综合实验：低压传感器放大器与滤波器

将需求转化为要求

假定传感器产生 1.65 V 加上 ±20 mV、10 Hz 信号，源电阻为 1 kΩ。计划物理电源为 3.3 V。使用 100 kΩ/10 kΩ 反馈选择同相增益 11，后接 15.9 kΩ/100 nF 低通。假定后续接收输入为高阻。滤波前标称信号输出为 1.65 V ±220 mV。

10 Hz 时，RC 幅值约为 0.995047。理想滤波信号约为 1.65 V ±218.910 mV。1 kHz 时，滤波器幅值约为 0.099600，因此假设传感器处有 1 mV 干扰，经增益和滤波后，输出约为 1.0956 mV。这是有限的一阶抑制，不是去除全部干扰。

可复现教学模型

保存 sensor-capstone.cir，用可用的独立可执行程序运行 ngspice -b sensor-capstone.cir。

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

电源 Vs 以电源中点为参考。Eamp 是有限增益受控源，没有电源削顶、噪声、GBW、压摆率或偏置电流。实际闭环增益约为 10.998790；与高精度仿真值比较时应使用此值。直流工作点下，sensor、amp 和 out 都为 1.65 V，比较容差为 1 mV。启动后，10 Hz 输出峰值偏移应约为 218.886 mV，比较容差为 2 mV。

完成实体设计记录

制作前，选择支持 3.3 V 电源、1.65 V 附近输入共模范围、1.431–1.869 V 输出范围，以及预期负载电流的器件。检查增益带宽、压摆率、偏置电流通过 1 kΩ 产生的误差、失调、噪声、去耦和参考驱动。选择电阻/电容容差并评估转折频率极值。此处所需正弦压摆率仅约为 0.01375 V/ms，但这一项不足以确认器件合格。

交付连接表、手算预测、准确网表、结果表和限制。独立模型成功不能证明 ALcad 引擎执行，也不能证明实体传感器的安全或准确性。分析参考见 ngspice 文档。