峰值检波器.docx
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峰值检波器
课程设计报告
课程电子测量与虚拟仪器课程设计
题目峰值检波器的设计
系别
年级08专业电子科学与技术
班级学号
学生姓名
指导教师职称讲师
设计时间2011-04-04~2011-04-09
前言
电子测量与虚拟仪器课程设计是电子科学与技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。
峰值检波器功能实现要求在已学习的基础上，通过硬件的连接设计和软件的模拟、仿真设计实现峰值检波的功能，这项设计对检验我们的学习成绩、提高我们的动手能力、锻炼独立思考等方面有重要的意义。
自20世纪90年代以来，作为测试技术与计算机技术完美结合的产物——虚拟仪器得到了迅猛发展，使得测量仪器和测量技术产生了深刻的变化。
虚拟仪器技术综合运用了计算机技术、数字信号处理技术、标准总线技术和软件工程的方法，代表了测量仪器与自动测试系统未来的发展方向。
虚拟仪器可广泛应用于电子测量、振动分析、声学分析、故障诊断、航天航空、军事工程、电力工程、机械工程、铁路交通、地质勘探、生物医疗、教学及科研等诸多方面。
无论是初学乍用的新手还是经验丰富的程序开发人员，虚拟仪器在各种不同的工程应用和行业的测量及控制的用户中广受欢迎，这都归功于其直观化的图形编程语言。
虚拟仪器的图形化数据流语言和程序框图能自然地显示您的数据流，同时地图化的用户界面直观地显示数据，使我们能够轻松地查看、修改数据或控制输入。
《电子测量技术基础》正是掌握测量技术与虚拟仪器的入门课程，它偏重于实际应用的课程，要求我们在学好理论知识的基础上，培养一定的实践动手操作能力，将所学的理论知识和实践有机结合。
电子测量与虚拟仪器课程设计是对《电子测量技术基础》课程理论知识教学和实验教学的综合和总结。
通过该课程设计，使我们对微型计算机系统的基本结构和硬/软件的工作原理有一个整体的认识，将所学的理论知识和实践有机结合，初步掌握计算机应用系统设计的步骤和接口设计的方法，提高分析和解决实践问题的能力，锻炼和提高同学们的实践动手能力。
与C和BASIC一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。
LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。
LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。
LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。
传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI及函数的执行顺序。
VI指虚拟仪器，是LabVIEW的程序模块。
LabVIEW提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。
用户界面在LabVIEW中被称为前面板。
使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。
这就是图形化源代码，又称G代码。
LabVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。
虚拟仪器（virtualinstrument）是基于计算机的仪器。
计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。
粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。
随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。
另一种方式是将仪器装入计算机。
以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。
虚拟仪器主要是指这种方式。
上面的框图反映了常见的虚拟仪器方案。
虚拟仪器的起源可以追溯到20世纪70年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。
PC机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在Microsoft公司的Windows诞生之前，NI公司已经在Macintosh计算机上推出了LabVIEW2.0以前的版本。
对虚拟仪器和LabVIEW长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。
目前LabVIEW的最新版本为LabVIEW2009，LabVIEW2009为多线程功能添加了更多特性，这种特性在1998年的版本5中被初次引入。
使用LabVIEW软件，用户可以借助于它提供的软件环境，该环境由于其数据流编程特性、LabVIEWReal-Time工具对嵌入式平台开发的多核支持，以及自上而下的为多核而设计的软件层次，是进行并行编程的首选。
普通的PC有一些不可避免的弱点。
用它构建的虚拟仪器或计算机测试系统性能不可能太高。
目前作为计算机化仪器的一个重要发展方向是制定了VXI标准，这是一种插卡式的仪器。
每一种仪器是一个插卡，为了保证仪器的性能，又采用了较多的硬件，但这些卡式仪器本身都没有面板，其面板仍然用虚拟的方式在计算机屏幕上出现。
这些卡插入标准的VXI机箱，再与计算机相连，就组成了一个测试系统。
VXI仪器价格昂贵，目前又推出了一种较为便宜的PXI标准仪器。
目录
前言1
第一章课程设计题目及要求5
1.1课程设计题目5
1.2课程设计的目的的意义5
1.3课题要求5
第二章设计原理6
2.1电路设计原理6
第三章电路测量7
3.1测定同电压不同频率下的峰值输出（电压5V）7
3.2测定不同电压下的峰值输出8
3.3电路误差分析9
3.3.1理论误差9
3.3.2频率误差9
第四章电路检测10
4.1实际电路连接10
4.2检测电路10
第五章总结与体会13
第六章参考文献14
附录15
第一章课程设计题目及要求
1.1课程设计题目
设计峰值检波电路
1.2课程设计的目的的意义
通过课程设计培养同学们的系统设计能力，使同学们达到以下能力训练：
（1）调查研究、分析问题的能力
（2）查阅中外文献的能力
（3）制定设计方案的能力
（4）计算机应用能力、软件模拟、仿真和计算机绘图能力
（5）进一步掌握Labview等相关软件的使用、了解一些常用测量工具的使用方法、学会设计电路中的一些设计理念
（6）语言表达能力
1.3课题要求
设计一个峰值检波电路，可以检测脉冲电压或者其他波形的峰值。
（1）要求检波的频率尽量高，基本要求200K，扩展要求1M
（2）使用有源电路
（3）峰值采样和显示使用AD和MCU或者Labview
第二章设计原理
2.1电路设计原理
根据题目要求，设计一个峰值检波器。
首先确定基本的峰值检波电路。
根据题目要求此次实验选用串联式峰值检波电路。
利用电阻、电容等元器件构成的RC充放电系统来实现峰值电压的检测。
选定好基本回路之后，再来是确定元件参数。
根据充电时间时间尽量短、放电时间尽量长的要求，选定合适的电阻、电容。
其次，在电路前端加了电压跟随器的电路，以此提高电路的带负载能力。
由于加如电压跟随器电路，同时引入负反馈，使得电路在一定程度上更稳定。
电路设计图：
图1：
电路设计原理图
电路原件清单如表1：
表1：
原件清单
名称
型号
数值
数量
运放
LM324
1个
二极管
4148
1个
电容
瓷片
103
1个
电阻
100
，10K
，1M
2个，1个，2个
第三章电路测量
3.1测定同电压不同频率下的峰值输出（电压5V）
为了解电路在不同频率下工作输出是否稳定，特对不同频率下电压输入信号对输出峰值电压影响作了大致测量。
设输入信号为正弦波时数据如表2（设输入信号幅值均为5V）：
表2：
相同电压不同频率下的峰值输出与相对误差
输入信号频率（KHz）
200
350
500
650
800
900
1000
输出电压幅值（V）
4.58
4.92
4.41
4.86
4.52
4.73
4.48
相对误差
-8.4%
-1.6%
-11.8%
-2.8%
-9.6%
-5.4%
-10.4%
图2：
相同电压不同频率下的峰值输出折线图
结论：
由表2和图2可见不同频率下的输出峰值不同且相对误差也有所不同，经过多次测量发现在频率为350KHZ时相对误差最小，而频率为500KHZ时相对误差较大。
3.2测定不同电压下的峰值输出
为了解电路在不同电压下工作输出峰值是否稳定，特对不同电压下输入信号对输出峰值电压影响作了大致测量。
设输入信号为正弦波时所测得数据如下（设输入信号频率均为500KHZ）：
表3：
不同电压下的峰值输出与相对误差
输入电压峰值/V
3
5
7
9
11
13
15
输出电压峰值/V
2.53
4.595
6.576
8.594
10.567
12.543
14.388
相对误差
15.7%
8.1%
6.1%
4.5%
3.9%
3.5%
4.1%
图3：
不同输入电压下的峰值输出折线图
结论：
由表3和图3可知随着输入电压的升高相对误差逐渐减小即输出电压接近原输入电压，当输入电压增大到一定程度时，误差较小.如当输入电压为13V时，输出为12.543，考虑一些误差、影响，可近似认为此时电路性能较好。
3.3电路误差分析
3.3.1理论误差
峰值检波起的理论误差来自于RC充放电时间达不到电路要求所导致的。
在脉冲充电期间、时间常数不够小而使得电容上的电压充不到脉冲峰值，而在脉冲休止期间放电时间常数不够大，使得原充电电压降落过多，从而使得电容上电压的平均值UC小于脉冲峰值
3.3.2频率误差
在低频情况下，由于被测信号周期增大，因此放电时间变长，电容上电压的平均值UC下降很多，因而造成低频误差，理论分析得知低频误差为：
所以，峰值检波适用于高频测量。
在实际电路测量中，应注意一下几点：
1、由于二极管导通电压的存在，最后的峰值要加上导通电压才准确；
2、运算放大器的带宽决定了输入信号的最大频率，所以，应选取合适的运算放大器。
3、由于电容在此处起电能储存的作用，因此要求电容贮能好，简易使用CBB电容，而不应采用像电解电容之类漏电较大的，或者至少采用此片电容等。
第四章电路检测
4.1实际电路连接
图4：
硬件连接图
图5：
示波器电压输出
4.2检测电路
连接好仿真电路后，采用Labview软件对所设计电路进行检测。
图6：
Labview软件前面板
图7：
Labview软件流程图：
分析：
由Labview软件模拟输出与实际电路输出存在一定误差，但考虑到实际电路与模拟仿真电路具有一定差异，可大致得出两者之误差在误差允许范围内，即实际电路与仿真电路性能几乎一致。
第五章总结与体会
经过五天的努力，我们终于完成了本次的课程设计，峰值检波电路的设计。
通过这次的课程设计，我们懂得了许多的道理，现就以下几点谈一下我们的感受。
首先，一定要有耐心。
在课程设计的过程中，经常会遇到这样或那样的问题，例如电路应该怎样设计，不能实现功能时应该怎样去调试等等。
这个过程是最难的，也是最耗费时间的，所以当设计不出来或者调试不出来时，一定要有耐心，可以去查阅相关的书籍，可以和同学一起商量，实在不懂的可以和老师一起讨论。
千万不能因为做不出来而放弃，要坚持到底。
其次，要有团结合作的精神。
我们的课程设计是一个团队的工作，需要每一个人的参与，必须发扬团结合作的精神。
某个人的离群都可能导致整个设计的失败，在设计的过程中，只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人知道明白，否则一个人的错误，就有可能导致整个设计的失败。
团结协作是我们课程设计成功的一项重要保证，在本次课程设计的过程中能够锻炼到这一点是非常宝贵的。
再者，通过本次的课程设计，让我们知道理论与实际相结合是非常重要的。
只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从实践中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
同时在设计的过程中发现自己许多的不足之处，对以前所学的知识理解的不够深刻，掌握的不够牢固。
最后，我们能够完成这次的课程设计真的很高兴，因为在设计的过程中，我们付出了很多的努力，过程很曲折，期间我们也曾一度失落过，也曾热情高涨，从开始时的满腹激情到到最后汗水的复杂心情，期间的点点滴滴无不令我们回味无长。
同时也感谢徐老师的耐心指导，也感谢其他同学的无私帮助。
第六章参考文献
[1]张乃国.电子测量技术.北京：
高等教育出版社，1985
[2]杨吉祥.数据域测量技术及仪器.北京：
科学出版社，1990
[3]徐培安.电子测量技术.北京：
机械工业出版社，2002
[4]康光华.陈大钦.张林.电子技术基础模拟部分（第五版）.
[5]李保宏.图解万用表检修与调试快速入门.—北京:
人民邮电出版社,2005.9ISBN978-7-115-19573-9
[6]高吉祥,唐朝京.全国大学生电子设计大赛培训系列教程电子仪器仪表设计.—北京:
电子工业出版社2007.6ISBN978-7-121-04462-5
附录
1、不同频率下的峰值输出（电压5V）：
200K
350K
500K
650k
800K
900K
1M
2、不同输入电压下的输出电压（500K）：
3V
5V
7V
9V
11V
13V
15V
课程设计独创性声明：
所呈交的课程设计报告是在徐老师的指导下进行的分析、研究、编辑及取得的设计成果。
除了文中特别加以标注外，课程设计报告中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。
学生签名：
指导教师评语：
课程设计成绩：
指导教师签名：
教研室意见：
教研室主任签名：
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