Práctica final: amplificador y filtro de sensor de baja tensión

Convierte la necesidad en requisitos

Supón que un sensor produce 1.65 V más una señal de ±20 mV a 10 Hz,con resistencia de fuente de 1 kΩ. La alimentación física prevista es 3.3 V. Elige ganancia no inversora 11 con realimentación 100 kΩ/10 kΩ y añade un paso bajo de 15.9 kΩ/100 nF. Supón que la entrada receptora posterior es de alta impedancia. La salida nominal de señal antes del filtro es 1.65 V ±220 mV.

A 10 Hz,la magnitud RC es aproximadamente 0.995047. La señal filtrada ideal es aproximadamente 1.65 V ±218.910 mV. A 1 kHz,la magnitud del filtro es aproximadamente 0.099600,así que una interferencia hipotética de 1 mV en el sensor se convierte en aproximadamente 1.0956 mV de salida tras ganancia y filtrado. Es rechazo limitado de primer orden,no eliminación de toda interferencia.

Modelo didáctico reproducible

Guarda sensor-capstone.cir y ejecuta ngspice -b sensor-capstone.cir con un ejecutable independiente disponible.

Sensor deviation gain 11 with 100 Hz RC filter: ideal educational model
Vref ref 0 DC 1.65
Vs sensor ref DC 0 SIN(0 0.02 10) AC 1
Rsource sensor plus 1k
Rg minus ref 10k
Rf amp minus 100k
Eamp amp ref plus minus 100000
Rfilter amp out 15.9k
Cfilter out 0 100n
.op
.ac dec 50 1 10000
.tran 100u 500m 0 100u
.print ac vm(out) vp(out)
.print tran v(sensor) v(amp) v(out)
.save all
.end

La fuente Vs está referida a media alimentación. Eamp es una fuente dependiente de ganancia finita,sin recorte por alimentación,ruido,GBW,velocidad de cambio ni corriente de polarización. La ganancia real de lazo cerrado es aproximadamente 10.998790;úsala al comparar valores de simulación de alta precisión. En el punto de operación de continua,sensor,amp y out están a 1.65 V. Compara con margen de 1 mV. Tras el arranque,la desviación de pico de salida de 10 Hz debe ser aproximadamente 218.886 mV;compara con margen de 2 mV.

Completa el registro de diseño físico

Antes de construir,selecciona un componente que admita alimentación de 3.3 V,modo común de entrada cerca de 1.65 V,intervalo de salida 1.431–1.869 V y corriente de carga esperada. Comprueba ganancia-ancho de banda,velocidad de cambio,error de polarización de entrada por 1 kΩ,desplazamiento,ruido,desacoplo y capacidad de excitación de referencia. Elige tolerancias de resistencias y condensadores y evalúa extremos de corte. La velocidad sinusoidal requerida es solo aproximadamente 0.01375 V/ms aquí,pero eso por sí solo no cualifica un dispositivo.

Entrega tabla de conexiones,predicciones manuales,archivo exacto,tabla de resultados y limitaciones. El éxito del modelo independiente no acredita ejecución del motor ALcad ni seguridad o precisión de un sensor físico. Consulta la documentación de ngspice como referencia del análisis.