2.5.2. Амплитудные (пиковые) детекторы

Второй тип аналоговых элементов памяти составляют пиковые или амплитудные детекторы, которые выполняют функции, близкие к УВХ. Эти устройства предназначены для запоминания экстремальных значений входного сигнала. Они также работают в режимах выборки и хранения, но режим определяется входным сигналом. При возрастании входного сигнала пиковый детектор работает в режиме выборки, а при уменьшении - в режиме хранения и запоминает предыдущее максимальное значение входного сигнала. Режим хранения продолжается до прихода сигнала, превышающего запомненный, или до прихода сигнала сброса. Реализуются пиковые детекторы путем замены ключа в схемах УВХ диодом; в режиме выборки диод открыт, а в режиме хранения - закрыт. На рис. 2.45 приведен один из вариантов схемы амплитудного детектора. При увеличении U_вх диод VD1 открыт, а VD2 закрыт. Конденсатор С, подключенный к выходу ОУ, заряжается. При уменьшении U_вх диод VD1 запирается более высоким потенциалом, накопленном на конденсаторе, и схема переходит в режим хранения накопленного напряжения. Диод VD2 фиксирует выходные отрицательные напряжения ОУ на одном уровне, что уменьшает время перехода из режима хранения в режим слежения за входным сигналом. Перед новым циклом детектирования конденсатор разряжается путем замыкания транзисторного ключа по сигналу "сброс".

Рис. 2.45. Схема простейшего амплитудного детектора

Лучшими характеристиками обладает схема амплитудного детектора, приведенная на рис. 2.46.

Рис. 2.46. Схема амплитудного детектора с улучшенными характеристиками

В этой схеме при , напряжение на выходе первого инвертирующего операционного усилителя становится отрицательным и диод VD2 открывается, заряжая конденсатор С₁. С учетом общей отрицательной обратной связи для двух усилителей .

Если входное напряжение начинает снижаться, то U₁ увеличивается, в результате чего диод VD2 закрывается, а диод VD1 открывается, замыкая внутреннюю обратную связь усилителя А1, не давая ему входить в область насыщения из-за разрыва его обратной связи диодом VD2.

Пиковое напряжение, инвертированное и промасштабированное в раз запоминается на конденсаторе С₁.

На рис.2.47 приведена схема двухстороннего амплитудного детектора для обработки положительного и отрицательного напряжений [15]. Детектор положительного сигнала выполнен на усилителе А₂, диодах VD1, VD2 и емкости С₁. Усилители А₁, А₃ реализуют инвертирующей амплитудный детектор отрицательного сигнала. Выход детектора положительного сигнала обеспечивает опорное напряжение для детектора отрицательного сигнала, поэтому А₃ суммирует усиленное в два раза напряжение положительного детектора с выходным напряжением детектора отрицательного сигнала. Делитель из резисторов R₁ служит для согласования опорных потенциалов обеих детекторов. Эта схема обладает довольно высокой точностью работы поскольку наличие двух емкостей обеспечивает частичную компенсацию влияния входных токов А₃. Кроме того, выбором величин емкостей можно скомпенсировать влияние входных токов А₁ и А₂ на разряд конденсатора С₁. При равенстве входных токов всех трех ОУ условие компенсации определяется соотношением С₁=3С₂. Погрешность двустороннего детектора определяется суммой погрешностей обеих детекторов. Быстродействие ограничивается длительностью заряда конденсаторов C₁ и С₂.

Рис. 2.47. Схема двухполярного амплитудного детектора

Погрешности амплитудных детекторов определяются погрешностью выборки (заряда, подзаряда) и разрядом запоминающего конденсатора. Конденсатор разряжается за счет токов утечки диода, транзистора цепи сброса, самого конденсатора, а также за счет входного тока ОУ. Методики расчетов схем с емкостными элементами памяти рассмотрены в целом в ряде работ, посвященных расчетам электронных узлов на основе ОУ с частотнозависимыми обратными связями (см., например, [3, 5, 14, 15]); можно воспользоваться материалом соответствующих разделов данного издания (см. разделы, посвященные расчетам интеграторов и устройств выборки-хранения).