峰值檢波電路的作用和原理_最簡單的峰值檢波電路

在改善曾經做過的一個項目時，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范圍內（一般是0～5v或3.3v），當你采集的信號很微弱的時候，你必須要將信號放大到合適的位置才能讓ADC測量的效果更好。如果你采集的信號已經處于合適的范圍，這時你就不需要對信號放大了。對于50mv的輸入信號，你可能需要放大50倍；對于100mv的輸入信號，你可能需要放大25倍。對于不同范圍內的輸入信號，你需要不同的放大倍數。你想到用什么方法來解決這個問題？我想到了程控放大器與多路選擇器，目的就是為了實現不同的放大倍數。等等！還有一個關鍵問題吧。不同等級的放大倍數確實是實現了，但是，最關鍵的問題卻沒有解決。你怎么知道你輸入的信號是50mv還是100mv呢？難道你的微控制器直接就知道或者說寫程序的工程師可以看出來？對！我們都不知道輸入的信號的范圍。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出交流信號峰值的電路。峰值檢波電路的輸入是被檢測的信號，輸出在理想情況下是一個穩定的電壓（交流信號的峰值），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的電壓峰值了。這樣就可以利用程控放大電路來根據輸入信號的大小選擇不同的放大倍數。

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。現在所見的很多峰值檢波電路，都是從最基礎的電路一步一步改進而來的。

最簡單的峰值檢波電路

峰值檢波電路的原理就是利用電容的充放電。交流信號在正半周期的一段時間內，二極管D相當于短路，信號的正半周期直接加在電容上對它進行充電，電容上的電壓很快就會達到交流信號的峰值。達到峰值后，由于交流信號電壓開始減小，電阻上的電壓維持不住，電容開始向電阻R開始放電，這個過程放電是很慢的。在交流信號的負半周期，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，電容也向電阻R放電。

輸出波形

充放電過程

如上圖，為了讓輸出接近一條直線（紋波電壓小），就必須讓放電速度變得很慢。由于放電時間常數T=RC，所以就必須選用很大的電阻才能保證放電速度很慢。這個過程就是先充電到峰值，然后放一點點電，然后有快速的充電到了峰值，又放一點點電。

峰值檢波電路的改進

為了避免峰值檢波電路后級電路輸入電阻對峰值檢波電路的影響或者是峰值檢波電路對后級電路的影響，我們可以在檢波電路后加一個電壓跟隨器作為前后兩級電路的隔離。由于集成運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

改進電路（一）

當輸入電壓很小的時候，有兩種情況。

一、由于二極管在實際中并不是理想的，所以當輸入電壓小于二極管D的導通電壓時，二極管一直處于截止狀態，該電路就會失效。

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

基于以上問題，一種新的峰值檢波電路就出現了。

改進電路（二）

前端是一個電壓比較器，只要Vin》Vout，就輸出接近正電源軌的電壓；當Vin《Vout，就輸出負電源軌的電壓。這樣二極管D的正極的電壓就會比較大，從而加快了電容的充電速度。這個電路的檢測過程：Vin開始慢慢變大，比較器輸出正電源，電容開始充電。因為電容充電電壓就是Vout，所以當充電電壓大于Vin時，比較器就輸出負電源電壓，二極管D截止，電容放電。電容放電到小于Vin，然后二極管D又導通。重復這個過程，直到電容充到峰值左右。為什么電容會充到峰值左右？因為電容的充電速度遠遠大于放電速度，所以總體上，電容兩端的電壓會上升。