用于微弱交流電壓信號的精密整流電路設(shè)計課設(shè)要點

1、燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 第一章摘要 2 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 第二章用于微弱交流電壓信號的精密整流電路設(shè)計原理 2設(shè)計意義 2理論分析與設(shè)計 3精密整流電路 3單位增益KRC波器 5加偏置電壓電路 6參數(shù)計算 7 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 第三章 用于微弱交流電壓信號的精密整流電路仿真 9 HYPERLINK l bookmark43 o Current Docum

2、ent multisim仿真原理圖 9 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document multisim仿真結(jié)果 10 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 第四章 用于微弱交流電壓信號的精密整流電路設(shè)計結(jié)論 12 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 第五章心得體會 12 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 參考文獻 13燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書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(shè)計與仿真過

3、程。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(shè)計意義和設(shè)計原理，設(shè)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(shè)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(guān)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(shè)計原理設(shè)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(zhuǎn)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(guān)系到儀器性能的好壞

4、。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。理論分析與設(shè)計1.1所示:電路設(shè)計采用三個部分，其理論設(shè)計框圖如圖燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書圖1理論設(shè)計框圖精密整流電路作用：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(shè)計出來的，具體工作原

5、理如下：.半波整流器Vi0:正的輸入使D1導(dǎo)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VN=0。這表明D1將運算放大器的輸出箝位在Voa=-Vd1W)。另外，D2截止，因此沒有電流流過R2, Vo=0V0(1)當Vov時，運算放大器輸出Vo= - (R2/R1) VIVI 0 時，VHW =-(R2 / R ) VI 和 VI 0V(3)Vo= - An VI ,VI 時,V0 時，Vo=4Vi。簡記為:(6)Vo = AV i2. 2. 2單位增益KRCg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:4

6、15 TOC o 1-5 h z 24v=U p (- cos 2 wt -33兀4C ,cos 4 wt - cos 6 wt )335兀式中恒定分量極為 V的平均值,因此有v=2U P/冗。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。燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書V。一2.2.3加偏置電壓電路圖4單位增益KRC電路Holp1mn=1V /V, Wo,Q = -,mn RC m 1(8)作用：加偏置電壓，滿足設(shè)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燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書易得:RM=BVi+VB=1+ R2(9)0 iR1/R22.3參數(shù)計算0-2.

7、5V設(shè)計技術(shù)參數(shù)：將幅彳1為10mV-100mV頻率為50Hz的交流信號放大并整流為 的直流信號。其中輸出的0V對應(yīng)交流10mV輸出2.5對應(yīng)交流100mV(1)精密全波整流電路的參數(shù)計算：令 R1=R2=R4=10 ; R3=5kQ ; R5=AR1=100kQ。(2)四階巴特沃茲低通濾波器的參數(shù)計算：查歸一化表可得：f01 =1二，Q1 =0.541f02 =1 匚，Q2 =1.306所以巴特沃茲濾波器參數(shù)分別是：f01 =1fc =100112 Q1=1.306 Q1 =0.541f02 =1fc =100HE 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K

8、RC低通濾波器：燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書2Q2=1.306,4Q2 =6.822對于Q2，取n=10,k= -n-1=22Q 2m =k 2 -1 =3.584R=令 C=1uf,1Jmn x 2 Tt f C ,求得R=2.658k,選取 R=2.67k;2對于 Q1 =0.541,4Q1 =1.171k= n 2 -1 = 5.8332Q 1m = k * 7 =11.584令 C=1uf,R=2.338k,選取 R=2.32k。(3)加偏置電壓電路的參數(shù)計算:10mV俞入電壓經(jīng)全波整流并放大10倍，得到幅值為M =10mV 父2M10 =63.662mV ；冗100mV俞入電壓經(jīng)全波整流并

9、放大10倍，得到幅值為V2=100mV - 10 =636.62mV；JI據(jù)課題設(shè)計要求可得方程：Vi B V -0V解得:V2 B V =2.5V燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書放大彳數(shù)B=4.36 偏置電壓 V=0.28Vc彳 R2B =1 取 Ri=lk,R2=2.36kRi/R 2第三章用于微弱交流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(shè)計，采用 multisim 仿真的原理圖如圖6。圖6 multisim 仿真原理圖燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書3.2 multisim 仿真結(jié)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:10燕山大學(xué)

10、課程設(shè)計說明書咖示波器-乂。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(shè)計結(jié)論當輸入電壓為10mVM,電路穩(wěn)定后輸出結(jié)果為330.234uV460.453uV ;11燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書誤差為微伏級別，滿足設(shè)計要求；當輸入電壓為100mV寸，電路穩(wěn)定后輸出結(jié)果為2.519V2.527V。計算(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)計要求。第五章心得體會為期一周的課程設(shè)計在不知不覺中結(jié)束了，通過這一個星期的課程設(shè)計，使我熟悉 了一些測控電路課程設(shè)計的基本思想和基礎(chǔ)知識，對放大器有了進一步的了解，初步掌 握了應(yīng)用仿真軟件 multisim 的使用，通過簡單的電路設(shè)計，提高了我的獨立思考能力， 并拓展了我在課堂上學(xué)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(xué)習(xí) 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(guān) 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(xué)習(xí)知識、處理問題的能力?？傊?，此次課程設(shè)計不光增長了我的知識