控制网

摘要：介绍了一种正弦波的峰值检测方法，先用正弦波产生一个控制信号，再用此信号控制采样保持器采样。这种方法确保了检测的同步，有抗干扰性强，检测迅速准确的特点。
关键词：峰值检测；正弦波

Abstract: This paper introduces a new method of peak value measurement. First, users produce a control signal according to the input sin wave, and then the signal is used to control the sampling holder. This method ensure the synchronization of measurement, and has the characteristics of strong anti-jamming and prompt detection.
Key words: Peak value measurement; Sin wave

1  前言

    在检测控制系统中，经常要检测信号的大小，然后把检测结果与设定信号进行比较产生控制信号，再通过反馈电路来调节控制系统。对于这种控制系统，在交流50Hz供电的情况下，常用的是先求得检测信号的平均值，用平均值与设定值进行比较。但使用平均值进行比较，掩盖了被检测信号的突然脉冲，从而可能引起控制系统的失灵及不稳定。为了提高检测准确性，需要同时检测波的波峰和波谷，在本文中，采用一种新的方法来实现这一功能。

2  检测模型

    这种方法里，先对输入正弦波进行求绝对值运算。绝对值电路输出的信号一路进行带通滤波（这里通过的是100Hz的波），另一路进入采样保持器的输入端。带通滤波器输出的电压信号进入一个90度的移相电路，移相电路的输出信号进入过零比较电路，产生方波，方波信号进入单稳电路，在方波信号的上升沿产生单稳触发，此触发信号用来控制前面所讲的采样保持器对绝对值电路输出信号进行采样。电路模块框图如图1所示。

 
图1  电路模块图

    假定输入为起始点为零的正弦波，则正弦波经过电路各环节后的波形如图2所示。

 
图2  各个环节输出波形

    在图2中，采样保持器的输出近似为一条直线。因为采样的是绝对值电路输出的波峰，而测试电路的信号发生仪的输入正弦波是稳定的，峰值不变，所以采样保持器的输出就是一条直线。在图2中，可以清晰地看出各环节输出信号的位相关系。绝对值电路把输入的50Hz正弦波的负电压变成正的，正电压不变；然后取此输出信号的基波，得到一个100Hz的正弦波；此正弦波先移相90度，再进入过零比较器产生一个方波；此方波输入单稳电路在方波的上升沿时产生一个高电位脉冲；此脉冲控制采样保持器采样，在单稳输出为低电平时（即在非暂稳态）采样保持器保持采样的信号。
    在本设计中，绝对值电路的输出信号一方面产生控制信号，一方面提供被采样信号。所以这个电路可以避免时钟电路的应用，也避免因为不同步造成采样的偏差。

3  电路实现

    绝对值电路是常用的，这里不再细述。带通滤波和相移电路都采用了运算放大器，是为了在滤波和相移的同时，使输入输出信号的增益为1，由于都为惯用电路，这里也不细述。单稳触发电路采用的是74LS123，B端输入信号，A端接地，上升沿触发，暂稳态时间常数为绝对值输出周期的1％～2％；过零比较器采用的是National Semiconductor公司的LM311，由于过零比较器LM311在输入为正弦波的时候，它的输出方波在下跳和上升沿会产生振荡，这种振荡会引起74LS123误触发，所以在LM311的输出端要对地接一个稳压管和一个10nF的电容以消除这种振荡，具体电路如图3所示。
    在图3中，R的值为5.1kΩ；C2的值为10nF，它是起消除振荡用的；图中的稳压管采用2.7V的；C1为5000pF，R1为10kΩ，用这两个元件控制单稳触发器74LS123的暂稳态时间。Vi是输入信号，Q是输出信号。

图3  电路图

4  结语

    以这种思路设计的峰值检测电路首先用自身的波形产生控制信号，再用这个控制信号来控制采样峰值，所以它可以有效地消除干扰，并且实现检测的同步。在实际应用中，以这种思路设计的电路板成功地实现了所需要的功能，并把这个电路模块放在整个系统中，改善了原有系统的性能。这种峰值检测方法可用于仪器仪表中的峰值检测功能。

参考文献:
[1] ［捷］依日.多斯达尔. 运算放大器[M],中国计量出版社.
[2] 顾海洲,马双武. PCB电磁兼容技术－设计实践[M],清华大学出版社.
[3] 王鸿麟等编著. 现代通信电源[M],北京:人民邮电出版社, 1987.
[4] 赵长安主编. 控制系统设计手册[M],北京:国防工业出版社,1991.