频率补偿电路的设计

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1、频率补偿电路的设计摘要:本设计制作丫一个频率补偿电路，将一个在高频部分衰减了的“模拟某传感器特性的电路模块”高频部分补偿回来，频率补偿模块部分采用了高通滤波电路和低通滤波电路前后级相连的方法，所有频率补偿部分都采用了模拟电路方案实现。传感器特性的电路模块的模拟根据要求运算放大器A使用TI公司产品高性能咅频运算放大器OPA2134,能够做到超低失真，低噪声音频应用完全指定。整个补偿模块实现丫在频率达到70kHz时衰减，并有在50kHz前没有明显波动，经验证，该设计完成了全部基础要求及部分发挥部分。关键词：频

2、率补偿；低/高通滤波；噪声均方根；1.M賴i十il.i.设计任务11.2设计要求11.2.1基本要求11.2.2发挥部分21.2总体设计方案21.2.1设计思路21.2.2方案论证与选择21.2.2.1模拟某传感器特性的电路模块21.2.2.2高通滤波电路模块31.2.2.3低通滤波电路模块31.3系统整体的最终方案32.单元电路设计42.1硬件电路器件选择与参数选择42.1.1模拟某传感器特性的电路42.1.2高通滤波电路42.1.3低通滤波电路模块52.1.4总体电路63.魏则试63.1测试仪器63.

3、2测试数据73.2.1模拟模块数据记录：73.2.2频率补偿数据记录：73.2.3输出噪声数据记录：84.测试总结及分析89隱91.系统设计1.1.设计任务设计并制作一个频率补偿电路，补偿“模拟某传感器特性的电路模块”(以下简称“模拟模块”)的高频特性。电路结构如图1所示。模拟某传感器特性的电路模块正弦波电压Vs信兮发生器510M£2Cfi4.7pF5.1MQ5.1MQRf2Cf2I4.7pFVbTP1频率补偿电路—•TP2!1电路结构1.2设计要求1.2.1基本要求(1)按图1所示组装“模拟模块”电路，

4、其中正弦波电压信号发生器可使用普通函数信号发生器。在开关K接ZS的条件下达到如下要求：①14为200也、峰峰值为10V时，“模拟模块”输出14没有明显失真。②以200Hz为基准，/b的-3dB高频截止频率为4.5kHz±0.5kHz。(2)设计并制作频率补偿电路，使之达到如下要求：①频率为200Hz时的电压增益A(200Hz)=

5、l4/Zs

6、=l±0.05。②以电压增益M200HZ)为基准，将的-3dB高频截止频率扩展到大于50kHz。③以电压增益4(200Hz)为基准，频率0〜35kHz范围内的电

7、压增益4(/)的波动在±20%以内。(1)在达到基本要求(2)的第①、②项指标后，将开关K切换到接地端，输出/0的噪声均方根电压l/n＜30mVo1.2.2发挥部分(1)在达到基木要求(2)的第①项指标后，以电压增益A200HZ)为基准，将4(/)的-3dB高频截止频率扩展到100kHz±5kHz。(2)以电压增益4(200Hz)为基准，频率0~70kHz范围内的电压增益4(/)的波动在±10%以内。(3)在达到基木要求(2＞的第①项和发挥部分(1)的指标后，将开关K切换到接地端，输出I/。的噪声均方根

8、电压＜10mV。(4)其他。1.2总体设计方案1.2.1设计思路由“模拟模块”电路的电路图连接实际电路，测试其输出特性，满足要求后，由补偿后的放大器的倍数为1可得出变换到复频域后的传递函数为1。因此可以先列出模拟模块的传递函数，进而可以求出频率补偿模块的传递函数，便可以由传递函数设计频率补偿模块的电路结构。1.2.2方案论证与选择1.2.2.1模拟某传感器特性的电路模块按照题目要求组装“模拟模块”电路，属于低通滤波电路截止，以200Hz为基准，Vb的-3dB高频截止频率为4.5kHz士0.5kHz。1.2

9、.2.2高通滤波电路模块为了使电路以电压增益A(200Hz)为基准，将A(/)的-3dB高频截止频率扩展到100kHz±5kHz,设计在模拟模块后面接上一个高通滤波电路。方案一：使用最简单的电子高通滤波器包括一个与信号通路串联的电容器和与信号通路并联的电阻。这种滤波方式结构简申，但性能较差，受电路阻抗影响较大。方案二：采用有源二阶滤波，采用元件数S较少，结构简单，调整方便，采用TI公司运算放大器作为有源器件，几乎没有负载效应。本设计频率不高，故选用方案二。1.2.2.3低通滤波电路模块为丫使通频带平缓，在

10、到达截止频率时能够尽快地衰减；并有效地降低输出V。的高频噪声，在后面需接上一级100kHz低通滤波电路。方案一：采用反相输入二阶低通滤波电路，其特点是使滤波器的过渡带变窄,衰减的斜率值加大。方案二:采用反相输入一阶低通滤波电路,其特点是截止频率等于特征频率,曲线斜率衰减斜率较小。比较上述两种方案，知方案二电路较方案一电路结构简单，且方案二完全可以满足本电路设计的要求，所以选择方案二。1.3系统整体的最终方案综合考虑各个模块的设