常用三大檢波技術(shù)介紹 電壓半波整流的均值檢波電路分析

1.均值檢波技術(shù)

均值檢波法主要應(yīng)用于交直流轉(zhuǎn)換電路中，其主要實(shí)現(xiàn)方法是將交流信號(hào)進(jìn)行半波或者全波整流，再對(duì)整流輸出的電脈動(dòng)直流信號(hào)進(jìn)行積分得到較為平緩的直流信號(hào)，最后再根據(jù)被測(cè)信號(hào)的半波整流平均值或全波整流平均值與有效值的關(guān)系即可計(jì)算出被測(cè)信號(hào)的有效值。

圖為用于電流的交直流轉(zhuǎn)換電路，圖中二極管D1和D2構(gòu)成半波整流電路，二極管D2用于保持被測(cè)回路電流的連續(xù)性，并非轉(zhuǎn)換電路本身需要。

當(dāng)用于測(cè)量電壓信號(hào)時(shí)，二極管D2可以省略。

當(dāng)輸入處于正半周時(shí)，二極管D1導(dǎo)通，向電容C充電，微安表得到的是經(jīng)電容平滑濾波之后的直流電，當(dāng)輸入處于負(fù)半周時(shí)，電流從D2流過，二極管D1截止，電容電荷通過微安表內(nèi)阻放電，電容電壓下降。

電容兩端的電壓波形如下圖所示，流過微安表的電波波形與下圖電壓波形相同，課件，只要輸入交流電流幅值不變，流過電流表的波形非常接近一條直線。

充放電電路的時(shí)間常數(shù)越大或信號(hào)頻率越高，輸出波形越接近直線。

充放電電路的時(shí)間常數(shù)越大，當(dāng)輸入電流幅值發(fā)生變化時(shí)，輸出響應(yīng)越慢。

因此，均值檢波電路較適合于幅值相對(duì)穩(wěn)定或變化緩慢，而頻率較高的交流電測(cè)量。

均值檢波電路通常采用電容充放電電路作為平均值電路，由于輸出為整流平均值，要求電容充放電時(shí)間常數(shù)相等。

為了使充放電速度相同，因此，只有在微安表內(nèi)阻與電容符合特定關(guān)系時(shí)，才能使充放電速度相同。

對(duì)于數(shù)字采樣的儀表，圖中微安表可用取樣電阻替代。

并且一般會(huì)先將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)再作轉(zhuǎn)換，電壓半波整流的均值檢波電路如圖所示。

但是，上圖存在一些問題：

1.由于二極管存在壓降，當(dāng)測(cè)量電壓較小時(shí)，二極管壓降帶來(lái)的影響不能忽略。

2.這是電阻電容串聯(lián)電路，并不是嚴(yán)格的平均電路。

因此，上圖電路不能實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的整流平均值，我們可以采用基礎(chǔ)精密整流的絕對(duì)值電路來(lái)解決第一個(gè)問題。

下圖為實(shí)用的均值檢波電路，圖中只要去除C1，就是全波精密整流電路，本電路在A2構(gòu)成反相加法器上增加積分電容，將其變?yōu)榉聪嗉臃胺e分電路，圖中R3=2R4。

2.峰值檢波技術(shù)

峰值檢波構(gòu)建的交直流轉(zhuǎn)換電路對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行半波或全波整流，再用充電電容保持整流輸出的脈動(dòng)直流信號(hào)的峰值，得到較平緩的直流信號(hào)，直流信號(hào)的幅值就是被測(cè)交流信號(hào)的峰值，在利用被測(cè)信號(hào)的峰值與有效值的關(guān)系即可計(jì)算出被測(cè)信號(hào)的有效值。

與均值檢波技術(shù)不同的是，它利用的是被測(cè)信號(hào)的峰值而不是均值來(lái)計(jì)算有效值。

峰值因數(shù)是指信號(hào)的峰值與有效值的比值。

因此，峰值檢波法交直流轉(zhuǎn)換電路得到的測(cè)量結(jié)果需要除以峰值因數(shù)才是被測(cè)信號(hào)的有效值。

峰值檢波的最簡(jiǎn)電路模型可以采用和交流電壓檢波電路一樣的模型：

但是實(shí)際上，峰值檢波和均值檢波還是有很多差別的，它們的最大差別在于：

1.峰值檢波電路要求充電時(shí)間足夠短，用于窄脈沖測(cè)試的峰值檢波電路，要求在很短的時(shí)間之內(nèi)，電容可以快速充電至峰值。

而放電時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)，否則，輸出波形不夠平滑。

對(duì)于正負(fù)對(duì)稱并且幅值相對(duì)穩(wěn)定的交流電而言，只要放電速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于充電速度，即使充電速度較慢，也能使輸出非常接近峰值。

2.均值檢波電路要求充放電時(shí)間相等，否則，得到的不是整流平均值，均值檢波電路適用于正負(fù)對(duì)稱并且幅值相對(duì)穩(wěn)定的交流電的測(cè)量。

與均值檢波類似，在被測(cè)電壓較小時(shí)，需要消除二極管的壓降帶來(lái)的誤差，同樣對(duì)電路進(jìn)行改進(jìn)，得到如圖所示電路：

當(dāng)Vi大于V0時(shí)，A1輸出正電源電壓，變?nèi)荻O管D1截止，D2導(dǎo)通，電容C迅速充電至Vi。

當(dāng)Vi小于V0時(shí)，A1輸出負(fù)電源電壓，變?nèi)荻O管D1導(dǎo)通，D2截止，電容C通過電阻Rc緩慢放電。

3.均方根值檢波技術(shù)

均方根值檢波技術(shù)可以用硬件方法或者軟件算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，如果要用硬件實(shí)現(xiàn)的話，可以采用專用的真有效值轉(zhuǎn)換芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。

常用真有效值轉(zhuǎn)換芯片有AD536、AD637、LTC1966、LTC1967、LTC1968等。

其用法可以參考芯片的datasheet，這里不再贅述。

我們來(lái)詳細(xì)探討下軟件算法的實(shí)現(xiàn)。

均方根值，顧名思義，就是在輸入信號(hào)的整數(shù)周期內(nèi)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行平方，相加平均再開方。

我們采用均方根值算有效值的流程通常是將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，再根據(jù)信號(hào)的頻率選用高速AD對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，最后，我們將采樣值輸入EPGA或者單片機(jī)中進(jìn)行算法處理，得到信號(hào)的有效值。

這里有兩點(diǎn)要特別注意：

1.對(duì)于頻率較高的信號(hào)，我們最好選用采樣頻率足夠高的AD和主頻足夠高的EPGA來(lái)進(jìn)行處理，否則的話，算出來(lái)的有效值誤差會(huì)非常大。

2.在采樣時(shí)，最好是按照周期的整數(shù)倍來(lái)進(jìn)行采樣和數(shù)據(jù)處理，如果數(shù)據(jù)處理時(shí)不是按照整數(shù)個(gè)周期來(lái)處理的話，得到的值將會(huì)是一個(gè)跳動(dòng)的數(shù)字。

流程圖如下：