峰值检测器是用来检测交流电压峰值的电路, 最简单的峰值检测器依据半波整流原理构成电路。如实图4.1所示
, 交流电源在正半周的一段时间内, 通过二极管对电容充电, 使电容上的电压逐渐趋近于峰值电压。只要 RC 足够大，可以认为其输出的直流电压数值上十分接近于交流电压的峰值。
（重新画图）
图4.1 简单峰值检测电路
这种简单电路的工作过程是, 在交流电压的每一周期中, 可分为电容充电和放电两个过程。在交流电压的作用下, 在正半周的峰值附近一段时间内, 通过二极管对电容 C 充电，而在其它时段电容 C 上的电压将对电阻 R 放电。当然，当外界交流电压刚接上时，需要经历多个周期, 多次充电, 才能使输出电压接近峰值。但是, 困难在于二极管是非线性元(器) 件, 它的特性曲线如实图4.2所示。当交流电压较小时，检测得的直流电压往往偏离
其峰值较多。
图4.2 二极管特性曲线
峰值检测器是用来检测交流电压峰值的电路, 最简单的峰值检测器依据半波整流原理构成电路。如实图4.1所示, 交流电源在正半周的一段时间内, 通过二极管对电容充电, 使电容上的电压逐渐趋近于峰值电压。只要 RC 足够大，可以认为其输出的直流电压数值上十分接近于交流电压的峰值。
这里的泄放电阻R ，是指与 C 并联的电阻、下一级的输入电阻、二极管的反向漏电阻、以及电容及电路板的漏电等效电阻。不难想到, 放电是不能完全避免的。同时, 适当的放电也是必要的。特别是当输入电压变小时, 通过放电才能使输出电压再次对应于输入电压的峰值。实际上, 检测器的输出电压大小与峰值电压的差别与泄放电流有关。仅当泄放电流可不计时, 输出电压才可认为是输入电压的峰值。用于检测仪器中的峰值检测器要求有较高的精度。检测仪器通常 R 值很大，且允许当输入交流电压取去后可有较长的时间检波输出才恢复到零。可以用较小的电容，从而使峰值电
压建立的时间较短。
本实验的目的, 在于研究如何用运算放大器改进峰值检测器, 进一步了解运算放大器之应用。
2．峰值检测电路的改进
为了避免次级输入电阻的影响, 可在检测器的输出端加一级跟随器(高输入阻抗) 作为隔离级(实图4.3) 。
图 4.3 峰值检测器改进电路（一）
也可以按需要加一可调的泄放电阻。如果允许电路有很长的放电时间, 也可以不用外加泄放电阻。这种电路可以有效地隔离次级的影响, 且跟随器
的输出电压(Vo)可视为与电容上的电压相等。
电路中的二极管, 仅在 Vi-Vo > 0 时才导通, 使电容C 充电。这时, 二极管上的电压为(Vi-Vo)。为使在(Vi-Vo)很小时也能有足够的充电速度,
可将(Vi-Vo)经过放大, 再作用于二极管。按照这一设想, 可在检测器前加一级比较放大器(实图4.4) 。
峰值检测器是用来检测交流电压峰值的电路, 最简单的峰值检测器依据半波整流原理构成电路。如实图4.1所示, 交流电源在正半周的一段时间内, 通过二极管对电容充电, 使电容上的电压逐渐趋近于峰值电压。只要 RC 足够大，可以认为其输出的直流电压数值上十分接近于交流电压的峰值。
图4.4 峰值检测器改进电路（二）
在分析时常认为运算放大器失偏电压为理想值 0V 。比较放大器是开环的差动放大器, 它可以有很高的增益, 只要 Vi 略大于 Vo, 就可以输出很大的电压驱动 D1 对电容充电。例如运算放大器的增益为 100dB 量级, 只需 Vi 比 Vo 大 0.02mV, 就可以输出 2V 的正向电压，显然, 加速了电容的充电过程，直至使 Vo 等于 Vi 的峰值为止。实际工作中, 决定 Vo 与 Vi 有差别的一个重要因素, 将是放大器输入端的失调电压。当然, 放
大器也应有足够的带宽，以适应要求检测的交流电压的频率范围。
在 Vi-Vo
流, 应使 D1 的正极在反向时的电压, 只略低于 Vo 。为此, 在比较放大器(A2)与 D1 之间增设二极管 D2 和电阻 R2 (实图4.5) 。
图4.5 峰值检测器改进电路（三）
峰值检测器是用来检测交流电压峰值的电路, 最简单的峰值检测器依据半波整流原理构成电路。如实图4.1所示, 交流电源在正半周的一段时间内, 通过二极管对电容充电, 使电容上的电压逐渐趋近于峰值电压。只要 RC 足够大，可以认为其输出的直流电压数值上十分接近于交流电压的峰值。
在 Vi > Vo 时, A2 输出较大的正向电压, 使 D2 与 D1 导通对电容充电。在 Vi
电容上的电压得以保持。
通常 R2 为数百kW 的电阻, 例如在实图4.5中 R2 为 560kW 。若 D2 的反向电流为 0.2mA, 则 R2 上的电压为 0.11V, 即 D1 上的反向电压为
0.11V 。由此可见, D2 和 R2 有效的抑制了D1的反向电流, 其作用相当于增大了检测电路的泄放电阻。
还需注意, D2 还有极间电容 C2, 它与 R2 组成阻容耦合电路。以上的分析略去了 C2 的作用, 实际上是假定输入信号的频率满足：W
(4.1)
因此, 除了选用级间电容较小的二极管之外, 还应参照上式选择 R2。
实图4.5是改进的峰值检测器的原理图。该电路还有一个实际问题。在输入信号的每周期的大部分时间中处于 Vi
限制了输入信号频率, 亦即限制了检测速度。
为了改善电路的速度, 用非线性元(器) 件 D3, 将比较放大器组成非线性反馈的放大器(实图4.6a) 。在 Vi > Vo 时，Vo2 高于 Vo, D3 处于反偏置状态(不导通) ，A2 仍可视为无反馈的高增益电路; 在 Vi
置的跟随器(实图4.6b) 。
图4.6 提高峰值检测器充电速度的原理图
若 rD3 可不计则输出电压为：V o2 ≌ V i -V o - VD3 (4.2)
Vo2 的最低值为 V o2min ≌ -2V P - VD3 (4.3)
峰值检测器是用来检测交流电压峰值的电路, 最简单的峰值检测器依据半波整流原理构成电路。如实图4.1所示, 交流电源在正半周的一段时间内, 通过二极管对电容充电, 使电容上的电压逐渐趋近于峰值电压。只要 RC 足够大，可以认为其输出的直流电压数值上十分接近于交流电压的峰值。
式中 Vp 是输入电压 Vi 的峰值。在设计电路时, 若使 Vi 的最大峰值小于 A2 的负向摆幅之半，则 A2 就可以保持在线性区工作。当然，D3的 反
向电阻应尽可能大，以保证 Vo2 为正值时不致通过 D3 泄漏至 Vo 。
综上所述, 较完善的峰值检测器电路如实图4.7所示。
图4.7 峰值检测器改进电路（四）
按照上面的分析, R3 应满足： R D3 >> R3 >> rD3 (4.4)
RD3 是 D3 的反向等效电阻。因 rD3 常在 100W 量级, RD3 常在 1000kW 量级或更大, 故 R3 可选为 10kW 量级。
峰值检测器是用来检测交流电压峰值的电路, 最简单的峰值检测器依据半波整流原理构成电路。如实图4.1所示
, 交流电源在正半周的一段时间内, 通过二极管对电容充电, 使电容上的电压逐渐趋近于峰值电压。只要 RC 足够大，可以认为其输出的直流电压数值上十分接近于交流电压的峰值。
（重新画图）
图4.1 简单峰值检测电路
这种简单电路的工作过程是, 在交流电压的每一周期中, 可分为电容充电和放电两个过程。在交流电压的作用下, 在正半周的峰值附近一段时间内, 通过二极管对电容 C 充电，而在其它时段电容 C 上的电压将对电阻 R 放电。当然，当外界交流电压刚接上时，需要经历多个周期, 多次充电, 才能使输出电压接近峰值。但是, 困难在于二极管是非线性元(器) 件, 它的特性曲线如实图4.2所示。当交流电压较小时，检测得的直流电压往往偏离
其峰值较多。
图4.2 二极管特性曲线
峰值检测器是用来检测交流电压峰值的电路, 最简单的峰值检测器依据半波整流原理构成电路。如实图4.1所示, 交流电源在正半周的一段时间内, 通过二极管对电容充电, 使电容上的电压逐渐趋近于峰值电压。只要 RC 足够大，可以认为其输出的直流电压数值上十分接近于交流电压的峰值。
这里的泄放电阻R ，是指与 C 并联的电阻、下一级的输入电阻、二极管的反向漏电阻、以及电容及电路板的漏电等效电阻。不难想到, 放电是不能完全避免的。同时, 适当的放电也是必要的。特别是当输入电压变小时, 通过放电才能使输出电压再次对应于输入电压的峰值。实际上, 检测器的输出电压大小与峰值电压的差别与泄放电流有关。仅当泄放电流可不计时, 输出电压才可认为是输入电压的峰值。用于检测仪器中的峰值检测器要求有较高的精度。检测仪器通常 R 值很大，且允许当输入交流电压取去后可有较长的时间检波输出才恢复到零。可以用较小的电容，从而使峰值电
压建立的时间较短。
本实验的目的, 在于研究如何用运算放大器改进峰值检测器, 进一步了解运算放大器之应用。
2．峰值检测电路的改进
为了避免次级输入电阻的影响, 可在检测器的输出端加一级跟随器(高输入阻抗) 作为隔离级(实图4.3) 。
图 4.3 峰值检测器改进电路（一）
也可以按需要加一可调的泄放电阻。如果允许电路有很长的放电时间, 也可以不用外加泄放电阻。这种电路可以有效地隔离次级的影响, 且跟随器
的输出电压(Vo)可视为与电容上的电压相等。
电路中的二极管, 仅在 Vi-Vo > 0 时才导通, 使电容C 充电。这时, 二极管上的电压为(Vi-Vo)。为使在(Vi-Vo)很小时也能有足够的充电速度,
可将(Vi-Vo)经过放大, 再作用于二极管。按照这一设想, 可在检测器前加一级比较放大器(实图4.4) 。
峰值检测器是用来检测交流电压峰值的电路, 最简单的峰值检测器依据半波整流原理构成电路。如实图4.1所示, 交流电源在正半周的一段时间内, 通过二极管对电容充电, 使电容上的电压逐渐趋近于峰值电压。只要 RC 足够大，可以认为其输出的直流电压数值上十分接近于交流电压的峰值。
图4.4 峰值检测器改进电路（二）
在分析时常认为运算放大器失偏电压为理想值 0V 。比较放大器是开环的差动放大器, 它可以有很高的增益, 只要 Vi 略大于 Vo, 就可以输出很大的电压驱动 D1 对电容充电。例如运算放大器的增益为 100dB 量级, 只需 Vi 比 Vo 大 0.02mV, 就可以输出 2V 的正向电压，显然, 加速了电容的充电过程，直至使 Vo 等于 Vi 的峰值为止。实际工作中, 决定 Vo 与 Vi 有差别的一个重要因素, 将是放大器输入端的失调电压。当然, 放
大器也应有足够的带宽，以适应要求检测的交流电压的频率范围。
在 Vi-Vo
流, 应使 D1 的正极在反向时的电压, 只略低于 Vo 。为此, 在比较放大器(A2)与 D1 之间增设二极管 D2 和电阻 R2 (实图4.5) 。
图4.5 峰值检测器改进电路（三）
峰值检测器是用来检测交流电压峰值的电路, 最简单的峰值检测器依据半波整流原理构成电路。如实图4.1所示, 交流电源在正半周的一段时间内, 通过二极管对电容充电, 使电容上的电压逐渐趋近于峰值电压。只要 RC 足够大，可以认为其输出的直流电压数值上十分接近于交流电压的峰值。
在 Vi > Vo 时, A2 输出较大的正向电压, 使 D2 与 D1 导通对电容充电。在 Vi
电容上的电压得以保持。
通常 R2 为数百kW 的电阻, 例如在实图4.5中 R2 为 560kW 。若 D2 的反向电流为 0.2mA, 则 R2 上的电压为 0.11V, 即 D1 上的反向电压为
0.11V 。由此可见, D2 和 R2 有效的抑制了D1的反向电流, 其作用相当于增大了检测电路的泄放电阻。
还需注意, D2 还有极间电容 C2, 它与 R2 组成阻容耦合电路。以上的分析略去了 C2 的作用, 实际上是假定输入信号的频率满足：W
(4.1)
因此, 除了选用级间电容较小的二极管之外, 还应参照上式选择 R2。
实图4.5是改进的峰值检测器的原理图。该电路还有一个实际问题。在输入信号的每周期的大部分时间中处于 Vi
限制了输入信号频率, 亦即限制了检测速度。
为了改善电路的速度, 用非线性元(器) 件 D3, 将比较放大器组成非线性反馈的放大器(实图4.6a) 。在 Vi > Vo 时，Vo2 高于 Vo, D3 处于反偏置状态(不导通) ，A2 仍可视为无反馈的高增益电路; 在 Vi
置的跟随器(实图4.6b) 。
图4.6 提高峰值检测器充电速度的原理图
若 rD3 可不计则输出电压为：V o2 ≌ V i -V o - VD3 (4.2)
Vo2 的最低值为 V o2min ≌ -2V P - VD3 (4.3)
峰值检测器是用来检测交流电压峰值的电路, 最简单的峰值检测器依据半波整流原理构成电路。如实图4.1所示, 交流电源在正半周的一段时间内, 通过二极管对电容充电, 使电容上的电压逐渐趋近于峰值电压。只要 RC 足够大，可以认为其输出的直流电压数值上十分接近于交流电压的峰值。
式中 Vp 是输入电压 Vi 的峰值。在设计电路时, 若使 Vi 的最大峰值小于 A2 的负向摆幅之半，则 A2 就可以保持在线性区工作。当然，D3的 反
向电阻应尽可能大，以保证 Vo2 为正值时不致通过 D3 泄漏至 Vo 。
综上所述, 较完善的峰值检测器电路如实图4.7所示。
图4.7 峰值检测器改进电路（四）
按照上面的分析, R3 应满足： R D3 >> R3 >> rD3 (4.4)
RD3 是 D3 的反向等效电阻。因 rD3 常在 100W 量级, RD3 常在 1000kW 量级或更大, 故 R3 可选为 10kW 量级。