1、 1目 录第一章 绪论 21.1 检波器作用 21.2 检波器的构成和工作原理21.2.1 包络检波器21.2.2 同步检波器 31.3 检波器的主要性能指标 41.4 峰值检波器 4第二章 系统设计方案 52.1 本系统工作原理52.2 本系统电路图 5第三章 元器件介绍 63.1 元器件清单 63.2 LF398 采样保持器 63.3 主要元器件 83.3.1 芯片 LF398 83.3.2 芯片 LM311 93.4 稳压二极管 10第四章 峰值检波器的测试及性能指标 114.1 峰值测量精度 11.4.1.1 测量交流信号 114.1.2.测量具有直流分量的交流信号 11第五章 系统分
2、析 125.1 系统的测量范围125.2 系统测量精度12.5.3 系统误差来源125.4 系统调试注意事项12.5.5 系统设计存在的不足13第六章 实验总结 14.参考文献 152第一章 绪论1.1 检波器作用检波器，是检出波动信号中某种有用信息的装置。用于识别波、振荡或信号存在或变化的器件。检波器通常用来提取所携带的信息。最简单的检波器仅需要一个二极管就可以完成，这种二极管就被称做检波二极管。检波器通常用来提取所携带的信息。检波器分为包络检波器和同步检波器。前者的输出信号与输入信号包络成对应关系，主要用于标准调幅信号的解调。后者实际上是一个模拟相乘器，为了得到解调作用，需要另外加入一个与
3、输入信号的载波完全一致的振荡信号（相干信号） 。同步检波器主要用于单边带调幅信号的解调或残留边带调幅信号的解调。从调幅波中恢复调制信号的电路，也可称为幅度解调器。与调制器一样，检波器必须使用非线性元件，因而通常含有二极管或非线性放大器。1.2 检波器的构成及工作原理1.2.1 包络检波器图 1 是典型的包络检波电路。由中频或高频放大器来的标准调幅信号 ua(t)加在 L1C1 回路两端。经检波后在负载 RLC 上产生随 ua(t)的包络而变化的电压u (t)，其波形如图 2 所示。这种检波器的输出 u (t)与输入信号 ua(t)的峰值成正比,所以又称峰值检波器。 3包络检波器的工作原理可用图
4、 2 的波形来说明。在 t1tt2 时间内,输入信号瞬时值 ua(t)大于输出电压 u (t)，二极管导通,电容 C 通过二极管正向电阻 ri充电,u (t)增大 ;在 t2tt3 时间内,ua(t) 小于 u (t)，二极管截止，C 通过 RL 放电，因此 u (t)下降；到 t3 以后,二极管又重新导电,这一过程照此重复不已。只要 RLC 选择恰当,就可在负载 RLC 上得到与输入信号包络成对应关系的输出电压 u (t)。如果时间常数 RLC 太大，放电速度就会放慢,当输入信号包络下降时,u (t)可能始终大于 ua(t)，造成所谓对角切割失真(图 2)。此外，检波器的输出通常通过电容、电
5、阻耦合电路加到下一级放大器，如图 1 中虚线所示。如果 Rg太小,则检波后的输出电压 u (t)的底部即被切掉，产生所谓的底部切割失真。1.2.2 同步检波器图 3 为同步检波器的框图。模拟相乘器的一个输入为一单频调制的单边带调幅信号，即 us(t)U mcos(ct mt),其中 c 为载波信号角频率 ,m 为调制信号角频率；另一输入是本机产生的相干信号，即 uc(t)U ccos ct,则乘法器的输出电压 u0(t)与 uS(t)和 uc(t)的乘积成正比，即：u0(t)=Kus(t)*uc(t)，式中 K 为一比例常数。u 0(t)中包括两项，一项为高频项 (2c+m),另一项为低频项(
6、 m)。通过低通滤波器后将高频项滤除，即得到与调制波成对应关系的输出。u c(t) 通常可用本地振荡器或锁相环产生。同步检波器的抗干扰性能比包络检波器优越，但是它的电路比较复杂。41.3 检波器的主要性能指标1)电压传输 Kd 系数说明检波器对高频信号的解调能力 输入为高频等幅波K d=Uo/Uim 输入为高频调幅波K d=Um/maUim注： Kd 总是小于 1， Kd 越接近 1 越好2)输入电阻 说明检波器对前级电路的影响程度R i=Uim/Iim此外检波器还有反映其失真系数的指标 THD 等。 1.4 峰值检波器在电子设备中，常要求对信号的峰值进行检波：如大动态范围的正弦信号经对数压缩
7、后，为了得到反映正弦信号的有效值，就不能用一般的平均值或有效值检波器，而只能用峰值检波器。峰值检波器是一个能记忆信号峰值的电路，其输出电压的大小，一直追随输入信号的峰值，而且保持在输入信号的最大峰值。1. 当 ViVo 时：信号由（+）端加入， OPA 的输出 Va为正电压，二级管 D 导通，于是输出电流经D 对电容 C 充电一直充至与 Vi 相等之电压。（当 D 导电时此电路作用如同一电压跟随器）2. 当 ViVo 时：OPA 的输出 Va 为逆向偏压，相当于开路，于是电容 C 既不充电也不放电，维持于输入之最大值电压。 上述电路只能工作一次，所以我们要能够控制电容 C 的放电过程，使得这个
8、电路可以重复地工作。同时在电路中加入一定的保护措施以及加入阻抗匹配的电路（比如跟随器等） ，以提高电路的带负载能力。5第二章 系统设计方案2.1 本系统工作原理LF398 的输出电压与输入电压通过比较器 LM311 进行比较，当输入电压高于输出电压时，LF398 的逻辑控制引脚被置成高电平，使 LF398 处于采样状态。当输入电压达到峰值而下降时，LF398 的逻辑控制引脚被置成低电平，使LF398 处于保持状态。从而，实现了对“峰”值的保持。2.2 本系统电路图6第三章 元器件介绍3.1 元器件清单元件名称 元件个数 功能 注释LF398N 1 采样保持芯片 DIP 封装LM311 1 电压
9、比较器 DIP 封装电阻 24K 1电阻 15K 1电阻 30K 1电阻 5.1K 1可调电阻 1K 15V 稳压二极管（2CW12）1钽电容 0.1uf 1DIP 插座 2 双列直插插座面包板 5*5cm 1导线、焊锡丝 若干3.2 LF398 采样保持器采样保持电路实质上是一种模拟信号存储器，它在数字指令控制下，使开关通断，对输入信号瞬时值进行采样并寄存，通常用两个运算放大器构成高输入阻抗的采样/保持电路，如图所示：放大器 A1 是射随器。它对模拟信号提供了高输入阻抗，并提供了一个低的输出阻抗，使存储电容 CH 能快速充电和放电，放大器 A2 在存储电容和输出端之间起缓冲作用。开关 K1
10、在指令控制下通断，对电容 CH 充电或放电，开关 S1通常使用 FET 开关或 MOSFET 开关，存储电容 CH 一般取 0.010.1F。采样/保持电路经常使用集成电路 LF398，该器件的工作原理和使用方法说明如下：7LF398 具有采样和保持功能，它是一种模拟信号存储器，在逻辑指令控制下，对输入的模拟量进行采样和寄存。图 5-3 是该器件的引脚图。各引脚端的功能如下：和端分别为 VCC 和 VEE 电源端。电源电压范围为 5V15V。端为失调调零端。当输入 Vi=0，且在逻辑输入为 1 采样使，可调节端使 Vo=0。端为模拟量输入端。端为输出端。端为接采样保持电容 CH 端。端为逻辑基
11、准端（接地） 。端为逻辑输入控制端。该端电平为“1”时采样，为“0”时保持。LF398 内部电路原理图如图所示。当 8 端为“1”时，使 LF398 内部开关闭合，此时 A1 和 A2 构成 1：1的电压跟随器，所以，V o = Vi，并使迅速充电到 Vi，电压跟随器 A2 输出的电压等于 CH 上的电压。当 8 端为“”时，LF398 内部开关断开，输出电压 Vo 值为控制端由“”跳到“”时 CH 上保持的电压，以实现保持目的。端的逻辑输入再次为“” 、再次采样时，输出电压跟随变化。LF398 电路原理图8采用保持器 LF398 对电压信号进行采样/保持。在单片机 P2.5 口的控制下，高电
12、平，采样；低电平，保持。输入的正弦波信号经 LF398 后变为抽样信号。电路如图所示：3.3 主要元器件3.3 主要元器件3.3.1 芯片 LF398LF398 是一种高性能单片采样/保持器。它具有很高的直流精度、很快的采样时间和低的下降速度。器件的动态性能和保持性能可通过合适的外接保持电容达到最佳。例如选择 1000PF 的保持电容，具有 6us 的采样时间，可达到12bit 的精度。LF398 的价格低廉。电源电压可从518V 任意选择，其性能几乎无影响。采样/保持的逻辑控制可与 TTL 或 CMOS 电平接口。它可广泛地应用于高速 A/D 转换系统、数据采集系统和要求同步采样的领域。该器
13、件外形采用 8 脚 DIP 封装结构。性能特点：A.具有 12bit 吞吐精度；B.采样时间：小于 10us;C.宽带噪声：小于 20uV;D.可靠的整体结构；E.输入阻抗：大于 1010；F.TTL 和 CMOS 逻辑接口。LF398 内部电路结构LF398 内部电路结构如图 3，N1 是输入缓冲放大器， N2 是高输入阻抗射极输出器。逻辑控制采样/保持开关：当开关 S 接通时，开始采样，当开关断开时，进行保持。引脚说明R124kC10.01ufD2D1R21k+12V-12V+5V-5V123456 78ALF398ui UoP2.59引脚功能为：1、4 脚：V 、V ，正、负电源输入端，
14、应与地之间接入0.1uF 电容； 2 脚：OFAD ，失调电压调整端；3 脚： Vi，模拟电压输入端；5 脚：OUT，采样 /保持输出端；6 脚：HOC，采样/保持电容接入端；7 脚：MREF，逻辑控制电平参考端，一般接地；8 脚：MCTR，逻辑控制输入端，高电平为采样，低电平为保持。下图是 LF398 的基本连接图。失调电压的调整是通过与 V 的分压并调整1K 电位器实现的。保持电容 CH应选用 3001000PF 的高性能低漏电云母电容器。控制逻辑在高电平时为采样，在低电平时为保持。本设计采用此种连接方法。电路如图所示：3.3.2 芯片 LM311（1）引脚图（2）引脚功能GROUND/G
15、ND 接地INPUT + 正向输入端INPUT - 反向输入端OUTPUT 输出端BALANCE 平衡10BALANCE/STROBE 平衡/选通V+ 电源正V- 电源负NC 空脚3.4 稳压二极管稳压二极管是一个特殊的面接触型的半导体硅二极管，其 V-A 特性曲线与普通二极管相似，但反向击穿曲线比较陡稳压二极管工作于反向击穿区，由于它在电路中与适当电阴配合后能起到稳定电压的作用，故称为稳压管。稳压管反向电压在一定范围内变化时，反向电流很小，当反向电压增高到击穿电压时，反向电流突然猛增，稳压管从而反向击穿，此后，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压的变化却相当小，利于这一特性，稳压管访
16、问就在电路到起到稳压的作用了。而且，稳压管与其它普能二极管不同之反向击穿是可逆性的，当去掉反向电压稳压管又恢复正常，但如果反向电流超过允许范围，二极管将会发热击穿，所以，与其配合的电阻往往起到限流的作用。11第四章 峰值检波器的测试及性能指标4.1 峰值测量精度4.1.1 测量交流信号分别输入 1Khz 峰值在为 0.1V、0.5V、1V、1.5 V、2V、3V、3.5V、4V、5V 的正弦波，测量输出电压，并计算误差。表 1 交流信号测量表输入信号峰值 1pu（V）检测信号峰值 2pu（V）相对误差 %10*2pu0.7 0.75 7.1%0.8 0.86 7.5%0.85 0.87 2.3
17、%0.9 0.95 5.6%4.1.2.测量具有直流分量的交流信号输入 1Khz、幅度为 2V 的正弦波，直流分量分别为 1V、2V、3V、4V ，测量输出电压，并计算误差。表 3 交直流信号测量表输入信号直流分量（V）输入信号峰值（V）检测信号峰值（V）相对误差1.00 2.50 2.26 5.6%2.00 3.50 3.42 2.2%3.00 4.50 4.17 7.3%4.00 5.50 5.36 2.5%12第五章 系统分析5.1 系统的测量范围由上述电路原理图可知供给峰值检波器工作的是+15V、-15 的稳定电压源，由理论知识可知系统的测量范围是 0V15V，但是由于种种条件的限制，
18、我们的测量范围是 0V10V 左右。5.2 测量精度由于布线和焊接的局限性，使电路的稳定性能不好，测量精度较低，一般在 0.1V0.2V,有些板子性能较差，测量精度更低，大约 0.5V1V 左右。5.3 误差来源1）仪器误差仪器误差是由于仪器本身及其附件的电气和机械性能不完善而引起的误差。2）使用误差使用误差又称为操作误差，是由于安装、调节、使用不当等原因引起的误差。3）人身误差人身误差是由于人为原因而引起的误差。4）环境误差环境误差又称为影响误差，是由于仪器受到外界的温度、湿度、气压、震动等影响而产生的误差。5）方法误差方法误差又称为理论误差，是由于测量时使用的方法不完善、所依据的理论不严格
19、等原因引起的误差。5.4 系统调试注意事项1、要认真检查板子布线以及焊接，不要有虚焊、漏焊、短接；2、连接线路时要看清+15V、-15V、GND、输入输出的连接，而且各连接线13不要碰在一起，以免发生短接；3、调试时要注意示波器、信号发生器的各档位的选择，以及示波器通道1，通道 2 是直流、交流还是接地，尤其是在调试交直流信号时，给输入端加偏执信号，一定是在输入端加直流信号，而不是交流信号。4、在调试过程中要注意电容的充放电，在电源打开一会时，要随时断开电源让电容放电，不然会影响调试结果。5、在调试完之后，要注意关闭电源，整理好器件。5.5 系统设计存在的不足1、由于老师发的面包板是个光板子，
20、所有的布线都要有自己排板布线，这样导致板子的布线五花八门，缺乏了美感，而且如果出现了问题，也很难找的出来。2、我们要能够控制电容 C 的放电过程，使得这个电路可以重复的工作。同时在电路中加一定的保护措施以及加入阻抗匹配的电路，以提高电路的带负载能力。14第六章 实验总结为期一周的课程设计结束了，本次设计的内容是：要求我们做一个峰值检波器。这次的原理图是由老师来确定的，第一天上午，老师把这个峰值检波器的原理给我们讲了一下，在老师讲的过程中，我感觉这次要做的课程设计好简单。当老师吧元器件和面包板发下来的时候，由于元器件不多，就以为这样的简单的板子还要一周，是不是有点儿浪费时间了，讲完了之后，老师便
21、让我们把元器件的布局给想好，下午焊接的时候会快一些。看了一会，我便把板子的布局给想好了，看上去还蛮美观的。到了下午，我们开始焊接了，由于中级工实训的那些基础，我先把所有的元器件全都焊接上去了，接下来就是焊接跳线了，没想到跳线是如此的之多，由于上午的大意，焊接跳线的时候导致了还有些跳线是需要重叠的，但又为了避免短路，所以想办法把那些要重叠的跳线给隔离开。没想到，原本以为简单的板子还花了我好几个小时。接下来便到了调试的过程了，老师先把调试的过程讲了一遍后自己开始调试了。首先测试输出交流信号的情况，我先用信号源调试好一个频率为10KHZ，峰值为 0.5V 的交流信号加在板子的输出端，板子的输出端接示
22、波器，打开直流电源，示波器上出现了一条直线，但是这条直线有一定的变化，有些地方成陡峭的状态，但是这些并不会影响测试的结果，我看了一下示数，512mv。误差不算太大。于是又测量了几组数据。误差基本上相差不大。接下来便是加具有直流分量的交流信号了。这次我选用的是，频率为 50KHZ 的交流信号，并增加了直流分量为 2V，按照上面步骤，接好线，但是由于自己布线的缺陷，还有焊接过程中的不注意，板子很不稳定，在多次的努力之下，终于测出误差不算太大的数据了。终于舒了一口气。 在这次课程设计中，我明白了还是要加强自己的动手能力，还有自己的基础知识。15参考文献电子测量仪器与应用（第二版） 编辑：李明生电子测量与仪器 编辑：宋悦孝新编电子电路实用手册 主编：韩广兴电路电子技术及其应用 编辑：张莉萍、李洪芹 电子元器件的识别及安装调试 编辑：杨宗强
