Итоговая лабораторная работа: низковольтный усилитель и фильтр датчика

Превратите потребность в требования

Пусть датчик создаёт 1.65 V плюс сигнал ±20 mV, 10 Hz с сопротивлением источника 1 kΩ. Намеченное физическое питание — 3.3 V. Выберите неинвертирующее усиление 11 с обратной связью 100 kΩ/10 kΩ, затем фильтр нижних частот 15.9 kΩ/100 nF. Предположите высокоомный последующий принимающий вход. Номинальный сигнальный выход до фильтрации — 1.65 V ±220 mV.

На 10 Hz модуль RC примерно 0.995047. Идеальный фильтрованный сигнал — примерно 1.65 V ±218.910 mV. На 1 kHz модуль фильтра примерно 0.099600, поэтому гипотетическая помеха 1 mV датчика становится примерно 1.0956 mV выхода после усиления и фильтрации. Это ограниченное подавление первого порядка, а не удаление всех помех.

Воспроизводимая учебная модель

Сохраните sensor-capstone.cir и выполните ngspice -b sensor-capstone.cir доступной автономной программой.

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

Источник Vs отсчитывается от середины питания. Eamp — зависимый источник конечного усиления без ограничения по питанию, шума, GBW, предела нарастания или тока смещения. Фактическое замкнутое усиление примерно 10.998790; используйте его при высокоточном сравнении симуляции. В рабочей точке DC sensor, amp и out равны 1.65 V. Сравните в пределах 1 mV. После запуска пиковое отклонение выхода 10 Hz должно быть примерно 218.886 mV; сравните в пределах 2 mV.

Завершите запись физического проекта

До сборки выберите деталь, поддерживающую питание 3.3 V, синфазный входной диапазон около 1.65 V, выход 1.431–1.869 V и ожидаемый ток нагрузки. Проверьте произведение усиления и полосы, скорость нарастания, ошибку тока смещения через 1 kΩ, напряжение смещения, шум, развязку и привод опоры. Выберите допуски резисторов/конденсаторов и оцените крайние срезы. Требуемая синусоидальная скорость здесь лишь примерно 0.01375 V/ms, но одна она не квалифицирует устройство.

Предоставьте таблицу соединений, ручные предсказания, точное описание, таблицу результатов и ограничения. Успех автономной модели не устанавливает выполнение движка ALcad или безопасность и точность физического датчика. См. документацию ngspice как справочник анализа.