【峰值保持电路的设计分析2200字】

峰值保持电路的设计分析目录TOC\o"1-3"\h\u19856峰值保持电路的设计分析 162831.1概述 1234111.2峰值保持电路模块的设计 1272361.2.1跨导运算放大器的选择 2115221.2.2电压缓冲器的选择 4295771.2.3保持电容的选择 578711.2.4二极管的选择 5253231.2.5R1的选择 6159771.2.6场效应管的选择 61.1概述上一章阐述了关于峰值保持电路的基本理论，同时给出了设计峰值保持电路常用的性能指标和核心参数。本章，结合第二章的内容，分析设计峰值保持电路的过程，研究核心元器件的参数对峰保电路性能的影响，并由此选择合适的电路元件。由峰值保持电路的基本原理，可知电路主要由五部分组成：对输入信号和保持电压进行比较和处理的跨导放大器；输入脉冲信号峰值存储器，即充电电容；输出缓冲隔离单元，即电压缓冲器；作为单向电流开关的二极管；电容放电复位开关。1.2峰值保持电路模块的设计通过参考各种文献REF_Ref20902\r\h[3-REF_Ref2928\r\h7]，设计出一种峰值保持电路，如图4所示：图SEQ图\*ARABIC4峰值保持电路模块电路图图中，U1是一种跨导放大器，U2是一种电压缓冲器，C为保持电容。R2的作用是使充电过程平稳，以防出现阶梯式波动。D2的作用是在峰值保持阶段，提供反向电流，将运放U1的输出端拉升至0电平，减小D1两端的反向电压，从而减小漏电流。1.2.1跨导运算放大器的选择跨导运算放大器是跨导型峰保的核心元器件，它的性能对电路性能好坏起着决定性的关键作用，故其选择十分重要。主要从以下几点参考：带宽带宽是衡量放大器处理信号的频率范围的参数，带宽越大，电路的高频特性就越好。它决定峰保电路的检测宽度。输入阻抗输入阻抗是电路输入端的等效阻抗，高输入阻抗能减小信号连接电路时变化的幅度，因而输入阻抗阻抗较高比较好。跨导增益由公式可知，OTA的跨导影响电路的带宽。一般选择较大的运放。压摆率压摆率又称电压转换速率，体现运放对输入信号的反应速度。它决定电路能否跟踪保持峰值电压。对于如图所示的峰保电路，要求能精确及时跟踪峰值电压的变化，运放的压摆率应不小于输入脉冲电压的变化率，即： （SEQ公式\*ARABIC15）其中，为输入信号从零到最大值的变化量，为输入信号从零变化到最大值对应的时间与最大值保持时间之和。输出短路电流输出短路电流决定保持电容上电压的上升速率。保持电容的电压上升速率为： （SEQ公式\*ARABIC16）由上式可知，在选定的情况下，选择大输出电流的运放可以提高保持电容的电压上升速率，从而改善最小可测脉冲宽度和动态范围REF_Ref3117\r\h[8]。输入失调电压输入失调电压可以影响峰保电路的检测精度，一般要求越小越好。综上，应选择输出电流大、跨导增益大、带宽较宽且压摆率大的OTA。除了上述指标外，运放的选取还要考虑输入偏置电流、瞬态响应时间、阻抗匹配等问题。常见的宽带跨导放大器有MAX435、MAX436、OPA861和OPA860。它们的性能参数如表1所示。表1几款OTA的主要性能参数典型值MAX435MAX436OPA861OPA860供电电压/V±5±5±5±5输入电阻/kΩ800700455455输出电阻/kΩ1.51.35454输出电流/mA10201515跨导增益mA/V9595压摆率V/us800850900900-3dB带宽/MHZ2752008080由于MAX436输入阻抗大、输出电流大，且相较于OPA861不需要另设静态工作点REF_Ref10484\r\h[9]等优点，综合考虑，选择MAX436作为跨导运算放大器。1.2.2电压缓冲器的选择电压缓冲器的作用是与提供输出缓冲隔离，避免后续输入电阻的影响，减小输出端的漏电流。选取电压缓冲器时，主要参考：为了降低下垂速率，提高检测精度，根据公式，应使电压缓冲器输入阻抗大REF_Ref10549\r\h[10]，输入偏置电流小。电压缓冲器的压摆率应足够大。可以选用合适的电压型运放作为电压缓冲器。参考已有的资料，可选择MAX4178或MAX4278作为电压缓冲器。其引脚图如图5所示。图SEQ图\*ARABIC5MAX4178/MAX4278引脚图根据数据手册，可知二者的参数如表2所示。表2MAX4178和MAX4278参数对比MAX4178MAX4278输入电压范围/V±1.0±1.5输出电压摆幅/V±1.0±1.0输入电阻/MΩ11输入偏置电流/μA11电压增益V/V+1+2压摆率V/us13001600相较于MAX4178，增益为+2的MAX4278可以提高保持电容的充电速度，故选择MAX4278作为电压缓冲器。1.2.3保持电容的选择保持电容的作用是存储电荷，当输入信号上升时，电容充电；输入信号下降时，保持电压峰值。选择电容时，主要从两个方面考虑：电容的种类为了降低峰值电压的下垂速率，减小漏电流，应选择绝缘电阻大的电容。如聚苯乙烯、聚四氟乙烯和聚丙烯电容REF_Ref9968\r\h[11]。另外，也需要考虑不同的设计要求，如耐高温、电容的温度稳定性好等要求。电容的大小使用大电容的峰保电路线性性能良好，但通频带较窄，且电容过大时，充电太慢。应根据输入信号的脉宽合理选择保持电容的大小。1.2.4二极管的选择二极管的作用是自动开关，当输入信号上升时，二极管D1导通；输入信号下降时，二极管D1截止。选择二极管时，主要从以下几点考虑：二极管的开关时间应尽可能小，以减小电路响应时间。二极管的反向漏电流尽可能小，以降低下垂速率，提高保持峰值的时间。二极管的反向恢复时间（ReverseRecoveryTime，）应尽可能短，提高电路的保持精度。为了满足上述条件，可选用肖特基二极管。其具有低功耗、超高速的优点，可以提高输出灵敏度。通过参考已有文献和资料，选择B140、BAT17肖特基二极管。BAT17的具体参数如表3所示。表3BAT17的性能参数典型值单位正向压降600mV反向漏电流0.25μA正向电阻8Ω二极管电容0.55pF1.2.5R1的选择针对MAX436的特点，R1为确定跨导增益的两引脚间的电阻。当电阻值为50Ω时，跨导增益为160ms。本电路中选用200Ω。1.2.6场效应管的选择通过查阅资料可知，MAX4278的输入阻抗仅为1MΩ，为了进一步降低峰值电压下垂速率，减小漏电流，可以在电压缓