Laboratorio finale: amplificatore e filtro per sensore a bassa tensione

Trasforma l'esigenza in requisiti

Presumi che un sensore produca 1.65 V più un segnale di ±20 mV, 10 Hz, con resistenza di sorgente da 1 kΩ. L'alimentazione fisica prevista è 3.3 V. Scegli guadagno non invertente 11 usando retroazione 100 kΩ/10 kΩ e seguilo con passa-basso 15.9 kΩ/100 nF. Presumi che un successivo ingresso ricevente sia ad alta impedenza. L'uscita nominale del segnale prima del filtro è 1.65 V ±220 mV.

A 10 Hz, il modulo RC è circa 0.995047. Il segnale filtrato ideale è circa 1.65 V ±218.910 mV. A 1 kHz, il modulo del filtro è circa 0.099600, quindi un'interferenza ipotetica di 1 mV al sensore diventa circa 1.0956 mV all'uscita dopo guadagno e filtro. È un'attenuazione limitata del primo ordine, non la rimozione di tutte le interferenze.

Modello didattico riproducibile

Salva sensor-capstone.cir ed esegui ngspice -b sensor-capstone.cir con un eseguibile autonomo disponibile.

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 sorgente Vs è riferita a metà alimentazione. Eamp è una sorgente dipendente a guadagno finito, senza limitazione dell'alimentazione, rumore, GBW, slew o corrente di polarizzazione. Il guadagno effettivo ad anello chiuso è circa 10.998790; usalo nel confronto di valori di simulazione ad alta precisione. Al punto di lavoro in continua, sensor, amp e out sono a 1.65 V. Confronta entro 1 mV. Dopo l'avvio, la deviazione di picco dell'uscita a 10 Hz deve essere circa 218.886 mV; confronta entro 2 mV.

Completa il registro del progetto fisico

Prima di costruire, seleziona un componente che supporti alimentazione da 3.3 V, intervallo di modo comune di ingresso vicino a 1.65 V, intervallo di uscita 1.431–1.869 V e corrente di carico prevista. Verifica guadagno-banda, slew, errore di polarizzazione di ingresso attraverso 1 kΩ, offset, rumore, disaccoppiamento e pilotaggio del riferimento. Scegli tolleranze di resistori/condensatori e valuta gli estremi del taglio. Lo slew sinusoidale richiesto è soltanto circa 0.01375 V/ms qui, ma questo da solo non qualifica un dispositivo.

Consegna tabella dei collegamenti, previsioni manuali, file esatto, tabella dei risultati e limitazioni. Il successo del modello autonomo non attesta esecuzione del motore ALcad o sicurezza o accuratezza di un sensore fisico. Consulta la documentazione ngspice per il riferimento delle analisi.