峰值檢波電路的作用和原理_最簡(jiǎn)單的峰值檢波電路

在改善曾經(jīng)做過(guò)的一個(gè)項(xiàng)目時(shí)，為了提升微控制器ADC采集的效果，就引用了峰值檢波電路。由于ADC的采集電壓是處于一個(gè)范圍內(nèi)（一般是0～5v或3.3v），當(dāng)你采集的信號(hào)很微弱的時(shí)候，你必須要將信號(hào)放大到合適的位置才能讓ADC測(cè)量的效果更好。如果你采集的信號(hào)已經(jīng)處于合適的范圍，這時(shí)你就不需要對(duì)信號(hào)放大了。對(duì)于50mv的輸入信號(hào)，你可能需要放大50倍；對(duì)于100mv的輸入信號(hào)，你可能需要放大25倍。對(duì)于不同范圍內(nèi)的輸入信號(hào)，你需要不同的放大倍數(shù)。你想到用什么方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題？我想到了程控放大器與多路選擇器，目的就是為了實(shí)現(xiàn)不同的放大倍數(shù)。等等！還有一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題吧。不同等級(jí)的放大倍數(shù)確實(shí)是實(shí)現(xiàn)了，但是，最關(guān)鍵的問(wèn)題卻沒(méi)有解決。你怎么知道你輸入的信號(hào)是50mv還是100mv呢？難道你的微控制器直接就知道或者說(shuō)寫(xiě)程序的工程師可以看出來(lái)？對(duì)！我們都不知道輸入的信號(hào)的范圍。這就引出了我們今天的主角——峰值檢波電路。

峰值檢波電路的作用

顧名思義，峰值檢波電路就是能夠檢測(cè)出交流信號(hào)峰值的電路。峰值檢波電路的輸入是被檢測(cè)的信號(hào)，輸出在理想情況下是一個(gè)穩(wěn)定的電壓（交流信號(hào)的峰值），在示波器上顯示就是一條水平直線。用ADC去采集峰值檢波電路的輸出電壓，我們就可以知道輸入信號(hào)的電壓峰值了。這樣就可以利用程控放大電路來(lái)根據(jù)輸入信號(hào)的大小選擇不同的放大倍數(shù)。

峰值檢波電路的原理

峰值檢波電路有很多不同的版本，但遵循的原理還是不變的?，F(xiàn)在所見(jiàn)的很多峰值檢波電路，都是從最基礎(chǔ)的電路一步一步改進(jìn)而來(lái)的。

最簡(jiǎn)單的峰值檢波電路

峰值檢波電路的原理就是利用電容的充放電。交流信號(hào)在正半周期的一段時(shí)間內(nèi)，二極管D相當(dāng)于短路，信號(hào)的正半周期直接加在電容上對(duì)它進(jìn)行充電，電容上的電壓很快就會(huì)達(dá)到交流信號(hào)的峰值。達(dá)到峰值后，由于交流信號(hào)電壓開(kāi)始減小，電阻上的電壓維持不住，電容開(kāi)始向電阻R開(kāi)始放電，這個(gè)過(guò)程放電是很慢的。在交流信號(hào)的負(fù)半周期，由于二極管D截止，電容C的電壓不能突變，所以電容上還維持著一部分電壓。此時(shí)，電容也向電阻R放電。

輸出波形

充放電過(guò)程

如上圖，為了讓輸出接近一條直線（紋波電壓?。捅仨氉尫烹娝俣茸兊煤苈?。由于放電時(shí)間常數(shù)T=RC，所以就必須選用很大的電阻才能保證放電速度很慢。這個(gè)過(guò)程就是先充電到峰值，然后放一點(diǎn)點(diǎn)電，然后有快速的充電到了峰值，又放一點(diǎn)點(diǎn)電。

峰值檢波電路的改進(jìn)

為了避免峰值檢波電路后級(jí)電路輸入電阻對(duì)峰值檢波電路的影響或者是峰值檢波電路對(duì)后級(jí)電路的影響，我們可以在檢波電路后加一個(gè)電壓跟隨器作為前后兩級(jí)電路的隔離。由于集成運(yùn)放有很大的輸入阻抗，滿足RC很大。

電壓跟隨器：輸出電壓跟隨輸入電壓變化，也就是輸出電壓=輸入電壓

改進(jìn)電路（一）

當(dāng)輸入電壓很小的時(shí)候，有兩種情況。

一、由于二極管在實(shí)際中并不是理想的，所以當(dāng)輸入電壓小于二極管D的導(dǎo)通電壓時(shí)，二極管一直處于截止?fàn)顟B(tài)，該電路就會(huì)失效。

二、即使輸入電壓大于導(dǎo)通電壓，但如果（VI-VD）很小時(shí)，電容的充電速度就會(huì)很慢。而我們實(shí)際需要的是電容充電速度快，電容放電速度慢。

基于以上問(wèn)題，一種新的峰值檢波電路就出現(xiàn)了。

改進(jìn)電路（二）

前端是一個(gè)電壓比較器，只要Vin》Vout，就輸出接近正電源軌的電壓；當(dāng)Vin《Vout，就輸出負(fù)電源軌的電壓。這樣二極管D的正極的電壓就會(huì)比較大，從而加快了電容的充電速度。這個(gè)電路的檢測(cè)過(guò)程：Vin開(kāi)始慢慢變大，比較器輸出正電源，電容開(kāi)始充電。因?yàn)殡娙莩潆婋妷壕褪荲out，所以當(dāng)充電電壓大于Vin時(shí)，比較器就輸出負(fù)電源電壓，二極管D截止，電容放電。電容放電到小于Vin，然后二極管D又導(dǎo)通。重復(fù)這個(gè)過(guò)程，直到電容充到峰值左右。為什么電容會(huì)充到峰值左右？因?yàn)殡娙莸某潆娝俣冗h(yuǎn)遠(yuǎn)大于放電速度，所以總體上，電容兩端的電壓會(huì)上升。

綜合峰值檢波電路

利用一路ADC采集峰值檢波電路的峰值，根據(jù)峰值將信號(hào)進(jìn)行不同程度的放大，一路ADC做信號(hào)采集。這樣采集的信號(hào)的完整性就會(huì)大大提高。