)時(shí)間:200ns 電源電流:5.1mA 針腳數(shù):8 工作維度范圍:0°C to +70°C 封裝類型:SOIC 比較器數(shù)目:1 電源電壓 最大:36V 電源電壓 最小:5V 表面安

13、裝器件:表面安裝 輸入偏移電壓 最大:7.5mV圖3-3各引腳的功能如下表3-1：GROUND/GND接地INPUT +正向輸入端INPUT - 反向輸入端OUTPUT輸出端BALANCE 平衡BALANCE/STROBE平衡/選通V+ 電源正V-電源負(fù)表3-13.3 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是一個(gè)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(shí)，反向電流很小，當(dāng)反向電壓增高到擊穿電壓時(shí)，反向電流突然猛增，

14、穩(wěn)壓管從而反向擊穿，此后，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(wèn)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(guò)允許范圍，二極管將會(huì)發(fā)熱擊穿，所以，與其配合的電阻往往起到限流的作用。穩(wěn)壓管是利用反向擊多區(qū)的穩(wěn)壓特性進(jìn)行工作的， 因此、穩(wěn)壓管在電路中要反向連接。穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓稱為穩(wěn)定電壓、不同類型穩(wěn)壓圖3-4管的穩(wěn)定電壓也不一樣，某一型號(hào)的穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值固定在口定范圍。在實(shí)際應(yīng)用中，如果選擇不到穩(wěn)壓值符合需要的穩(wěn)壓 管，可以選用穩(wěn)壓值較低的穩(wěn)壓管，然后串聯(lián)一辦或

15、幾只硅二極管“枕墊”，把穩(wěn)定電壓提高到所需數(shù)值。這是利用硅二極管的正向壓降為0607伏的特點(diǎn) 來(lái)進(jìn)行穩(wěn)壓的。因此，二極管在電路中必須正向連接，這是與穩(wěn)壓管不同的。 穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻是隨工作電流變化的，工作電流 越大。動(dòng)態(tài)電阻越小。因此，為使穩(wěn)壓效果好，工作電流要選得合。工作電流選得大些，可以減小動(dòng)態(tài)電阻，但不能超過(guò)管子的最大允許電流（或最大耗散功率）。 各種型號(hào)管子的工作電流和最大允許電流，可以從手冊(cè)中查到。穩(wěn)壓管的穩(wěn)定性能受溫度影響，當(dāng)溫度變化時(shí)，它 的穩(wěn)定電壓也要發(fā)生變化，常用穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù)來(lái)表示這種性能例如2CW19型穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓Uw= 12伏，溫度系數(shù)為0.095% ，說(shuō)明溫度

16、每升高1，其穩(wěn)定電壓升高11.4毫伏。為提高電路的穩(wěn)定性能，往往采用適當(dāng)?shù)臏囟妊a(bǔ)償措施。第四章 峰值檢波器的測(cè)試及性能指標(biāo)4.1電路分析峰值檢波電路一般是由一個(gè)運(yùn)放構(gòu)成的電壓跟隨器和二極管和電容構(gòu)成。當(dāng)輸入信號(hào)為正半周時(shí)二極管導(dǎo)通對(duì)電容充電，一直充電到峰值即最大值，當(dāng)輸入電壓負(fù)半周時(shí)二極管截止，電容不放電，保持電壓（峰值電壓），這樣電容兩端電壓一直處于峰值，可以檢測(cè)出信號(hào)的峰值，稱其為峰值檢波。4.2 性能指標(biāo)4.2.1峰值測(cè)量精度（1）測(cè)量交流信號(hào)：分別輸入1Khz有效值為0.1V、0.5V、1V、1.5 V、2V、3V、3.5V、4V、5V的正弦波，測(cè)量輸出電壓，并計(jì)算誤差。表 交流信號(hào)測(cè)

17、量表：輸入信號(hào)峰值檢測(cè)信號(hào)峰值相對(duì)誤差1V0.98V-2.00%1.5V1.43V-4.67%2V1.85V-7.50%3V2.78V-7.33%（2）測(cè)量具有直流分量的交流信號(hào)：輸入1Khz、幅度為2V的正弦波，直流分量分別為0.5V、1V、1.5 V、2V，-1V，測(cè)量輸出電壓，并計(jì)算誤差。表 交直流信號(hào)測(cè)量表輸入信號(hào)直流分量輸入信號(hào)峰值檢測(cè)信號(hào)峰值相對(duì)誤差0.5V2,.5V2.47V-1.20%1V3V2.91V-3.00%1.5V3.5V3.42V-2.29%2V4V3.94V-1.50%4.2.2頻率響應(yīng) 輸入有效值為2V的正弦波，當(dāng)頻率分別為20HZ、100HZ、200HZ、500

18、HZ、1KHZ、2KHZ、5KHZ、10KHZ、50KHZ、100KHZ時(shí)，測(cè)量輸出電壓，并畫出頻率響應(yīng)圖。頻率20HZ100HZ200HZ500HZ1KHZ2KHZ5KHZ10KHZ50KHZ100KHZ輸出電壓（V）0.981.762.882.892.872.932.892.922.911.704.3電子測(cè)量課程設(shè)計(jì)元器件清單 元件名稱元件個(gè)數(shù)功能注釋LF398N1采樣保持芯片DIP封裝LM3111電壓比較器DIP封裝電阻24K1電阻15K1電阻30K1電阻5.1K1可調(diào)電阻1K15V穩(wěn)壓二極管（2CW12）1鉭電容0.1uf1DIP插座2雙列直插插座面包板5*5cm1導(dǎo)線、焊錫絲若干第五

19、章 系統(tǒng)分析5.1 系統(tǒng)的測(cè)量范圍直流信號(hào)：12.4V交流信號(hào)：80KHZ峰值為0.5V,1V,1.5V,2V,5V的正弦波具有直流分量的交流信號(hào)：80KHZ峰值為2V的正弦波，直流分量為-1V，0.5V,1V,1.5V,2V5.2 測(cè)量精度測(cè)量精度指測(cè)量的結(jié)果相對(duì)于被測(cè)量真值的偏離程度。在測(cè)量中，任何一種測(cè)量的精密程度高低都只能是相對(duì)的，皆不可能達(dá)到絕對(duì)精確，總會(huì)存在有各種原因?qū)е碌恼`差。為使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠盡量減少誤差，提高測(cè)量精度必須充分認(rèn)識(shí)測(cè)量可能出現(xiàn)的誤差，以便采取必要的措施來(lái)加以克服。通常在測(cè)量中有基本誤差、補(bǔ)償誤差、絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差、系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、過(guò)失誤差與抽樣誤差等。5

20、.3 測(cè)量誤差測(cè)量時(shí)，由于各種因素會(huì)造成誤差，誤差主要來(lái)源有系統(tǒng)誤差和粗大誤差。系統(tǒng)誤差主要包括：視覺(jué)誤差、誤讀誤差、刻度誤差和磨損誤差等。系統(tǒng)誤差在測(cè)量過(guò)程中是基本不變的，可以通過(guò)計(jì)算等方法求得，并且可以通過(guò)修正或調(diào)整使其減小；粗大誤差是由于操作不當(dāng)、測(cè)量失誤等原因造成的測(cè)量結(jié)果偏離實(shí)際值的誤差。5.4 系統(tǒng)調(diào)試注意事項(xiàng)、 調(diào)試前檢查電路是否存在短路、虛焊、漏焊等問(wèn)題，與信號(hào)發(fā)生器和示波器相連時(shí)，注意不要短路；、 接通電源后檢測(cè)信號(hào)發(fā)生器輸出的信號(hào)是否正確，各電源電壓是否穩(wěn)定等；5.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的不足在拿到元器件后，我們都急于焊接，未合理規(guī)劃電路板布局，給我們帶來(lái)了一些麻煩，焊接前我們應(yīng)該仔細(xì)研究電路的布局，用CAD的知識(shí)繪制PCB版圖。