峰值检测电路

电子技术设计 2025-07-25 17:49
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峰值检测电路是一种电子电路,用于检测并保持输入信号的最大值或最小值。它是一种多功能电路,在电子、通信和信号处理等各个领域有着许多应用。

简单峰值检测电路

下图是一个由二极管和电容组成的简单峰值检测电路:

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其工作原理是当输入信号从零开始增加时,因为二极管只允许电流单向流动,这会使电容充电,又因为电容无法通过二极管放电,它会保持输入信号的最大电压值。

上图是理想的峰值检测电路,实际上因为二极管有压降,实际检测到的峰值电压会有一个0.5V 左右的压降:

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我们使用 1N4148 和 10uF 独石电容在面包上搭建的电路如下:

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输入 1kHz 三角波信号时的波形:

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从上图中可以看到二极管检测到的峰值(紫色) 1.44V 比实际峰值 2.03V 小了 0.6V 左右。

输入信号降至 10Hz 时有一点变形, 在 1 秒秒内放电约 0.4V:

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可以通过增大电容来解决上述问题。

下面是二极管峰值检测电路优缺点。

优点:

缺点:

运放峰值检测电路

简单的峰值检测电路由二极管和电容组成, 但存在二极管压降的问题, 也不适用于小信号。

使用运算放大器可以解决上述缺点, 从而实现更理想的峰值检测:

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先来说一下运放分析的两个技巧:

上图电路,当运放正相输入引脚上的电压从零开始上升时,由于虚短,反相输入引脚上的电压将会和正相输入引脚的电压一致,反相引脚上的电压也开始从零上升。因为电容是和反相输入引脚连接到一起的,电容上的电压也开始从零上升。如果电容开始升压,因为虚断,那么充电电流一定是从运放输出引脚而不是反相输入引脚流出的。这意味着二极管被打开了,尽管它有压降,但因为运放输出引脚比电容上的电压高一个二极管压降,所以电容上或者反相引脚上的电压和输入电压相等。

当输入电压开始下降时,情况会怎样呢?当输入电压开始下降时,运放会试图使输出跟随同相引脚电压,这会导致二极管关闭,此时输出会继续下降,并通常会下降到最低电压(由负供电电压决定)。因此,反相引脚上的电压现在只是电容上保存的电压,也就是输入信号的峰值电压。

下面是面包板上搭建好的电路:

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输入同样的 1kHz 三角波时的波形图:

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可以看到使用运放搭建的峰值检测电路检测到的峰值(黄色)很完美。作为对比,紫色波形是二极管检测到的峰值,和峰值电压有一个二极管管压降。

当信号频率降至 1Hz 时的波形:

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二极管检测的峰值变形严重,运放检测到的峰值只有轻微变形。

还是1kHz 频率,当输入信号峰值只有 1V 时,下图显示简单二极管峰值检测电路已经不起作用了,但是运放峰值检测电路依然坚挺:

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总结

简单的峰值检测电路由二极管和电容组成, 但存在二极管压降的缺点, 不适用于小信号。

使用运放可以克服这一缺点, 通过负反馈来消除二极管压降, 从而实现更理想的峰值检测。运放峰值检测电路可以检测较小的信号,并跟踪输入信号的峰值,在信号下降时保持峰值电平,直到下一个峰值出现。


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