CN111007302B - 一种非线性正负峰值检波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种非线性正负峰值检波器，包括：正峰值检波电路以及负峰值检波电路，响应于接收到的输入信号来生成输出电压；加法电路，用于将所述正峰值检波器与负峰值检波器所分别生成的输出电压进行相加；运算放大器，用于将相加后的输出电压进行放大并进行输出。本发明能够实现更高精度的控制。

Description

一种非线性正负峰值检波器

技术领域

本发明涉及检波器技术领域。更具体地，涉及一种非线性正负峰值检波器。

背景技术

峰值检波器就是在波动信号中检出最大幅度的装置，它能记忆信号的峰值，其输出电压的大小一直追随输入信号的峰值，而且保持在输入信号的最大峰值。

在工业自动化控制系统中经常用到峰值检波器，传统的正负峰值检波器输入输出一般是线性关系，当需要提高控制精度时就要提高输入输出斜率，在检波器输入峰值范围不变的情况下，输出电压范围就会扩大、很可能超出后面设备的输入承受范围，无法实现更高精度的控制；当然也可以采用数字化算法的办法解决这一问题，但这样系统成本高，控制复杂，不容易实现大规模应用。

发明内容

为解决背景技术中所提出的技术问题，本发明第一方面提出一种非线性正负峰值检波器，包括：

正峰值检波电路以及负峰值检波电路，响应于接收到的输入信号来生成输出电压；

加法电路，用于将所述正峰值检波电路与负峰值检波电路所分别生成的输出电压进行相加；

运算放大器，用于将相加后的输出电压进行放大并进行输出。

可选地，当输入信号为第一正信号时，所述正峰值检波电路输出第一正峰值电压，所述负峰值检波电路输出零电压；

当输入信号为第二正信号时，所述正峰值检波电路输出第二正峰值电压，所述负峰值检波电路输出第三正峰值电压；

其中，所述第一正信号的大小大于所述第二正信号的大小，所述第二正峰值电压的大小等于第三正峰值电压的大小。

可选地，当输入信号为第一负信号时，所述正峰值检波电路输出零电压，所述负峰值检波电路输出第一负峰值电压；

当输入信号为第二负信号时，所述正峰值检波电路输出第二负峰值电压，所述负峰值检波电路输出第三负峰值电压；

其中，所述第一负信号的大小大于所述第二负信号的大小，所述第二负峰值电压的大小等于第三负峰值电压的大小。

可选地，所述正峰值检波电路包括：

第一二极管，其阴极端接收信号输入端所输出的输入信号；

第一三极管，其基极连接第一二极管的阳极端；

第一电阻器，其第一端连接第一二极管的阳极端，其第二端连接所述第一三极管的集电极；

第二电阻器，其第一端连接所述第一电阻器的第二端；

第三电阻器，其第一端连接所述第一三极管的发射极；

第四电阻器，其第一端连接所述第三电阻器的第二端，其第二端接收地电压；

第一电容器，其第一端连接所述第四电阻器的第一端，所述第一电容器的第二端接收地电压。

可选地，所述负峰值检波电路包括：

第二二极管，其阳极端接收信号输入端所输出的输入信号；

第二三极管，其基极连接第二二极管的阴极端；

第五电阻器，其第一端连接第二二极管的阴极端，其第二端连接所述第二三极管的集电极；

第六电阻器，其第一端连接所述第五电阻器的第二端；

第七电阻器，其第一端连接所述第二三极管的发射极；

第八电阻器，其第一端连接所述第七电阻器的第二端，其第二端接收地电压；

第二电容器，其第一端连接所述第八电阻器的第一端，所述第二电容器的第二端接收地电压。

可选地，所述加法电路包括：

第九电阻器，其第一端连接所述第一电容器的第一端；

第十电阻器，其第一端连接所述第二电容器的第一端；

第十一电阻器，其第一端分别连接所述第九电阻器以及所述第十电阻器的第二端；

运算放大器，包括第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚、第七引脚以及第八引脚，其中，所述第二引脚分别连接所述第九电阻器以及所述第十电阻器的第二端，所述第七引脚连接所述第二电阻器的第二端，所述第四引脚连接所述第六电阻器的第二端，所述第六引脚的第二端连接第十一电阻器的第二端以及用于将相加后的输出电压进行输出的电压输出端；

第十二电阻器，其第一端连接所述第三引脚，其第二端接收地电压。

可选地，所述加法电路为反相加法运算电路或同相加法运算电路。

本发明的有益效果如下：

本发明所述技术方案具有原理明确、设计简单的优点，首先，通过正峰值检波电路以及负峰值检波电路响应于接收到的输入信号来生成输出电压，接着，加法电路将所述正峰值检波器与负峰值检波器所分别生成的输出电压进行相加，这样就能使得输入输出斜率提高，最后并进一步的通过运算放大器来将输出电压进行放大，调整至需要的输出范围，从而能够实现更高精度的控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明实施例提出的一种非线性正负峰值检波器的结构框图；

图2示出本发明实施例提出的一种非线性正负峰值检波器的电路图；

图3示出本发明实施例提出的一种非线性正负峰值检波器输入输出示意图；

图中：1、正峰值检波电路；2、负峰值检波电路；3、加法电路；4、运算放大器。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明实施例提出一种非线性正负峰值检波器，如图1所示，所述非线性正负峰值检波器包括：正峰值检波电路、负峰值检波电路、加法电路以及运算放大器。

在本发明实施例中，所述正峰值检波电路以及负峰值检波电路响应于接收到的输入信号来生成输出电压，加法电路用于将所述正峰值检波器与负峰值检波器所分别生成的输出电压进行相加，而运算放大器则用于将相加后的输出电压进行放大并进行输出。

由于，通常影响控制精度的是正负峰值检波器过零点部分，也就是说在输入正信号或负信号峰值非常接近零时检波器的输出电压会决定系统的控制精度，因此，只需要把过零点这部分输入输出斜率提高，就可以提高控制精度。

需要说明的是，在本实施例中，负峰值检波电路以及正峰值检波电路同时接收信号输入端所输出的输入信号。

具体的，当输入信号为第一正信号时，所述正峰值检波电路输出第一正峰值电压，所述负峰值检波电路输出零电压；当输入信号为第二正信号时，所述正峰值检波电路输出第二正峰值电压，所述负峰值检波电路输出第三正峰值电压；其中，所述第一正信号的大小大于所述第二正信号的大小，所述第二正峰值电压的大小等于第三正峰值电压的大小。

也就是说，当输入较大的第一正信号时，正峰值检波器输出第一正峰值电压，而负峰值检波器输出的电压为零，进一步通过加法电路将两个信号相加后，得到与输入的第一正信号峰值一样的正电压，而当输入较小的第二正信号时，正峰值检波器输出第二正峰值电压，相应的负峰值也输出第三正峰值电压，且第二正峰值电压等于第三正峰值电压的大小，进一步通过加法电路进行相加后，得到比输入的第二正信号大两倍的正信号，这样就能使得输入输出斜率提高，并进一步的通过运算放大器来将输出电压进行放大，调整至需要的输出范围，从而能够实现更高精度的控制。

同理的，当输入信号为第一负信号时，所述正峰值检波电路输出零电压，所述负峰值检波电路输出第一负峰值电压；当输入信号为第二负信号时，所述正峰值检波电路输出第二负峰值电压，所述负峰值检波电路输出第三负峰值电压；其中，所述第一负信号的大小大于所述第二负信号的大小，所述第二负峰值电压的大小等于第三负峰值电压的大小。

也就是说，当输入较大的第一负信号时，正峰值检波器输出零电压，而负峰值检波器输出第一负峰值电压，进一步通过加法电路将两个信号相加后，得到与输入的第一负信号峰值一样的负电压，而当输入较小的第二负信号时，正峰值检波器输出第二负峰值电压，相应的负峰值也输出第三负峰值电压，且第二负峰值电压等于第三负峰值电压的大小进一步通过加法电路进行相加后，得到比输入的第二负信号大两倍的负信号，这样就能使得输入输出斜率提高，并进一步的通过运算放大器来将输出电压进行放大，调整至需要的输出范围，从而能够实现更高精度的控制。

在本实施例的一些可选的实现方式中，如图2所示，所述正峰值检波电路包括：

第一二极管D1，其阴极端接收信号输入端所输出的输入信号；

第一三极管Q1，其基极连接第一二极管D1的阳极端；

第一电阻器R1，其第一端连接第一二极管D1的阳极端，其第二端连接所述第一三极管Q1的集电极；

第二电阻器R2，其第一端连接所述第一电阻器R1的第二端；

第三电阻器R3，其第一端连接所述第一三极管Q1的发射极；

第四电阻器R4，其第一端连接所述第三电阻器R3的第二端，其第二端接收地电压；

第一电容器C1，其第一端连接所述第四电阻器R4的第一端，所述第一电容器C1的第二端接收地电压。

进一步的，所述负峰值检波电路包括：

第二二极管D2，其阳极端接收信号输入端所输出的输入信号；

第二三极管Q2，其基极连接第二二极管D2的阴极端；

第五电阻器R5，其第一端连接第二二极管D2的阴极端，其第二端连接所述第二三极管Q2的集电极；

第六电阻器R6，其第一端连接所述第五电阻器R5的第二端；

第七电阻器R7，其第一端连接所述第二三极管Q2的发射极；

第八电阻器R8，其第一端连接所述第七电阻器R7的第二端，其第二端接收地电压；

第二电容器C2，其第一端连接所述第八电阻器R8的第一端，所述第二电容器C2的第二端接收地电压。

更进一步的，所述加法器电路包括：

第九电阻器R9，其第一端连接所述第二电容器C1的第一端；

第十电阻器R10，其第一端连接所述第二电容器C2的第一端；

第十一电阻器R11，其第一端分别连接所述第九电阻器R9以及所述第十电阻器R10的第二端；

运算放大器N1，包括第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚、第七引脚以及第八引脚，其中，所述第二引脚分别连接所述第九电阻器R9以及所述第十电阻器R10的第二端，所述第七引脚连接所述第二电阻器R2的第二端，所述第四引脚连接所述第六电阻器R6的第二端，所述第六引脚的第二端连接第十一电阻器R11的第二端以及用于将相加后的输出电压进行输出的电压输出端；

第十二电阻器R12，其第一端连接所述第三引脚，其第二端接收地电压。

需要说明的，在上述说明中，所述加法电路为反相加法运算电路，本领域技术人员应知的是，本实施例中的所述加法电路不仅限于反相加法运算电路，也可将所述加法电路设置成同相加法运算电路。

下面，结合实际应用场景对本发明提出的非线性正负峰值检波器做进一步介绍：在图2的示例中，在正峰值检波电路中，第一三极管Q1是一个NPN三极管，设计成射极跟随器，采用这种电路是为了减少检波器对前后电路的影响，对于硅管U_be的电压大约为0.7V，对于锗管U_be的电压大约为0.2V左右，通常输入信号要大于这个电压，第一三极管Q1才能导通工作，小信号则无法进行检波，第一二极管D1用以消除这个门限，因此第一二极管D1要求与第一三极管Q1使用同一材质，第一电容器C1则用于充当电压存储器，存储峰值电压，第三电阻值R3可以保证充电过程中平稳，防止出现波动，而第四电阻器R4则为放电电阻，在负峰值检波器中第二三极管Q2是PNP三极管，其他元器件与正峰值检波电路中的元器件的工作原理相同，在加法器电路中，运算放大器设计成反相加法器，同时拥有加法和比例运算的功能，以硅管为例，当输入信号为较大的正信号时，第一三极管Q1的基极电压为输入信号+0.7V，由于第一三极管Q1的基极的电压减去发射极的电压远大于0.7，因此，第一三极管Q1导通，第一电容器C1充电，形成正峰值电压，第二三极管Q2基极的电压为输入信号减去0.7V，由于第二三极管Q2的基极的电压减去发射极的电压远小于0.7V，因此，第二三极管Q2截止，第二电容器C2放电直至0V；当输入信号为较大的负信号时，与上述原理相同，第一三极管Q1截止，第一电容器C1放电，而第二三极管Q2导通，第二电容器C2充电；当输入信号为-0.1V～+0.1V时，这时，并不是通常认为的三极管一个导通另一个截止，而是两个同时导通，正、负峰值检波器同时工作，两个信号相加得到的电压是输入信号峰值的两倍，这样就使得输入输出斜率得到了相应的提高。

加法器电路则将正、负峰值检波器的输出相加，再根据后端设备的要求，将输出电压调整到有效范围。

图3为本发明实施例提出的非线性正负峰值检波器输入输出示意图，由图3可知，采用本发明实施例提出的非线性正负峰值检波器能够相应的把过零点这部分输入输出斜率提高，从而提高控制精度。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种非线性正负峰值检波器，其特征在于，包括：

正峰值检波电路以及负峰值检波电路，响应于接收到的输入信号来生成输出电压；

加法电路，用于将所述正峰值检波电路与负峰值检波电路所分别生成的输出电压进行相加；

运算放大器，用于将相加后的输出电压进行放大并进行输出；

所述正峰值检波电路包括：

第一二极管，其阴极端接收信号输入端所输出的输入信号；

第一三极管，其基极连接第一二极管的阳极端；

第一电阻器，其第一端连接第一二极管的阳极端，其第二端连接所述第一三极管的集电极；

第二电阻器，其第一端连接所述第一电阻器的第二端；

第三电阻器，其第一端连接所述第一三极管的发射极；

第四电阻器，其第一端连接所述第三电阻器的第二端，其第二端接收地电压；

第一电容器，其第一端连接所述第四电阻器的第一端，所述第一电容器的第二端接收地电压；

所述负峰值检波电路包括：

第二二极管，其阳极端接收信号输入端所输出的输入信号；

第二三极管，其基极连接第二二极管的阴极端；

第五电阻器，其第一端连接第二二极管的阴极端，其第二端连接所述第二三极管的集电极；

第六电阻器，其第一端连接所述第五电阻器的第二端；

第七电阻器，其第一端连接所述第二三极管的发射极；

第八电阻器，其第一端连接所述第七电阻器的第二端，其第二端接收地电压；

第二电容器，其第一端连接所述第八电阻器的第一端，所述第二电容器的第二端接收地电压。

2.根据权利要求1所述的非线性正负峰值检波器，其特征在于，

当输入信号为第一正信号时，所述正峰值检波电路输出第一正峰值电压，所述负峰值检波电路输出零电压；

当输入信号为第二正信号时，所述正峰值检波电路输出第二正峰值电压，所述负峰值检波电路输出第三正峰值电压；

其中，所述第一正信号的大小大于所述第二正信号的大小，所述第二正峰值电压的大小等于第三正峰值电压的大小。

3.根据权利要求1所述的非线性正负峰值检波器，其特征在于，

当输入信号为第一负信号时，所述正峰值检波电路输出零电压，所述负峰值检波电路输出第一负峰值电压；

当输入信号为第二负信号时，所述正峰值检波电路输出第二负峰值电压，所述负峰值检波电路输出第三负峰值电压；

其中，所述第一负信号的大小大于所述第二负信号的大小，所述第二负峰值电压的大小等于第三负峰值电压的大小。

4.根据权利要求1所述的非线性正负峰值检波器，其特征在于，所述加法电路包括：

第九电阻器，其第一端连接所述第一电容器的第一端；

第十电阻器，其第一端连接所述第二电容器的第一端；

第十一电阻器，其第一端分别连接所述第九电阻器以及所述第十电阻器的第二端；

运算放大器N1，包括第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚、第七引脚以及第八引脚，其中，所述第二引脚分别连接所述第九电阻器以及所述第十电阻器的第二端，所述第七引脚连接所述第二电阻器的第二端，所述第四引脚连接所述第六电阻器的第二端，所述第六引脚的第二端连接第十一电阻器的第二端以及用于将相加后的输出电压进行输出的电压输出端；

第十二电阻器，其第一端连接所述第三引脚，其第二端接收地电压。

5.根据权利要求1所述的非线性正负峰值检波器，其特征在于，所述加法电路为反相加法运算电路或同相加法运算电路。

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