Praktikum proyek akhir: penguat dan filter sensor tegangan rendah

Ubah kebutuhan menjadi persyaratan

Asumsikan sensor menghasilkan 1.65 V ditambah sinyal ±20 mV, 10 Hz, dengan resistansi sumber 1 kΩ. Catu fisik yang dimaksud 3.3 V. Pilih penguatan nonpembalik 11 menggunakan umpan balik 100 kΩ/10 kΩ dan ikuti dengan low-pass 15.9 kΩ/100 nF. Asumsikan masukan penerima berikutnya berimpedansi tinggi. Keluaran sinyal nominal sebelum penyaringan adalah 1.65 V ±220 mV.

Pada 10 Hz, magnitudo RC sekitar 0.995047. Sinyal tersaring ideal sekitar 1.65 V ±218.910 mV. Pada 1 kHz, magnitudo filter sekitar 0.099600, sehingga gangguan hipotetis 1 mV pada sensor menjadi sekitar 1.0956 mV pada keluaran setelah penguatan dan penyaringan. Ini penolakan orde pertama yang terbatas, bukan penghilangan seluruh gangguan.

Model pendidikan yang dapat direproduksi

Simpan sensor-capstone.cir dan jalankan ngspice -b sensor-capstone.cir dengan program mandiri yang tersedia.

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

Sumber Vs dirujuk ke tengah rel. Eamp adalah sumber dependen dengan penguatan berhingga, tanpa pemotongan oleh catu, derau, GBW, slew, atau arus bias. Penguatan loop tertutup sebenarnya sekitar 10.998790; gunakan itu saat membandingkan nilai simulasi berpresisi tinggi. Pada titik kerja DC, sensor, amp, dan out bernilai 1.65 V. Bandingkan dalam 1 mV. Setelah pengaktifan awal, penyimpangan puncak keluaran 10 Hz seharusnya sekitar 218.886 mV; bandingkan dalam 2 mV.

Lengkapi catatan desain fisik

Sebelum membuat rangkaian, pilih komponen yang mendukung catu 3.3 V, rentang common-mode masukan dekat 1.65 V, rentang keluaran 1.431–1.869 V, dan arus beban yang diharapkan. Periksa penguatan-bandwidth, slew, kesalahan bias masukan melalui 1 kΩ, offset, derau, decoupling, dan kemampuan penggerak acuan. Pilih toleransi resistor/kapasitor dan nilai ekstrem frekuensi sudut. Slew sinusoidal yang diperlukan hanya sekitar 0.01375 V/ms di sini, tetapi itu saja tidak mengualifikasi perangkat.

Serahkan tabel koneksi, prediksi manual, deck tepat, tabel hasil, dan keterbatasan. Keberhasilan model mandiri tidak membuktikan eksekusi engine ALcad atau keselamatan maupun akurasi sensor fisik. Lihat dokumentasi ngspice untuk acuan analisis.