信号放大滤波电路设计说明说.docx

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信号放大滤波电路设计说明说

中北大学

课程设计说明书

学生姓名:

胡修勇

学号：

1106024234

学院:

仪器与电子学院

专业:

微电子科学与工程

题目:

压电式加速度传感器信号调理设计

指导教师：

谭秋林职称:

副教授

2014年6月27日

1、设计目的……………………………………………………………………1

2、设计内容和要求……………………………………………………………1

3、设计内容……………………………………………………………………1

1、任务分析…………………………………………………………………1

2、滤波模块…………………………………………………………………2

3、放大模块…………………………………………………………………4

4、各电路模块连接…………………………………………………………5

5、PCB版图…………………………………………………………………8

四、心得体会……………………………………………………………………8

五、参考文献……………………………………………………………………8

一、设计目的

1、掌握电子系统的一般设计方法和设计流程；

2、学习使用PROTEL软件绘制电路原理图及印刷板图；

3、掌握应用Protues等软件对所设计的电路进行仿真，通过仿真结果验证设计的正确性，完成压电加速度计的信号调理电路。

2、设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）

压电式加速度传感器作为一种微型传感器其输出信号比较微弱，通常为几十个毫伏或几百个微伏。

所以有必要对其输出电压进行信号调理。

主要包括放大模块、滤波模块等组成。

3、设计内容

1、任务分析

设计要求为对压电式加速度传感器输出信号进行放大，滤波等。

为保证处理效果，先进行滤波处理，在进行信号放大。

滤波电路采用有源滤波电路，即由集成运放和电阻电容组成的滤波电路。

不采用无源滤波电路的原因是该电路带负载能力差、无放大倍数及过渡带宽。

但是由于集成运放带宽有限，所以在工作频率不是很高的情况下可以使用。

分为一阶带通滤波频率范围10-1KHZ，二阶低通滤波频率范围<=1KHZ.

原理设计完成后，运用proteus进行电路仿真并绘制PCB版图。

2、滤波模块

⑴一阶有源带通滤波电路

在一阶RC无源低通滤波电路的输出端加上一个电压跟随器，即构成简单的一阶有源低通滤波电路。

在一阶RC无源高通滤波电路的输出端加上一个电压跟随器，即构成简单的一阶有源高通滤波电路。

将低通高通电路通过适当方式连接便可达到带通的目的。

如下图1所示：

图1：

一阶有源带通滤波电路

其通带截止频率

，故fH=1kHz；

，故fL=10Hz。

Au=R2/R1=0.01。

⑵二阶有源带通滤波电路

将串联的两节RC低通网络直接与电压跟随器相连，可构成如图所示的压控电压源二阶有源低通滤波电路，电路如图2所示：

图2：

二阶有源带通滤波电路

该电路的等效品质因数

，

令

，电压放大倍数为

，其中Aup=1

当f=fH时，上式分母的模应等于

，故fH=1KHz

将串联的两节RC高通网络直接与电压跟随器相连，可构成如图所示的压控电压源二阶有源高通滤波电路，电路如图3所示：

图3：

二阶高通滤波电路

该电路的等效品质因数

，

令

，电压放大倍数为

，其中Aup=1

当f=fL时，上式分母的模应等于

，故fL=10Hz

将低通、高通串联得到带通电路，电路如图4所示：

图4：

二阶低通滤波电路

3、放大模块

由于一阶带通滤波电路放大倍数为0.01，要真正达到预期放大效果，需增加一级放大电路，故采用两级Au=100的电路。

放大电路采用反向放大并且串联电压跟随器，电路如图5所示：

图5：

同相放大电路

参数确定如下：

Au=R3/R2=100k/990=100

R1=R2//R3=990约为1K

仿真波形如下图6所示：

图6：

同相放大电路仿真

4、各电路模块连接

一阶带通滤波模块和二阶低通滤波模块、两级放大模块，四个模块连接后的电路如图7所示：

图7：

各电路模块连接

元器件报表如表1所示：

表1：

元器件报表

其仿真波形如图8所示

图8：

仿真波形图

一阶滤波幅频特性如图9所示

图9：

一阶滤波幅频特性

二阶低通滤波如图10所示：

图10：

二阶低通滤波幅频特性

二阶高通滤波幅频特性如图11所示：

图11：

二阶高通滤波幅频特性

5、PCB版

PCB版图如图12所示：

图12：

PCB版图

4、心得体会

为了完成本次课程设计，我找出了《模拟电子技术基础》（毕满清主编）、《传感器原理与应用》这两本书。

重新学习了关于一阶、二阶滤波以及放大电路的知识。

正如每个设计过程都是坎坷的一样，在我设计这个信号放大滤波电路的过程中也不免出现了一些问题。

在我的不懈努力之下，最终都得以解决。

通过本次课程设计，我体会到了理论和实践结合的重要性。

在理论计算和软件仿真的过程中，多次出现了结果不一致的情况。

查阅参考资料和思考之后，才发现有些是电路设计的问题，有些是需要考虑实际情况用对公式。

将书本上的知识和设计方法结合起来，放能更好地运用到实践当中。

经过本次课程设计，我已经充分掌握了放大和滤波的相关知识，并能运用所学的知识设计出实用的信号放大滤波电路。

5、参考文献

（1）童诗白．模拟电子技术基础．北京：

高等教育出版社，2002

（2）张建华．数字电子技术．北京：

机械工业出版社，2004

（3）陈汝全．电子技术常用器件应用手册．北京：

机械工业出版社，2005

（4）毕满清．电子技术实验与课程设计．北京：

机械工业出版社，2005

（5）潘永雄．电子线路CAD实用教程．西安：

西安电子科技大学出版社，2002

（6）张亚华．电子电路计算机辅助分析和辅助设计．北京：

航空工业出版社，2004