用于微弱交流電壓信號(hào)的精密整流電路設(shè)計(jì)課設(shè)

1、燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)目錄 第一章 摘要2 第二章 用于微弱交流電壓信號(hào)的精密整流電路設(shè)計(jì)原理2 2.1 設(shè)計(jì)意義 2 2.2 理論分析與設(shè)計(jì) 3 2.2.1 精密整流電路 3 2.2.2 單位增益KRC濾波器 5 2.2.3 加偏置電壓電路 6 2.3 參數(shù)計(jì)算 7 第三章 用于微弱交流電壓信號(hào)的精密整流電路仿真 9 3.1 multisim 仿真原理圖 93.2 multisim 仿真結(jié)果 10 第四章 用于微弱交流電壓信號(hào)的精密整流電路設(shè)計(jì)結(jié)論12 第五章 心得體會(huì)12 參考文獻(xiàn) 13 第一章 摘要本說(shuō)明書(shū)介紹了一種用于微弱交流電壓信號(hào)的精密整流電路的設(shè)計(jì)與仿真過(guò)程。

2、簡(jiǎn)要地介紹了全波整流器、四階低通濾波器和偏置電壓電路的設(shè)計(jì)意義和設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)采用從整體到部分的方法，先畫(huà)出總體框圖，再對(duì)每一個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)的分析與設(shè)計(jì)。然后，該說(shuō)明書(shū)詳細(xì)地介紹了該整流放大電路的參數(shù)計(jì)算，通過(guò)multisim的仿真與測(cè)試，記錄和分析了該整流放大電路的工作特性，論證了該電路的可行性。關(guān)鍵字：運(yùn)算放大器；全波整流；低通濾波；仿真第二章 用于微弱交流電壓信號(hào)的精密整流電路設(shè)計(jì)原理2.1 設(shè)計(jì)意義 當(dāng)代，由于各類(lèi)傳感器輸出的信號(hào)多為微弱的電壓信號(hào)，而測(cè)量?jī)x器需要將這些微弱的電壓信號(hào)經(jīng)放入A/D轉(zhuǎn)換器供計(jì)算機(jī)處理。因此該儀器中微弱信號(hào)放大器的精度、穩(wěn)定度的高低直接關(guān)系到儀器性能的好壞。

3、因此有必要對(duì)微弱交流電信號(hào)進(jìn)行精密整流。本文介紹的用于微弱交流電壓信號(hào)的精密整流電路能對(duì)這種微弱信號(hào)進(jìn)行放大、全波整流和濾波成直流信號(hào)的電路，靈敏度較高，基本滿足了檢測(cè)要求。2.2 理論分析與設(shè)計(jì) 電路設(shè)計(jì)采用三個(gè)部分，其理論設(shè)計(jì)框圖如圖1.1所示： 圖1 理論設(shè)計(jì)框圖2.2.1 精密整流電路作用：將交流信號(hào)進(jìn)行整流原理分析：運(yùn)算放大器配上二極管可組成精密的非線性電路。普通非線性二級(jí)管電路受二極管正向壓降、非線性伏安特性和溫度的影響，誤差很大。把二極管置于運(yùn)算放大器的反饋回路中，就能大大削弱這種影響，提高非線性電路的精度。精密全波整流電路是基于半波整流器的工作原理設(shè)計(jì)出來(lái)的，具體工作原理如下：

4、1.半波整流器(1) : 正的輸入使導(dǎo)通，因此在環(huán)運(yùn)算放大器產(chǎn)生一個(gè)負(fù)反饋。利用虛地原理可得=0。這表明將運(yùn)算放大器的輸出箝位在。另外，截止，因此沒(méi)有電流流過(guò)，(2) ：負(fù)的輸入使運(yùn)算放大器的輸出為正，導(dǎo)通。這樣得到另一條經(jīng)過(guò)和的負(fù)反饋通路，它仍能確保。顯然，此時(shí)截止，因此從運(yùn)算放大器流出，流向的電流等于v1從R1處吸收的電流，或。由此可得。另外， 圖 2 半波整流器可將電路的特性總結(jié)成： =0， 0 （1） = -（R2/R1） v時(shí)，運(yùn)算放大器輸出比高了一個(gè)二極管的壓降；然而，當(dāng)=0時(shí)，被箝制在-0.7V，即在線性區(qū)。因此，與飽和相關(guān)延遲的消除和輸出電壓擺動(dòng)的降低大大改善了動(dòng)態(tài)特性。2.全

5、波整流器一種產(chǎn)生信號(hào)絕對(duì)值的方法是將信號(hào)本身和它的反相半波整流信號(hào)以1比2的比例組合在一起，如圖1所示。這里進(jìn)行反向半波整流，以1比2的比率對(duì)和HWR輸出求和，可獲得= - （/） -（/）。由于0時(shí)，= - （/）和0V （3）= -， 0V （4）式中： （5）圖 3 精密全波整流器對(duì)輸入波形的兩個(gè)部分以相同的增益放大。因此時(shí)，；時(shí)，。簡(jiǎn)記為： （6）222單位增益KRC濾波器作用：對(duì)整流的交流信號(hào)進(jìn)行濾波處理，濾去交流信號(hào)，通過(guò)直流信號(hào)。原理：用傅里葉級(jí)數(shù)對(duì)全波整流后的信號(hào)波形進(jìn)行分解后可得： （7） 式中恒定分量極為v的平均值，因此有。所以濾波器濾波原理就是將交流信號(hào)的交流分量濾去，得

6、到直流信號(hào)。圖 4 單位增益KRC電路 （8）2.2.3加偏置電壓電路作用：加偏置電壓，滿足設(shè)計(jì)要求原理：如下圖所示，偏置電壓為V，輸入為Vi圖 5 放大兼加偏置電壓電路易得： （9）2.3 參數(shù)計(jì)算 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：將幅值為10mV-100mV，頻率為50Hz的交流信號(hào)放大并整流為0-2.5V的直流信號(hào)。其中輸出的0V對(duì)應(yīng)交流10mV，輸出2.5對(duì)應(yīng)交流100mV。(1) 精密全波整流電路的參數(shù)計(jì)算：令R1=R2=R4=10k；R3=5k；R5=AR1=100k。 (2) 四階巴特沃茲低通濾波器的參數(shù)計(jì)算：查歸一化表可得： 所以巴特沃茲濾波器參數(shù)分別是: Q1=1.306 Q2=0.541故采

7、用兩個(gè)單位增益的KRC低通濾波器：故采用兩個(gè)單位增益的KRC低通濾波器：對(duì)于， 取n=10，則 ，令C=1uf，求得 R=2.658k，選取R=2.67k；對(duì)于， 取n=4，則 ， 令C=1uf，求得 R=2.338k，選取R=2.32k。(3) 加偏置電壓電路的參數(shù)計(jì)算：10mV輸入電壓經(jīng)全波整流并放大10倍，得到幅值為；100mV輸入電壓經(jīng)全波整流并放大10倍，得到幅值為；據(jù)課題設(shè)計(jì)要求可得方程： （10） （11）解得： 放大倍數(shù)B=4.36 偏置電壓V=0.28V 又 ：， 取 第三章 用于微弱交流電壓信號(hào)的精密整流電路仿真 3.1 multisim 仿真原理圖 經(jīng)過(guò)第二章的分析與設(shè)計(jì)

8、，采用multisim仿真的原理圖如圖6。圖6 multisim 仿真原理圖3.2 multisim 仿真結(jié)果1.輸入交流信號(hào)：2.經(jīng)全波整流后輸出：3.經(jīng)四階低通濾波器后輸出波形：4.經(jīng)加偏置電壓并放大后，最終輸出電壓Vo波形：第四章 用于微弱交流電壓信號(hào)的精密整流電路設(shè)計(jì)結(jié)論 當(dāng)輸入電壓為10mV時(shí)，電路穩(wěn)定后輸出結(jié)果為330.234uV460.453uV；誤差為微伏級(jí)別，滿足設(shè)計(jì)要求； 當(dāng)輸入電壓為100mV時(shí)，電路穩(wěn)定后輸出結(jié)果為2.519V2.527V。計(jì)算（2.519-2.5）/2.5=0.76%，（2.527-2.5）/2.5=1.08%。誤差在0.76%1.08.%之間，滿足設(shè)

9、計(jì)要求。第五章 心得體會(huì) 為期一周的課程設(shè)計(jì)在不知不覺(jué)中結(jié)束了，通過(guò)這一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，使我熟悉了一些測(cè)控電路課程設(shè)計(jì)的基本思想和基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)放大器有了進(jìn)一步的了解，初步掌握了應(yīng)用仿真軟件multisim的使用，通過(guò)簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)，提高了我的獨(dú)立思考能力，并拓展了我在課堂上學(xué)到的知識(shí)，讓我真切地體會(huì)到了理論和實(shí)際是有出入的，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，要扎實(shí)地掌握理論知識(shí)并在實(shí)踐中不斷地運(yùn)用和鞏固知識(shí)。我通過(guò)查閱相關(guān)書(shū)籍和資料，按時(shí)準(zhǔn)確地將系統(tǒng)原理弄清楚，這一過(guò)程不光增長(zhǎng)了自己的知識(shí)，而且提高了自己學(xué)習(xí)知識(shí)、處理問(wèn)題的能力?？傊?，此次課程設(shè)計(jì)不光增長(zhǎng)了我的知識(shí)，鍛煉了我的動(dòng)手能力，而且讓我養(yǎng)成了查找資料、發(fā)現(xiàn)并