総合実習：低電圧センサ増幅器とフィルタ

必要を要件にする

センサは1.65 Vに±20 mV、10 Hz信号を重ね、電源抵抗1 kΩと仮定します。意図する実電源は3.3 Vです。100 kΩ/10 kΩ帰還で非反転利得11を選び、後に15.9 kΩ/100 nFローパスを置きます。後の受信入力は高インピーダンスと仮定します。フィルタ前の公称信号出力は1.65 V ±220 mVです。

10 HzのRC振幅は約0.995047、理想フィルタ信号は約1.65 V ±218.910 mVです。1 kHzではフィルタ振幅約0.099600なので、センサの仮想1 mV干渉は利得とフィルタ後に約1.0956 mVです。限定的な一次除去で、全干渉の除去ではありません。

再現可能な教育モデル

sensor-capstone.cirを保存し、利用可能な独立実行ファイルでngspice -b sensor-capstone.cirを実行します。

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

Vsは中間電源を基準とします。Eampは有限利得の従属電源で、電源クリップ、雑音、GBW、スルー、バイアス電流はありません。実閉ループ利得は約10.998790で、高精度シミュレーション比較にはこれを使います。DC動作点のsensor、amp、outは1.65 Vで1 mV以内を比較します。起動後10 Hz出力ピーク偏差は約218.886 mV、2 mV以内で比較します。

実設計記録を完成する

製作前に3.3 V電源、1.65 V近傍の入力同相範囲、出力1.431–1.869 V、期待負荷電流へ対応する部品を選びます。利得帯域、スルー、1 kΩを通る入力バイアス誤差、オフセット、雑音、デカップリング、基準駆動を検査します。抵抗・容量許容差を選び、コーナー極値を評価します。必要正弦スルーはここでは約0.01375 V/msだけですが、それだけでデバイスを認められません。

接続表、手予測、厳密なデッキ、結果表、限界を提出します。独立モデルの成功はALcadエンジン実行や実センサの安全性・精度を確認しません。解析参照はngspice資料です。