課程設(shè)計說明書壓電式加速度傳感器信號調(diào)理設(shè)計

1、中北大學(xué)課 程 設(shè) 計 說 明 書學(xué)生姓名:胡修勇學(xué)號：1106024234學(xué)院:儀器與電子學(xué)院專業(yè):微電子科學(xué)與工程題目:壓電式加速度傳感器信號調(diào)理設(shè)計指導(dǎo)教師：譚秋林職稱:副教授2014年6月27日目錄1、 設(shè)計目的12、 設(shè)計內(nèi)容和要求13、 設(shè)計內(nèi)容11、任務(wù)分析12、濾波模塊23、放大模塊44、各電路模塊連接55、pcb版圖 8四、心得體會8五、參考文獻8一、設(shè)計目的1、掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計方法和設(shè)計流程；2、學(xué)習(xí)使用protel軟件繪制電路原理圖及印刷板圖；3、掌握應(yīng)用protues等軟件對所設(shè)計的電路進行仿真，通過仿真結(jié)果驗證設(shè)計的正確性，完成壓電加速度計的信號調(diào)理電路。2、

2、設(shè)計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等）壓電式加速度傳感器作為一種微型傳感器其輸出信號比較微弱，通常為幾十個毫伏或幾百個微伏。所以有必要對其輸出電壓進行信號調(diào)理。主要包括放大模塊、濾波模塊等組成。3、 設(shè)計內(nèi)容1、 任務(wù)分析設(shè)計要求為對壓電式加速度傳感器輸出信號進行放大，濾波等。為保證處理效果，先進行濾波處理，在進行信號放大。濾波電路采用有源濾波電路，即由集成運放和電阻電容組成的濾波電路。不采用無源濾波電路的原因是該電路帶負載能力差、無放大倍數(shù)及過渡帶寬。但是由于集成運放帶寬有限，所以在工作頻率不是很高的情況下可以使用。分為一階帶通濾波頻率范圍10-1khz，二階低通濾波頻率

3、范圍=1khz.原理設(shè)計完成后，運用proteus進行電路仿真并繪制pcb版圖。2、 濾波模塊一階有源帶通濾波電路在一階rc無源低通濾波電路的輸出端加上一個電壓跟隨器，即構(gòu)成簡單的一階有源低通濾波電路。在一階rc無源高通濾波電路的輸出端加上一個電壓跟隨器，即構(gòu)成簡單的一階有源高通濾波電路。將低通高通電路通過適當(dāng)方式連接便可達到帶通的目的。如下圖1所示：圖1：一階有源帶通濾波電路其通帶截止頻率，故fh=1khz；，故fl=10hz。au=r2/r1=0.01。二階有源帶通濾波電路將串聯(lián)的兩節(jié)rc低通網(wǎng)絡(luò)直接與電壓跟隨器相連，可構(gòu)成如圖所示的壓控電壓源二階有源低通濾波電路，電路如圖2所示：圖2：二

4、階有源帶通濾波電路該電路的等效品質(zhì)因數(shù)，令，電壓放大倍數(shù)為，其中aup=1當(dāng)f=fh時，上式分母的模應(yīng)等于，故fh=1khz將串聯(lián)的兩節(jié)rc高通網(wǎng)絡(luò)直接與電壓跟隨器相連，可構(gòu)成如圖所示的壓控電壓源二階有源高通濾波電路，電路如圖3所示：圖3：二階高通濾波電路該電路的等效品質(zhì)因數(shù)，令，電壓放大倍數(shù)為，其中aup=1當(dāng)f=fl時，上式分母的模應(yīng)等于，故fl=10hz將低通、高通串聯(lián)得到帶通電路，電路如圖4所示：圖4：二階低通濾波電路3、 放大模塊由于一階帶通濾波電路放大倍數(shù)為0.01，要真正達到預(yù)期放大效果，需增加一級放大電路，故采用兩級au=100的電路。放大電路采用反向放大并且串聯(lián)電壓跟隨器，電

5、路如圖5所示：圖5：同相放大電路參數(shù)確定如下：au=r3/r2=100k/990=100r1=r2/r3=990約為1k仿真波形如下圖6所示：圖6：同相放大電路仿真4、各電路模塊連接一階帶通濾波模塊和二階低通濾波模塊、兩級放大模塊，四個模塊連接后的電路如圖7所示：圖7：各電路模塊連接元器件報表如表1所示：表1：元器件報表其仿真波形如圖8所示圖8：仿真波形圖一階濾波幅頻特性如圖9所示圖9：一階濾波幅頻特性二階低通濾波如圖10所示：圖10：二階低通濾波幅頻特性二階高通濾波幅頻特性如圖11所示：圖11：二階高通濾波幅頻特性5、pcb版pcb版圖如圖12所示：圖12：pcb版圖4、 心得體會為了完成本

6、次課程設(shè)計，我找出了模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（畢滿清主編）、傳感器原理與應(yīng)用這兩本書。重新學(xué)習(xí)了關(guān)于一階、二階濾波以及放大電路的知識。正如每個設(shè)計過程都是坎坷的一樣，在我設(shè)計這個信號放大濾波電路的過程中也不免出現(xiàn)了一些問題。在我的不懈努力之下，最終都得以解決。通過本次課程設(shè)計，我體會到了理論和實踐結(jié)合的重要性。在理論計算和軟件仿真的過程中，多次出現(xiàn)了結(jié)果不一致的情況。查閱參考資料和思考之后，才發(fā)現(xiàn)有些是電路設(shè)計的問題，有些是需要考慮實際情況用對公式。將書本上的知識和設(shè)計方法結(jié)合起來，放能更好地運用到實踐當(dāng)中。經(jīng)過本次課程設(shè)計，我已經(jīng)充分掌握了放大和濾波的相關(guān)知識，并能運用所學(xué)的知識設(shè)計出實用的信號放大濾波電路。5、 參考文獻（1）童詩白模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)北京：高等教育出版社，2002（2）張建華數(shù)字電子技術(shù)北京：機械工業(yè)出版社，2004（3）陳汝全電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊北京：機械工業(yè)出版社，2005（4）畢滿清