只需少量元件的廉價波峰檢測器(圖)
發布時間:2007/8/28 0:00:00 訪問次數:424
作者:Anthony H Smith
圖1和圖2中的正波峰檢測器電路不需要整流二極管,而使用了一個源極開路輸出的 TI TLC372快速比較器IC1。這兩種檢測器都簡單而廉價,可為VOUT提供一個緩沖的低阻抗輸出。另外,TLC372的典型輸入阻抗高達1012Ω,因而無需任何輸入緩沖級。如圖1所示,運放IC2A輸出端的檢測器輸出電壓為比較器施加一個反饋信號,用作與輸入信號振幅比較的基準電平。當第一次加上輸入信號VIN時,保持電容器C1上的電壓為0V,VOUT也是0V。
當輸入信號比輸出電壓超出得更多時,比較器內部的輸出MOSFET導通,并通過R1吸收電流。由于R2值相對較大,充電電流從IC2A的輸出端流入C1。經過幾個周期的輸入信號后,C1上充入電荷逐漸增多,VOUT值上升到略高于VIN的峰值。一旦VOUT略大于VIN后,IC1的輸出MOSFET保持關斷,C1再沒有后續的充電電荷了。
src=../techimages/200510192123837725.jpg onload=RegularPic(600,400) name=img border=0>
于是,C1上存儲的電荷開始通過R2放電而逐漸消耗,并通過偏置電流路徑進入IC2A的反相輸入端。VOUT逐漸降低到略低于VIN的峰值電平。下一個VIN的正波峰進入IC1時,IC1從R1吸入電流,為C1充滿電荷。這個過程在VOUT端產生一個直流電平,其值接近輸入波形的正向峰值電平。R1、R2和C1的值決定了VOUT上的紋波電壓。
IC2A的反相輸入端保持為虛擬的地電位,因而無論何時IC1的輸出MOSFET導通,R1上的電壓都近似等于負的供電電壓,即-Vs。因此,使用小阻值的R1可以使進入C1的電流脈沖相對較大,這樣,電路就可以對輸入信號幅度的突增做出更快的響應,即“快速上升”響應。但是,如果R1的值過小,則VOUT上的正向紋波也會過強,導致VIN峰值處產生突發的振蕩。
當R2值已知時,C1值就決定了電路的“延遲時間”。較大的電容量可將VOUT的負向紋波減至最小,這在處理低頻、低占空比脈沖串時可能很有用。然而,若C1值過大,則檢測器對輸入信號幅度突發衰減的響應會過于遲鈍。注意,C1也會影響信號電平上升時間,例如,電容值加倍會使電路達到VIN峰值電平的時間也翻倍。
比較器的反饋路徑中含有運放IC2A,所以IC2A的偏移與誤差對電路的精度沒有影響。在低頻至中頻范圍內,只有比較器的輸入偏移誤差會影響檢測器的整體精度。在高頻時,比較器的響應時間成為一個主要因素,它會降低 VOUT精度,特別是當頻率增加時, 情況會更糟。除了這些局限以外,電路從約50Hz至500kHz 頻率范圍內都能夠很好的工作。圖2和表1顯示的是三種 VIN 峰值電平下,測試電路的正弦波頻率響應與 VOUT 誤差的關系。
示波器圖顯示的是 400 kHz 時電路對 500 mV 峰值正弦波的響應情況,其中輸出電壓為 488 mV,只略低于正波峰(圖 3)。該電路除了有出色的正弦波響應以外,還能對占空比低至 5% 的方波表現出良好的效果。注意,IC2A的反相輸入端的虛擬接地限制了VOUT只能為正電壓。因此,電路只響應真正的正電壓波峰,即高于0V的電壓峰值。如果輸入信號全部低于0V,VOUT只表現為平直的0V電壓。
R3、C2和IC2B構成低通濾波器和緩沖器,雖然不是電路運行的必要部分,但可以將VOUT上的開關噪聲降低到最低。然而,運放IC2B固有的偏移誤差會影響濾波器的輸出電壓。
圖 4 是該電路的一個單電源供電版本,其中 RA 和 RB 在 IC2A 的正相輸入端設定了一個基準電壓 VREF,從而IC2A 在反相輸入端保
作者:Anthony H Smith
圖1和圖2中的正波峰檢測器電路不需要整流二極管,而使用了一個源極開路輸出的 TI TLC372快速比較器IC1。這兩種檢測器都簡單而廉價,可為VOUT提供一個緩沖的低阻抗輸出。另外,TLC372的典型輸入阻抗高達1012Ω,因而無需任何輸入緩沖級。如圖1所示,運放IC2A輸出端的檢測器輸出電壓為比較器施加一個反饋信號,用作與輸入信號振幅比較的基準電平。當第一次加上輸入信號VIN時,保持電容器C1上的電壓為0V,VOUT也是0V。
當輸入信號比輸出電壓超出得更多時,比較器內部的輸出MOSFET導通,并通過R1吸收電流。由于R2值相對較大,充電電流從IC2A的輸出端流入C1。經過幾個周期的輸入信號后,C1上充入電荷逐漸增多,VOUT值上升到略高于VIN的峰值。一旦VOUT略大于VIN后,IC1的輸出MOSFET保持關斷,C1再沒有后續的充電電荷了。
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于是,C1上存儲的電荷開始通過R2放電而逐漸消耗,并通過偏置電流路徑進入IC2A的反相輸入端。VOUT逐漸降低到略低于VIN的峰值電平。下一個VIN的正波峰進入IC1時,IC1從R1吸入電流,為C1充滿電荷。這個過程在VOUT端產生一個直流電平,其值接近輸入波形的正向峰值電平。R1、R2和C1的值決定了VOUT上的紋波電壓。
IC2A的反相輸入端保持為虛擬的地電位,因而無論何時IC1的輸出MOSFET導通,R1上的電壓都近似等于負的供電電壓,即-Vs。因此,使用小阻值的R1可以使進入C1的電流脈沖相對較大,這樣,電路就可以對輸入信號幅度的突增做出更快的響應,即“快速上升”響應。但是,如果R1的值過小,則VOUT上的正向紋波也會過強,導致VIN峰值處產生突發的振蕩。
當R2值已知時,C1值就決定了電路的“延遲時間”。較大的電容量可將VOUT的負向紋波減至最小,這在處理低頻、低占空比脈沖串時可能很有用。然而,若C1值過大,則檢測器對輸入信號幅度突發衰減的響應會過于遲鈍。注意,C1也會影響信號電平上升時間,例如,電容值加倍會使電路達到VIN峰值電平的時間也翻倍。
比較器的反饋路徑中含有運放IC2A,所以IC2A的偏移與誤差對電路的精度沒有影響。在低頻至中頻范圍內,只有比較器的輸入偏移誤差會影響檢測器的整體精度。在高頻時,比較器的響應時間成為一個主要因素,它會降低 VOUT精度,特別是當頻率增加時, 情況會更糟。除了這些局限以外,電路從約50Hz至500kHz 頻率范圍內都能夠很好的工作。圖2和表1顯示的是三種 VIN 峰值電平下,測試電路的正弦波頻率響應與 VOUT 誤差的關系。
示波器圖顯示的是 400 kHz 時電路對 500 mV 峰值正弦波的響應情況,其中輸出電壓為 488 mV,只略低于正波峰(圖 3)。該電路除了有出色的正弦波響應以外,還能對占空比低至 5% 的方波表現出良好的效果。注意,IC2A的反相輸入端的虛擬接地限制了VOUT只能為正電壓。因此,電路只響應真正的正電壓波峰,即高于0V的電壓峰值。如果輸入信號全部低于0V,VOUT只表現為平直的0V電壓。
R3、C2和IC2B構成低通濾波器和緩沖器,雖然不是電路運行的必要部分,但可以將VOUT上的開關噪聲降低到最低。然而,運放IC2B固有的偏移誤差會影響濾波器的輸出電壓。
圖 4 是該電路的一個單電源供電版本,其中 RA 和 RB 在 IC2A 的正相輸入端設定了一個基準電壓 VREF,從而IC2A 在反相輸入端保
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