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

目录

一、设计目的 (1)

二、设计内容和要求 (1)

三、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。

二、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。

三、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RC f H π21=

，故f H =1kHz ；RC

f L π21

=，故f L =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

5

.01

3131=-=-=

up A Q ， 令RC

f π21

0=

，电压放大倍数为 02

011f f

Q j f f A A up

u ⋅+⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-=

，其中A up =1

当f=f H 时，上式分母的模应等于2，故f H =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

5

.01

31

31=-=-=

up A Q ， 令RC

f π21

0=

，电压放大倍数为 02

011f f

Q j f f A A up

u ⋅+⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-=

，其中A up =1 当f=f L 时，上式分母的模应等于2，故f L =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：

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

四、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。

五、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