全国大学生TI杯电子设计大赛频率补偿电路第一版.docx

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全国大学生TI杯电子设计大赛频率补偿电路第一版

2014年重庆市“TI”杯电子设计竞赛

频率补偿电路

竞赛选题：

频率补偿电路

学校：

重庆大学城市科技学院

参赛队员：

郑涛彭明闯胡少怡

摘要

本设计由模拟传感器特性的电路模块、频率补偿电路模块构成。

模拟模块中的运算放大器采用TI高精度，低噪声的OPA227，频率补偿电路模块采用TI高精度，低噪声的OPA2134来尽量降低输出Vo的高频噪声。

频率补偿电路模块由高通滤波电路和低通滤波电路组成。

高通滤波电路是通过分析“模拟模块”传递函数，通过对称性来设计的，使频带得到扩展，达到了题目的要求。

低通滤波电路由TI的OPA2134的三阶滤波电路，主要滤除高频干扰，减少系统噪声。

本系统工作稳定，测量结果表示各项指标都达到了题目规定的要求。

关键词：

频率补偿运算放大器滤波电路

Abstract

Thisdesign bythe circuitmodule, analogsensor characteristic frequencycompensation circuitmodule. Theoperationalamplifier TIisusedinthesimulation module ofhighprecision, lownoise, OPA227, frequencycompensationcircuit moduleusingTI highprecision, lownoiseOPA2134 to reducethe high-frequencynoise outputVo. Frequencycompensationcircuit moduleiscomposedof highpass filtercircuitandthe low-pass filtercircuit. Thehighpassfiltercircuitis throughtheanalysisof "analog" transferfunction, designby symmetry, thefrequencybandis expanded, reached therequirementsofthesubject. Lowpassfilter circuitiscomposedofthree order filtercircuitoftheTI OPA2134, toremovethe highfrequencyinterference, reducesystemnoise. Thesystemisreliable, themeasurementresultindicated theindicatorshavereachedthe requirementsofthe subject.

引言

1.1、主要任务

设计并制作一个频率补偿电路，补偿“模拟某传感器特性的电路模块”（以下简称“模拟模块”）的高频特性。

电路结构如图1所示。

图1电路结构

1.2、设计要求

1.2.1、基本要求

（1）按图1所示组装“模拟模块”电路，其中正弦波电压信号发生器可使用普通函数信号发生器。

在开关K接Vs的条件下达到如下要求：

①Vs为200Hz、峰峰值为10V时，“模拟模块”输出Vb没有明显失真。

②以200Hz为基准，Vb的−3dB高频截止频率为4.5kHz±0.5kHz。

（2）设计并制作频率补偿电路，使之达到如下要求：

①频率为200Hz时的电压增益A（200Hz）=|Vo/Vs|=1±0.05。

②以电压增益A（200Hz）为基准，将A（f）=|Vo/Vs|的−3dB高频截止频率扩展到大于50kHz。

③以电压增益A（200Hz）为基准，频率0~35kHz范围内的电压增益A（f）的波动在±20%以内。

（3）在达到基本要求

（2）的第①、②项指标后，将开关K切换到接地端，输出Vo的噪声均方根电压Vn≤30mV。

1.2.2、发挥部分

（1）在达到基本要求

（2）的第①项指标后，以电压增益A（200Hz）为基准，将A（f）的−3dB高频截止频率扩展到100kHz±5kHz。

（2）以电压增益A（200Hz）为基准，频率0~70kHz范围内的电压增益A（f）的波动在±10%以内。

（3）在达到基本要求

（2）的第①项和发挥部分

（1）的指标后，将开关K切换到接地端，输出Vo的噪声均方根电压Vn≤10mV。

（4）其他。

2、方案论证

系统总体框图如图2：

图2：

系统框图

由“模拟模块”电路的电路图连接实际电路，测试其输出特性，满足要求后，由补偿后的放大器的倍数为1可得出变换到复频域后的传递函数为1。

因此可以先列出模拟模块的传递函数，进而可以求出频率补偿模块的传递函数，便可以由传递函数设计频率补偿模块的电路结构。

2.1硬件方案对比

本设计分以下几个模块组成：

模拟模块、低通滤波模块、频率补偿模块。

现对模块的选用方案进行论证。

2.1.1模拟模块运放的选择

方案一：

OPA2134放大器

OPA2134的概况OPA2134是TI（BB）公司生产的FET输入型双运算放大器，等效输入噪声电压小，转换速率高，单位增益带宽大，共模抑制比大，失真度小，该运算放大器无论是电气性能的平衡、成本,还是音质都获得了很高的评价。

方案二：

OP07放大器

OP07属于精密运算放大器，从失调电压，电流，温漂，共模抑制比等参数都比较不错。

但OP07的缺点是速度很慢，增益带宽积GBW比较小且压摆率SR比较小，这就意味着OP07比较适合放大变化比较慢的信号，而这方面OPA2134比OP07要好一些。

综上所述，选取便宜OPA2134更符合设计需要。

2.1.2、低通滤波模块

为了使通频带平缓，在到达截止频率时能够尽快地衰减；并有效地降低输出Vo的高频噪声。

方案一：

采用同相输入低通滤波电路，其特点是使滤波器的过渡带变窄，衰减的斜率值加大。

方案二：

采用反相输入低通滤波电路，其特点是截止频率等于特征频率，曲线斜率衰减斜率较小。

比较上述两种方案，知方案二电路较方案一电路结构简单，且方案二完全可以满足本电路设计的要求，所以选择方案二。

三、单元模块设计

本次设计主要由模拟模块和低通滤波模块和频率补偿模块这三个模块组成。

3.1模拟模块：

按照题目给出的电路和自己选择的运放连接电路，电路图如图7。

图3：

模拟模块电路图

3.2低通滤波模块

此电路根据Ti公司的滤波器设计软件FilterPro设计，截止频率根据需要设置。

电路原理如图4，次模块主要作用是稳定幅值，滤除高频干扰。

图4：

滤波器电路

3.3频率补偿模块：

频率补偿模块电路主要是根据模拟模块的传递函数得出，如图5所示。

图5：

频率补偿电路图

[1]童诗白，华成英.模拟电子技术基础，高等教育出版社2006年5月

附录