用于微弱交流電壓信號的精密整流電路設計課設

1、燕 山 大 學 課 程 設 計 說 明 書目錄 第一章 摘要2 第二章 用于微弱交流電壓信號的精密整流電路設計原理2 2.1 設計意義 2 2.2 理論分析與設計 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)計算 7 第三章 用于微弱交流電壓信號的精密整流電路仿真 9 3.1 multisim 仿真原理圖 93.2 multisim 仿真結果 10 第四章 用于微弱交流電壓信號的精密整流電路設計結論12 第五章 心得體會12 參考文獻 13 第一章 摘要本說明書介紹了一種用于微弱交流電壓信號的精密整流電路的設計與仿真過程。

2、簡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計意義和設計原理，設計采用從整體到部分的方法，先畫出總體框圖，再對每一個部分進行詳細的分析與設計。然后，該說明書詳細地介紹了該整流放大電路的參數(shù)計算，通過multisim的仿真與測試，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。關鍵字：運算放大器；全波整流；低通濾波；仿真第二章 用于微弱交流電壓信號的精密整流電路設計原理2.1 設計意義 當代，由于各類傳感器輸出的信號多為微弱的電壓信號，而測量儀器需要將這些微弱的電壓信號經(jīng)放入A/D轉換器供計算機處理。因此該儀器中微弱信號放大器的精度、穩(wěn)定度的高低直接關系到儀器性能的好壞。

3、因此有必要對微弱交流電信號進行精密整流。本文介紹的用于微弱交流電壓信號的精密整流電路能對這種微弱信號進行放大、全波整流和濾波成直流信號的電路，靈敏度較高，基本滿足了檢測要求。2.2 理論分析與設計 電路設計采用三個部分，其理論設計框圖如圖1.1所示： 圖1 理論設計框圖2.2.1 精密整流電路作用：將交流信號進行整流原理分析：運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計出來的，具體工作原理如下：

4、1.半波整流器(1) : 正的輸入使導通，因此在環(huán)運算放大器產(chǎn)生一個負反饋。利用虛地原理可得=0。這表明將運算放大器的輸出箝位在。另外，截止，因此沒有電流流過，(2) ：負的輸入使運算放大器的輸出為正，導通。這樣得到另一條經(jīng)過和的負反饋通路，它仍能確保。顯然，此時截止，因此從運算放大器流出，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成： =0， >0 （1） = -（R2/R1） <0 （2）當>v時，運算放大器輸出比高了一個二極管的壓降；然而，當=0時，被箝制在-0.7V，即在線性區(qū)。因此，與飽和相關延遲的消除和輸出電壓

5、擺動的降低大大改善了動態(tài)特性。2.全波整流器一種產(chǎn)生信號絕對值的方法是將信號本身和它的反相半波整流信號以1比2的比例組合在一起，如圖1所示。這里進行反向半波整流，以1比2的比率對和HWR輸出求和，可獲得= - （/） -（/）。由于>0時，= - （/）和<0時=0，所以=， >0V （3）= -， <0V （4）式中： （5）圖 3 精密全波整流器對輸入波形的兩個部分以相同的增益放大。因此時，；時，。簡記為： （6）222單位增益KRC濾波器作用：對整流的交流信號進行濾波處理，濾去交流信號，通過直流信號。原理：用傅里葉級數(shù)對全波整流后的信號波形進行分解后可得： （7）

6、 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的交流分量濾去，得到直流信號。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，滿足設計要求原理：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)計算 設計技術參數(shù)：將幅值為10mV-100mV，頻率為50Hz的交流信號放大并整流為0-2.5V的直流信號。其中輸出的0V對應交流10mV，輸出2.5對應交流100mV。(1) 精密全波整流電路的參數(shù)計算：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)計算：

7、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故采用兩個單位增益的KRC低通濾波器：故采用兩個單位增益的KRC低通濾波器：對于， 取n=10，則 ，令C=1uf，求得 R=2.658k，選取R=2.67k；對于， 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)課題設計要求可得方程： （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

8、電壓信號的精密整流電路仿真 3.1 multisim 仿真原理圖 經(jīng)過第二章的分析與設計，采用multisim仿真的原理圖如圖6。圖6 multisim 仿真原理圖3.2 multisim 仿真結果1.輸入交流信號：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的精密整流電路設計結論 當輸入電壓為10mV時，電路穩(wěn)定后輸出結果為330.234uV460.453uV；誤差為微伏級別，滿足設計要求； 當輸入電壓為100mV時，電路穩(wěn)定后輸出結果為2.519V2.527V。計算（2.519-2.5）/2.5=0.76

9、%，（2.527-2.5）/2.5=1.08%。誤差在0.76%1.08.%之間，滿足設計要求。第五章 心得體會 為期一周的課程設計在不知不覺中結束了，通過這一個星期的課程設計，使我熟悉了一些測控電路課程設計的基本思想和基礎知識，對放大器有了進一步的了解，初步掌握了應用仿真軟件multisim的使用，通過簡單的電路設計，提高了我的獨立思考能力，并拓展了我在課堂上學到的知識，讓我真切地體會到了理論和實際是有出入的，在學習的過程中，要扎實地掌握理論知識并在實踐中不斷地運用和鞏固知識。我通過查閱相關書籍和資料，按時準確地將系統(tǒng)原理弄清楚，這一過程不光增長了自己的知識，而且提高了自己學習知識、處理問題的能力?？傊?，此次課程設計不光增長了我的知識，鍛煉了我的動手能力，而且讓我養(yǎng)成了查找資料、發(fā)