基于运放CA3140的峰值检测电路的设计

在核辐射测量仪器中，对测量精度与采样速度都有一定的要求，一般的检测电路会引起较大的误差。本次电路的设计，可以较为精确的完成对峰值信号脉冲的检测与保持，从而完成对脉冲幅度的测量，进而知道辐射的能量大小。研究峰值检测电路对设计核辐射探测仪器具有重要的意义。

1、峰值检测电路总体设计

峰值保持电路属于核辐射测量仪器中信号数据采集部分的核心电路，要准确的完成峰值的甄别及保持，就需要对各部分电路的时序进行严格的控制，因此，必须各部分的器件及连接方案进行慎重的选择。本系统采用主放大器，甄别电路，控制电路及峰值保持四部分组成峰值检测电路，图1为电路原理图。

图1  峰值检测电路原理图

主放大器是放在前置放大电路和甄别电路之间，需要增益调节来补偿核辐射探测器输出脉冲幅度的变化。由于探测器输出的脉冲信号幅度比较小（为几十毫伏至几百毫伏），脉冲宽度比较窄，为了能进行信号幅度分析，实现能谱测量，需要脉冲线性放大器将脉冲信号进行幅度的线性放大与脉冲的成形。本系统选用运放CA3140，它具有输入阻抗高、噪声低、功耗小、温漂小等特点。

甄别电路的主要功能是完成过峰检测和去除信号噪声的功能。通过设定闭值，将信号中能量小于阈值的噪声去。这种电路只允许一定幅度的脉冲通过，供其后电路记录。由于在核辐射脉冲测量中对采样时间要求很快，因此我们选用高速比较器LM319。控制电路是整个电路的控制中心，它按照甄别电路的时序，自动地控制整个电路协调的完成测量工作，控制电路一般由一些门电路构成，有定时信号开启或关闭这些门电路，给出相应的脉冲信号去控制电路工作。

在本设计中，控制电路主要功能是完成对A/D读入/转换状态的控制。从而完成对输出峰值的测量和显示。控制电路主要由74LS74触发器构成，74LS74触发器为带预置和清除端的两组D型触发器。

峰值保持电路的功能是跟踪输入信号（一般是脉冲），直到输入信号达到峰值为止，进入保持状态，保持输入信号的峰值不变（当然实际上存在泄漏电流引起的跌落），直到被复位，回到跟踪状态。它主要由电压保持电容以及电压跟随器组成。在选用电压跟随器时要注意选用阻抗较大的跟随放大器才能更精确的完成峰值的保持和测量，因此本设计选用阻抗较大的运算放大器CA3140作为电压跟随器。

在本次设计中要使用+5V和-5V两种电源，在实际应用中可选用一种电平转换芯片完成两种电压之间的转换。

2、结语

本文根据核辐射测量中所需要注意的问题设计了一种峰值检测电路，主要解决了以下问题：

（1）由于此电路是用于核辐射测量中，所测量的脉冲宽度较窄，因此要进行进冲信号的放大整形。采用低功耗，高阻抗的放大器能够减小运放输入失调造成的误差。

（2）通过甄别电路和控制电路的时序来控制模拟开关和ADC的转换时间。

实践表明，这种峰值检测电路设计合理，可以在实际的核辐射测量仪器中使用，此电路可以完成对信号峰值的检测与保持，完成核辐射脉冲幅度的测量，从而得到辐射的能量大小，对核辐射测量仪器的设计具有重要的意义。