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课程设计说明书题目基于运算放大器的峰值检测电路设计课程设计（论文）任务书院（系）电气工程学院基层教学单位仪器科学与工程系学号学生姓名井涛专业（班级）08检测1班设计题目基于运算放大器的峰值检测电路设计设计技术参数输入信号是由10100HZ的正弦波和三角波叠加而成。测量电路每隔02秒采集一次输入信号的峰值。设计要求1完成题目的理论设计模型；2完成电路的MULTISIM仿真；工作量1完成一份设计说明书（其中包括理论设计的相关参数及仿真结果）；2提交一份电路原理图；工作计划周一，查阅资料；周二到周四，理论设计及计算机仿真；周五，撰写设计说明书；参考资料1基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计；2模拟电子技术；3数字电子技术；4电路理论指导教师签字基层教学单位主任签字说明此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。日3燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语成绩指导教师年月日答辩小组评语成绩组长年月日课程设计总成绩答辩小组成员签字年月日4基于运算放大器的峰值检测电路设计目录第一章引言2第二章基本原理221原理分析及原理框图222电路功能分析322电路分块设计4第三章电路具体设计731峰值检测电路元件参数选取732采样信号发生器833总体电路图9第四章电路仿真测试1041输出波形MULTISIM仿真1042对于微小输入信号的分析14第五章误差分析1751复位误差1752保持误差21第六章整体电路图22第七章结论23第八章心得体会24参考文献255第一章、引言峰值检测技术是数字存储示波器及数字采集卡中的重要技术之一，在科研、生产的很多领域都需要用到峰值检测设备，用来实现波形的毛刺捕捉或高占空比信号的检测、冲击信号峰值检测，比如检测建筑物中梁的最大承受力、钢材的最大允许拉力、轴承振动噪声的峰值检测等等。相比正常采样给出信号的一个完整的波形显示，峰值检测只记录发生在每个采样间隔期间内的最大最小峰值，这样就可以不增加存储深度，还可以捕获毛刺或者偶发事件。峰值检测的实现方法有模拟式实现和数字式实现两种，模拟峰值检测是一个专门的硬件电路，它以电容上电压的形式存储信号的峰值，速度比较慢，通常只能存储宽度大于几个微秒且具有相当幅值的毛刺。数字式峰值检测器围绕ADC构成，以尽可能高的采样速率连续对信号进行采样，通过峰值检测模块筛选出最大值和最小值，然后将峰值存储在一个专用的存储器中作为采样点值，特点是采样速度快，可以实现高频信号的峰值检测。这次课设的给出需要检测的输入信号的是由10100HZ的正弦波和三角波叠加而成，测量电路每02S采集一次输入信号峰值，属于对低频信号的峰值采集，因此采用模拟硬件电路的方式实现峰值检测。第二章、基本原理21原理分析及原理框图211原理分析峰值检测电路（PKD，PEAKDETECTOR）的作用是对输入信号的峰值进行提取，产生输6出VOVPEAK，为了实现这样的目标，电路输出值会一直保持，直到一个新的更大的峰值出现或电路复位。它的时域波形如图1所示图1峰值检测电路时域波形212原理框图图2电路原理框图22电路功能分析由峰值检测器的电路特性，并根据参考文献一关于峰值检测器的内容，可以确定下面四个功能模块（A）用来保持最近峰值的模拟储存器，即电容器，它存储电荷的功能使它充当一个电压存储器，VQ/C；（B）当一个新的峰值出现时，用来进一步对电容充电的单向电流开关，即二输入信号电压跟随单向充电开关电压存储器脉冲采样开关信号输出信号7极管；（C）当一个新的峰值出现时，使电容电压能够跟踪输入电压的器件，即电压跟随器；（D）能周期的将VO重新置零的开关，这里是用两个NPN型BJT串联起来作为采样开关和采集电压的电容相并联实现的。23电路分块设计将整个电路分为三大部分，分别是正向峰值检测的电路、反向峰值检测电路和复位开关电路。下面对三个部分进行分别设计。231正向峰值检测电路图3正向峰值检测电路正向峰值检测电路原理图如图3所示。与参考文献一中类似，由电容C2实现电压存储器的功能；U1为实现电容电压跟随输入峰值变化的电压跟随器。对于给电容C2充电的单向开关，我们采用了一个场效应管Q3，目的是减小反向电流同时增加第一个运放的输出8驱动力U2的作用是对电容电压进行缓冲，以防止通过R1和任何外部负载所引起的放电。U2选用具有超低偏执电流的BJT输入运算放大器，以减少C2的放电。正向峰值检测的工作过程分为两部分，即跟踪模式和保持模式。在跟踪模式期间，D2、Q3二极管对相当于一个单向开关，当一个新的峰值到达时，OA1的输出V1为正，D1截止D2导通，U1利用反馈通路D2Q3U2R1使输入端之间保持虚短路。由于没有电流流过R1，VO会跟踪VI，U1流出的电流经过D2对CH充电。在经历了峰值以后，进入保持模式，VI开始下降，这也使U1的输出开始下降此时D2截止D1导通，这就给U1提供了另一条反馈通路。在保持模式期间，R2将Q3极拉起，使它与阴极具有相同的电位，这样就消除了Q3的泄露，只用D2来保持反相偏置。232反向峰值检测电路图4反向峰值检测电路将正向峰值检测电路中的D1、D2反向，用一个反向的二极管D5代替Q3，其他部分不变，即得到了可以检测反向峰值的电路，工作原理和正向峰值检测电路类似。233采样开关9图5采样开关电路图6脉冲信号发生模块如图所示开关是由两个BJT来实现的。给它们的基极加上一个正的脉冲会使两个10BJ导通，C2放电。一旦脉冲结束，两个BJT截止；然而，因为R7、R8将Q1的发射极拉至与集电极具有相同的电位,Q1、Q4的漏电就被消除了；仅用Q2、Q5来维持开关电压。控制开关电路脉冲信号由80C51给出，使用单片机定时编程使其P20和P21分别输出占空比为114的脉冲信号，周期为02S,并且两者的相位相差半个周期。第三章、电路具体设计31峰值检测电路元件参数选取311正向峰值检测电路1）对于U2的要求是输入胼胝电流必须足够的低，这样才能使峰值之间的电容放电最小，因此应该选择双JFET运放，这里我们采用3554AM运放。对U1的要求是它应该具有足够低的直流输入误差和输出电流能力，以便再短暂的峰值期间对CH进行充电。通过仿真测试，精密高速的OP249和3554AM都可以满足要求。2）二极管选用通用的1N914，采样开关电路使用两个2N2923晶体管来实现。上拉电阻R2用于限流，故选择1MΩ。3）充电电容C2必须足够的大，才能降低漏电流的影响，然而太大的电容值会导致充电时间过长，影响电路快速性，经过多次仿真模拟，选用10ΜF的电容作为C2，既可以保证回应速度，又能很好的保持峰值。4）312反向峰值检测电路反向峰值检测电路的元件选取同正向电路，仅仅将两个单向导通的开关D2和Q3用同类型器件反向接入电路即可。32采样信号发生器11利用80C51定时计数功能来产生脉冲信号，P20和P21分别输出占空比为119的脉冲信号，周期为02S，两个信号相差半个周期，分别作为正向和反向峰值检测的控制信号。编程程序如下INCLUDECHARNUMBER1；VOIDMAIN{TMOD0X01；ET01；EA1；TR01；TH/256；TL56；NUMBER10；P20X00；WHILE1{SWITCHNUMBER1{CASE9P20X01；BREAK；CASE19P20X02；BREAK；DEFAULTP20X00；12}}}VOIDINTT0VOIDINTERRUPT1{TH/256；TL56；NUMBER1；IFNUMBER120NUMBER10；}通过修改变量NUMBER1和NUMBER2的数值，可以很容易的修改采样周期和脉冲信号占空比。产生的脉冲方波波形图图7脉冲控制信号波形图33总体电路图整体电路图如下，改进后的请见第六章。13图8整体电路图第四章、电路仿真测试41用一个三角波和一个正弦波的叠加作为输入信号，以下是几个仿真结果。1）信号1频率为15HZ，幅值为10V的正弦波；信号2频率为20HZ，占空比为5，幅值为5V的三角波；采样周期为02S，占空比为7；142）信号1频率为100HZ，幅值为10V的正弦波；信号2频率为88HZ，占空比为10，幅值为10V的三角波；采样周期为02S，占空比为7；153）信号1频率为50HZ，幅值为6V的正弦波；信号2平率为88HZ，占空比为20，幅值为6V的三角波；采样周期为02S，占空比为7；16从2和3的波形图中可以得知，当信号变化速度较快的时候，峰值检测会有较大的失真，有些采样期间内的峰值没有捕捉到。可以通过减小采样脉冲占空比的方法减小电容器放电时间，以减少漏掉峰值的现象。4）信号1频率为50HZ，幅值为6V的正弦波；信号2频率为88HZ，占空比为20，幅值为6V的三角波；采样周期为02S，占空比为1；17从4的波形图中可以得知，减小采样脉冲占空比，可以很大程度地避免漏掉某时间段的峰值。42对微小输入信号的分析为了测试电路对微小信号的灵敏度，用一组幅值较小的输入信号测试峰值检测电路。1）信号1频率为50HZ，幅值为01V的正弦波；信号2频率为33HZ，幅值为03V，占空比为50的三角波；采样周期02S，占空比为7；18此时可以看出，由于BJT2N2923的导通压降，正向峰值检测电路放电时，电容的电压会保持在09V左右，此后再进入跟踪和保持模式，由于信号电压低于09V，输出电压不能跟随信号的峰值。而对于反向峰值检测电路，由于电容上保持的电压是负值，在放电时由于BJT的导通电压，电容放电完全后，输出电压还会继续增加，即出现一个正的尖峰脉冲，持续时间很短，幅度大概为01V左右，对峰值检测影响不大，这个误差会在后面改进。因此反向峰值检测电路中不会出现类似正向电路那样的情况，对小信号的峰值也可以有很好的检测效果。19对于正向峰值不能保持的问题，我们采取如下手段进行改进，即将两个三极管控制开关的接地点改为接1V的电平，这样就放电时输出电压最低值可以达到001V左右，可以充分完成对于微小信号的峰值检测，两个波形图如下。2）信号1频率为88HZ，幅度为03V的正弦波；信号2频率为50HZ，占空比为50，幅度为01V的三角波；采样周期为02S，占空比为7；3）信号1频率为30HZ，幅度为03V的正弦波；信号2频率为20HZ，占空比为10，幅度为01V的三角波；采样周期为02S，占空比为7；20第五章、误差分析51复位误差电路工作在复位模式时，输出的电压值应该接近0V,这样对于较小的输入信号就可以很好的检测出其峰值。但是由于BJT的导通压降，复位模式下输出电压值距离0V较大，这就是复位误差。511正向复位误差21由于采样开关使用的BJT的导通压降，正向放电时电压最低为09MV左右，如下图所示但是将开关电路接到1V的偏置电压上后，这个误差被极大的减小了。我们将脉冲信号的占空比调整为99，即使电路始终处于复位模式，来观察输出的电压值，波形图如下22由图，CHANNELC是正向检测电路的输出，这里即是持续放电的电压，大约为86MV，由此可见改变偏置电平减小了放电误差。512反向复位误差类似的，对于反向峰值检测,同样也存在由于BJT的导通误差导致的放电误差，在放电器件，反向输出电压可以达到正的09V左右，在波形图中就成为一个正的尖峰脉冲。为了使反向放电误差有明显的现实，我们将反向控制脉冲信号的占空比调整为99，即使反向峰值检测电路一直处于复位放电状态，波形图如下23为了减小这个误差，类似于正向检测电路，将采样开关的接地端改为1V的偏置电平，这样就解决了由于BJT导通压降带来的放电误差，改进后的仿真波形如下（控制脉冲的占空比为99）24由图可知，CHANNEB为反向峰值检测电路的输出电压，当控制脉冲的占空比保持在99的时候，它的输出保持在86MV左右，说明这种改进措施很大程度上的减小了放电误差。52保持误差当电路工作在保持模式时，输出电压VO应该严格保持在常数。实际上，由于漏电流的存在，电容会根据漏电的极性，缓慢地充电和放电。要减小保持误差，需减小漏电流。选用2N4117作为单向供电开关，并且在印制电路板的时候采用输入防护技术，可以使保持模式的漏电流极大的减小。在保证跟踪速度的前提下，选取较大的电容值，可以降低漏电流的影响，这里我们选择10ΜF的电容器，在电路仿真时几乎观察不到保持误差。25第六章、整体电路图经过改进后的整体电路图如下26第七章、总结61设计总结在经典峰值检测电路的基础上，我们对各个部分进行了细致的分析和仿真，依次对电压跟随部分、单向开关部分、电压存储器部分、采样开关部分进行了理论设计、实际器件选择和电路仿真，设计出了完整的模拟式峰值检测电路。通过仿真验证，电路可以很好的检测出采样期间信号的峰值，跟踪峰值变化，并无失真地保持，复位输出电压非常接近0V（89MV）。利用单片机产生采样脉冲控制信号，实现了可变采样周期。62设计的创新点1用2N4117型BJT代替经典设计中的单向开关二极管，有效减小反向电流同时增加第一个运放的输出驱动力；2）将经典设计中采样开关电路接地端改接1V的偏置电压，可以有效减小复位误差，使电路在复位期间输出电压接近0V（约为89MV）；3）利用单片机的定时和开关功能产生采样脉冲控制信号，由于单片机编程简单，驱动能力也能够满足要求，通过对程序中变量值的修改，可以方便地更改控制脉冲的占空比和周期，更加方便我们的电路仿真和实验。另外，在电路中嵌入单片机，不但使脉冲控制信号参数变得可调，而且方便了我们进一步改进电路，例如加入A/D转换模块，将转换成的数字信号输入单片机，就可以实现数据的记录和分析。63设计的缺点与不足1）电路只能用于检测幅度较大的信号，对于微小信号（平均峰值小于10MV），由于改进后的电路复位输出电压为89MV左右，电路可能无法给出精确的峰值跟踪结果；2）电路只能用于检测频率较低的信号，对于高频信号，由于整个电路的动态特性，可能存在稳定性问题。数字式的峰值检测芯片一定程度上可以解决这些问题，但是在检测常见信号时，使用模拟峰值检测电路还是很合适的。27第八章、心得体会当我敲入这篇心得体会的时候，为期一周的测控电路课程设计已经接近尾声了。通过这次课设，我深刻地认识到，理论与实践的结合是十分有必要的，仅有书本的知识而不去实际设计、仿真、实验，是无法透彻理解所学，就更别提应用所学了。拿到题目后，我们综合了所学知识，参考经典峰值电路的设计，迅速地给出了自己的设计。然而搭好电路仿真时，却又出现了这样那样的问题，例如复位输出电压较大等等。我和我的搭档一个问题一个问题的去分析，去改进，书本上没有提到的问题我们就试着用不同的方法去改进，终于使得整个设计符合要求，理论与实践得到了很好的切合。这次课设还让我体会到团队工作的好处。当前这个社会，是一个讲究分工、各取所长的社会，合理的结组，扬长避短，才能发挥各自最大的能力。这是我们第一次进行测控电路的课程设计，由于我们自身能力有限，很多方面不能做的尽善尽美，在以后的学习和工作实践中，我会更加注意实践，努力学牢知识，力争做一名合格的电气工程学院毕业生。28参考文献1SERGIOFRANCODESIGNWITHOPERATIONALAMPLIFIERSANDANALOGINTEGRATEDCIRCUITS20092阎石数字电子技术基础高等教育出版社20083康华光电子技术基础模拟部分高等教育出版社2008
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你可能喜欢用multisim仿真软件 设计的滤波器的截止频率为200Hz 什么还能通过400Hz的正弦交流信号源_百度知道
用multisim仿真软件 设计的滤波器的截止频率为200Hz 什么还能通过400Hz的正弦交流信号源
设计的是二阶巴特沃斯低通滤波器，滤波后只是增益变化，我理解的“截止频率”是不是有问题
我有更好的答案
说的很对，滤波玩的就是增益（衰减）变化，不同的频率，不同的增益（衰减）。称幅频曲线。1、巴特奥斯滤波器的截止频率指-3dB通频带频率，也就是在这个频率以内保证畅通（通带）。2、另一个指标叫做阻带，频率大于此值能够保证衰减大于某值（肯定不是0）。3、通带、阻带之间频率称过渡带。
那400Hz的信号为什么会通过200Hz的截止频率呢，这岂不是没有滤？
上面已述，阻带是提供衰减，不会使输出等于零。当频率为截止频率两倍，按照每阶6dB&#47;倍频程，2阶大约衰减量-12dB左右（4倍），这就是滤波效果。如果你不满意，就要增加阶数。如果2阶就能滤干净，干吗还要做高阶滤波器呢，有时要做个10阶8阶的，就是为了此。
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浅谈桥式整流滤波电路的仿真实验
　　【摘 要】桥式整流滤波电路实验所需元器件的种类多、数量较大，实验前利用NI Multisim 10计算机仿真实验，可找到实验最简便电路，节省实验元器件，且实验成本低，效率高，速度快；仿真数据准确。设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。 中国论文网 /8/view-5084365.htm　　【关键词】桥式滤波电路；NI Multisim 10； EDA；仿真 　　一、NI Multisim 10简介 　　NI Multisim 10软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件。使用NI Multisim 10可以交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真，该软件提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样使用者可以很快进行捕获，仿真和分析新的设计，使其更适合电子教育教学，通过Multisim 和虚拟器技术，使用者可以完成从理论到原理图捕获与仿真，再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 Multisim 软件使模拟电路、数字电路的设计及仿真更为方便，并且广泛的应用于教学实验中，方便老师教学讲解，也便于学生理解学习。 　　NI Multisim 10操作界面，如图1所示。 　　图1 　　二、实验原理 　　在本实验中，应该掌握二极管桥式整流电路的工作原理，并比较桥式整流电路的输入和输出电压波形。测试桥式整流电路输出电压值UL和输入交流电压值U，并与计算值比较。观察滤波电容接与不接对输出电压波形的影响，了解滤波电容的作用。观察滤波电容及负载电阻大小变化对输出脉动电压的影响。 　　全波桥式整流电路电阻负载时直流电压平均值UL与输入交流电压有效值U的关系为 　　UL=0.9U 　　桥式整流输出电压的脉动频率f0为交流电源频率f（=50HZ）的两倍，也等于交流电源周期T倒数的两倍，即 　　f0=2f=2/T 　　桥式整流电路中每个二极管两端所加的反向峰值电压Um为等于交流电压的有效值U的倍，为保证安全选取整流二极管时最大反向峰值电压URM应取2U。整流滤波电路的平均直流输出电压UCL可用输出电压的峰值UP减去脉动电压峰峰值UP-P的一半来计算，即 　　UCL=（UP-UP-P）/2 　　在小电流输出的情况下，全波整流电容滤波电路（包括桥式整流电容滤波电路）的直流输出电压可估算为交流电压有效值得1.2倍，即 　　UCL1.2U 　　三、实验电路（如图2所示） 　　四、在NI Multisim 10搭建实验电路 　　建立如图2所示的桥式整流滤波电路，按下Space（空格）键，使开关S1处于打开位置，分别双击示波器和数字万用表的图标打开其面板，并进行设置。单击仿真电源开关，观察XSC1、XSC2示波器屏幕上的波形并进行记录，记录数字万用表的数字显示。按下仿真暂停键，用读数指针测试两条曲线的最大值。记录读数指针读取的数值和数字万用表显示的数字，如表1所示。 　　参考文献： 　　[1]付植桐.电子技术（第3版）. 高等教育出版社，2008年11月. 　　[2]李新平，郭勇.电子设计自动化技术.高等教育出版社，2009年6月. 　　[3]张新喜.Multisim 10电路仿真及应用.机械工业出版社，2010年2月. 　　[4]聂典，丁伟.Multisim 10计算机仿真在电子电路设计中的应用.电子工业出版社，2009年6月.
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