高速数据采集系统信号调理电路的设计
上海交通大学电子信息与电气工程学院(200030)
乔 巍 杜爱玲 陈 春 叶 生摘 要 文章针对基于微控制器和PC 的高速数据采集系统,在讨论了信号调理电路功能及必要
性的基础上,给出了包括信号放大、衰减、隔离和滤波的设计方案,并对滤波电路的拓扑设计进行了研究。此外,针对广泛存在的电力信号采集与分析,以电能质量为分析、研究对象,给出了基于Sallen 2Key 和状态变量拓扑的滤波方案。对高速数据采集系统精度的提高和采集设备的保护具有实际意义。关键词 信号调理 高速数据采集 Sallen 2Key 拓扑 状态变量拓扑 目前,基于微控制器及基于PC 和内插板卡的数据采集系统在很大领域内得到了应用[1]。数据采集卡和微控制器前端的高速A/D 转换作为信号采集设备非常适合用来测量电压信号。但是,许多传感器和变送器输出的信号必须经过调理之后,才能进入数据采集卡、高速A/D 转换器或设备
,以实现有效精确的测量。这种前端的预处理,一般就称为信号调理,包括信号放大衰减、滤波、电气隔离和多路技术。图1为基于PC 和内插板卡的数据采集系统框图[2]。
图1 基于PC 和内插板卡的数据采集系统框图
1 信号调理电路的组成
1.1 放大衰减电路
由于很多信号幅度比较小,所以需要通过放大器来提高测量的精度。放大器通过匹配信号电平和A/D 转换器的测量范围,来达到提高测量分辨率的目的。出于这个原因,现在许多数据采集卡都包括了板载放大器。同样情况,当需要数字化的电压超过了允许输入范围时,衰减就不可缺少了。1.2 隔离电路
数据采集系统中不合适的接地是造成测量问题和数据采集卡损坏的最普遍原因。对信号进行电气隔离可以防止这些问题的发生。隔离破坏了接地环路,避免了高的共模电压,并且保护了价格不菲的数据采集设备
。
通常的隔离方法有利用光耦、磁或者容性隔离器。磁或容性隔离器将信号从电压形式调制成频率形式。频率能够在转回成电压之前以非直接物理连接的方式通过变压器或者电容。当将被测信号的地和数据采集系统的地连起来的时候,会发现在两处输入的地之间存在一定的电势差,这个电压称为共模电压。如果我们用的是一个单端测量系统,如图2所示,测得的电压就会包括期望测试的电压V s 和共模电压V G 。如果采用差分输入为数据采集卡的输入方式,就能消除这些共模电压,一般说来,典型值能高达12V 。然而,高的地之间的电势差或者接地环路,都会损坏未经保护的数据采集设备。如果没有办法消除这种电势差,那么,就可以用信号隔离器来破坏接地环路以达到消除共模电压的作用。隔离器的另一个作用就是抑制一些来自电力线、闪电或者高压设备的浪涌高压。当存在这种高压的时候,一个浪涌往往能损坏设备。信号隔离器通过切断连接,建立了数据采集系统和这些高压浪涌之间的屏障。
图2 隔离原理
1.3 滤波电路
信号调理往往需要抑制一定频率范围内的噪
声,而噪声对于不同的系统有不同的含义。对于数据采集系统来说,通常有两种情况,一是来自于电力线或机器的频率在50Hz 或60Hz 的噪声,对于这种情况,大多数信号调理器的设计采用低通滤波器来实现最大程度的抑制[3]。
另一种常见的用法是用来防止信号混叠,这是由于采样率太低而引起的现象。奈奎斯特定理指出,如果对一种模拟信号进行采样,所有频率超过1/2采样率的信号都会以一种低频率信号的方式出现。我们只有在采样前把所有频率超过1/2采样率
的信号消除才能避免这种失真。
如今,对于数据采集系统来说,模拟抗混叠滤波器已经被应用在几乎所有的电子电路中,例如:音频系统用滤波器来预放大、均衡和音调控制;在通信系统中,滤波器被用来调整特殊的频率和抑制其他的频率;数字信号处理系统用滤波器来防止通带外的噪声和干扰产生的混叠。对于一个希望减少外部噪声的数据采集系统来说,基本结构可以包括模拟低通滤波器、数字滤波器或两者的结合。模拟滤波器通常放在A/D 转换器的前面,用来消除信号通道位于A/D 转换之间的高频噪声和干扰。通过这种方式,转换的数字输出就能够消除混叠谐波信息。而数字滤波器被放在A/D 转换器的后面,通过采用平均技术来减少通带内频率上的噪声。我们可以发现,通常情况下,大多数系统之间的差别是由于数字域的不同,而不是模拟域。模拟滤波可以在模拟信号到达A/D 转换器之前消除叠加在它之上的噪声。特别需要指出的是,这里面可能包含外加的噪声尖峰。数字滤波不能消除这些尖峰,因此,叠加在模拟信号上的这种尖峰可能会使A/D 转换器饱和,即使信号的平均值是在限定的范围内。另外,对于高速
系统特别是接近5kHz 的系统来说,模拟滤波器就更加适合了。在这类系统中,模拟滤波器能够减少通带频率外的噪声,也就是减少折叠信号。而数字滤波器,顾名思义就是利用过采样技术和平均技术来减少通带内外的噪声。由于数字滤波器位于A/D 转换器之后,它可以消除转换过程中注入的噪声,模拟滤波器则不能做到。还有,数字滤波器的可调整性也远比模拟滤波器来得好。根据数字滤波器的不同设计,我们可以设定截止频率和输出数据的速率。
2 隔离放大电路设计
2.1 隔离放大芯片AD202/AD204
AD202和AD204是一种通用的、双端口的变压
器耦合隔离放大器,其内部结构框图如图3所示。作为一种符合工业标准的隔离放大器,它能够提供一整套隔离功能,包括信号隔离和电源隔离,而封装却十分紧凑。AD202和AD204的最大区别就是AD202是由直流15V 供电,而AD204是依靠外部时钟,例如AD246。由于AD202/AD204是基于芯片内部的变压器耦合方式进行隔离的,所以,它不需要提供外部的DC/DC 变换器,大大降低了设计成本。另外,由于AD202/AD204在输入端包含了一个额外的运放,因此设计就可以非常灵活[4]。图3 AD202内部结构框图
2.2 设计方案及电路
作为整个系统的最前端部分,我们必须要综合
考虑功能、性能和方案的成本等问题。从AD202和AD204的基本区别来看,无非是供电方式不同。如果单从设计方便来说,AD202无疑更方便,它只需要直流15V 供电,而AD204则需要一个非隔离的外部时钟AD246来供电。但是,考虑到系统监测对象的多通道性、低功耗性和更高带宽的需求以及成本,采用AD204加上AD246的方案就显得更好些。 图4为隔离放大电路原理图。R1和R2的配比实现衰减功能,R6实现比例的精确调节,R3、R4和R5实现了调零功能。此外,在现场运行中,还必须使这部分电路尽量靠近信号源,以避免环境噪声影响信号电平,增大测量时的信噪比。
3 滤波电路设计
3.1 模拟滤波器的实现
低通滤波器传统上由无源器件构成,如电阻和电容。当设计高通或带通滤波时,也可能需要电感。现在,当需要单极点滤波器,或滤波器的带宽位于高于运放允许最高频率的范围时,无源滤波器仍被用在滤波器的设计中。除了这两种情况之外,滤波器的实现主要是由运放、电容和电阻构成的。对于有源滤波器,它利用1个运放、1～3个电阻和1～2个电容来实现1～2个极点。有源滤波器非常大的一个优势就是提供了级间的隔离,这是因为利用了运放的高输入阻抗和低输出阻抗的优点。在通常情况下,滤波器的阶数是由输入和运放反馈回路上的电容数目决定的。在各种有源滤波器的拓扑中,Sallen 2Key 和双极点多路反馈拓扑用得比较广。而
对于状态变量拓扑滤波器来说,它由两个级联的积分器和一个加法器组成[5],图5所示。在s 域,我们知道积分器的特性可以简单地用ω0/s 来表示,为了说明原理,设特征频率ω0=1,积分器特性就简化为1/s 。根据图5,可以得出:
B =sL
H =sB =s 2
L
图4 隔离放大电路设计原理图
图5 状态变量拓扑滤波器H =I -B -L
我们把H 和B 用积分器特性替代,可以得到:
L /I =1/(s 2
+s +1)
这是经典的归一化的低通滤波器响应。因为B =
sL ,H =s 2
L ,则
B /I =s/(s 2
+s +1)和
H/I =s 2/(s 2
+s +1)
这是经典的带通和高通滤波器响应。
很明显,一个滤波器同时提供了低通、带通和高通输出。在设计的时候就可以通过搭建,使ω0≠1和使加法器的反馈因子不等于1来实现各种实际的滤波器。理论上可以通过级联多个积分环节来实现高阶滤波。一些集成电路滤波器用了这种方法,但是这会产生一些缺点。在设计这类滤波器的时候,必须计算高阶多项式的系数值。另外,一连串的积分器也会引起系统不稳定。所以,通常在设计的时候选用单独的两阶节,这样就可以分别处理特征频率ω0和品质因数Q 。
3.2 基于Sallen 2K ey 拓扑的设计方案及结果
理论上抗混叠滤波器是要求锐截止的,用有源网络和集成电路可以实现这样的锐截止滤波器。然而,在涉及功能强大但廉价的数字信号处理器的应用中,这些连续时间滤波器在整个模拟信号的离散
时间处理中可能认为是一个系统中耗资的主要部
分。对于基于工控机和数据采集卡的系统中,由于通常是多通道采样,所以实现多个锐截止滤波器也是很昂贵和困难的,并且如果系统要与可变采样率一起工作,那么还要求可调节滤波器。再者,锐截止模拟滤波器一般都有严重的非线性相位响应,尤其是在通带边缘上。因此我们希望除掉这个连续时间滤波器,或是简化对它们的要求[6]。
图6 采用过采样的A/D 转换以简化滤波器
解决这个问题的一条途径是采用采样过的A /D 转换,以简化连续时间抗混叠滤波器,如图6所示。Q N 记作在实施抗混叠滤波之后最后保留下来的最高频率分量,首先用一个很简单的抗混叠滤波器,它有一个在M ΩN 显著衰减但渐渐截止的特性。接着在比2ΩN 高得多的采样率,比如M ΩN 下实现连续/离散的转换,转换之后再将采样率降低M 倍,这其中包含锐截止的抗混叠滤波在离散时间域的实现。这样,后续的离散时间处理就能在低的采样率下完成,以使计算量最小。另外,全部锐截止的滤波都能在离散时间系统中完成,而且仅要求名义上的连续时间滤波。因为离散时间FIR 滤波器可以有真正的线性相位,这样就有可能采用这种过采样途径来实现抗混叠滤波而实际上没有相位失真。在不仅需要保留频谱,而且也需要保留波形的情况下,这是有显著优势的。 根据电能质量国家标准中对谐波测量仪器的要求,A 级仪器频率范围是要求测到50次谐波,也就是0～2500Hz 。本系统的频率范围以A 级为标准,
所以抗混叠滤波器的高端截止频率应该为2.5kHz ,并且在频带宽度内特性曲线应尽可能平坦,当频率高于该截止频率时应尽可能快的衰减。如果要保证2.5kHz 频率以内的信号不受影响。就应让78f 1(f 1为被测信号的基频)频率以上的信号衰减到30%以下[7]。巴特沃兹滤波器作为迄今为止用得
最多的滤波器。幅频响应在通带内非常平坦,过渡带的衰减速度比巴塞尔滤波器要快,在阻带范围内
响应没有波纹。所以非常适合作为数据采集系统中的抗混叠滤波器。从巴特沃兹低通滤波器频率特性曲线可知,四阶巴特沃兹滤波器就可满足上述要求。在此,我们采用Microchip 公司的MCP60x 作为构成Sallen 2Key 拓扑的运放。
基于Sallen 2Key 拓扑的电路如图7所示,由于电容选择的受限制性,所以在设计的时候,优先考虑电容的数值,对于电阻,由于可以利用电位器进行调节,所以数值上只是给出了理想状态下的值
。
图7 基于Sallen 2K ey 拓扑的实验电路
在设计的时候,我们运用了Microchip 公司的
FilterLab 滤波器设计软件。通过它,我们可以方便地观察到滤波器的幅频响应和相频响应,并对设计参数进行调整。图8是图7所示电路的响应曲线。从图中我们可以看到,在78f 1频率点,也就是3.9kHz 处,信号的衰减度约为-12dB ,低于衰减30%对应的-10.46dB 。达到了设计目标。3.3 基于状态变量拓扑的设计方案及结果3.3.1 滤波芯片MAX274/MAX275
MAX274和MAX275是由多个独立的可级联的二阶连续时间有源滤波器组成的[8],其中每一个滤波器能够通过对外接电阻的选择实现任意的全零点带通或者低通滤波器的频率响应,例如巴特沃兹、巴塞尔以及切比雪夫滤波器。MAX274/MAX275由于采用了基于连续时间的设计,所以它所产生的噪声比开关电容滤波器产生的噪声要小,而动态特性却十分理想。
MAX274由四个二阶滤波器组成,所以可以实现八个滤波器。它的其他特性还包括中心频率高达150kHz 、在全部可工作温度范围内的精度高达±1%、总谐波失真的典型值为-89dB 。
MAX 275由两个二阶滤波器组成,
所以可以实图8 基于Sallen 2K ey 拓扑的滤波器实验电路响应曲线
现四阶滤波器。它的其他特性还包括中心频率高达300kHz ,在全部可工作温度范围内的精度高达±0.9%,总谐波失真的典型值为-86dB 。 这两款芯片可以采用+5V 或是±5V 供电。
由于它的良好特性,所以MAX274/MAX275经常被用在低失真抗混叠滤波,A/D 转换器输出平滑滤波和音频、声纳信号的滤波等领域。另外,Max 2im/Dallas 公司还提供了相关的滤波器设计软件,极大地方便了设计。
图9给出了每个滤波器单元的状态变量拓扑,这个拓扑可以通过不同位置的输出,独立地实现低通和带通功能。从拓扑图中可以看到,MAX274/MAX275四放大器的设计,使得它对于寄生电容和
高带宽可以做到相对的不敏感。内置的电容与放大器和外部的电阻一起,构成了带反馈的级联积分器,能够同时提供低通和带通输出。为了增大带宽,高通节点是不可访问的。3.3.2 实验电路
由于电容已经在芯片内部集成,所以在设计的时候,只要考虑电阻就行了,相应的电阻值为:
单元1,R 1=142.857k
Ω,R 2=714.286k Ω,R 3=77.314k
Ω,R 4=709.286k Ω,F 0=2.800kHz ,Q =541.196m ;
单元2,R 1=142.857k
Ω,R 2=714.286k Ω,R 3=186.652k
Ω,R 4=709.286k Ω,F 0=2.800kHz ,Q =1.307。
由于可以利用电位器进行调节,所以数值上只是给出了理想状态下的值。另外,在设计的时候,我们运用了Maxin 的滤波器设计软件。通过它,可以方便地观察到滤波器的幅频响应、相频响应和群延迟,并对设计参数进行调整。图10是在上述参数下的幅频响应曲线。从图中我们可以看到,在78f 1频率点,也就是 3.9kHz 处,信号的衰减度约为-12dB ,低于衰减30%对应的-10.46dB ,达到了设计要求。
图9 MAX274/275每个单元的内部电路
4 总结
信号调理电路是数据采集系统中一个关键部分,其中的隔离部分通过切断接地环路,避免高的共模电压,达到了保护数据采集设备的目的;而如果缺少了模拟滤波,超过A/D 转换器采样带宽一半的信号就会产生混叠,
一旦信号在离散化的过程中受到了混叠,就不能再从中分辨出来。Sallen 2Key 、双极点多路反馈、状态变量作为常见的滤波器拓扑,有着广泛的应用。对于它们的设计,繁琐的公式计算已
图10 状态变量滤波器的幅频响应
经不再是主流的设计方法,因为可以借助滤波器设
计软件来实现,这也使得观察幅频响应、相频响应和群延迟变得非常方便。本文针对电能质量监测提出了一整套信号调理电路的设计方案,对于测量精度的提高和数据采集设备的保护具有实际的意义。对于其他高速数据采集系统的设计也有着普遍意义。
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6805。该品适用于交通收费和车道控制器,及银行、博彩、DVR 、电力、自动化等行业。该品除提供各项符合标准的特
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Agilent 携手国内半导体厂商共创产业春天
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微小信号采集电路的设计与研究 刘文光 牛荣军 陈扬枝 摘要 介绍微小信号采集电路的硬件、软件设计和工作原理,将采集到的微小信号放大后进行A/D转换,并通过串行通信方式传送到上位机,以便对信号进行分析处理。经对所制作微小信号采集电路的试验测试,测试结果显示,采集电路性能满足设计要求。 关键词:微小信号 采集 模数转换 中图分类号:TP24 文献标识码:A 文章编号:1671—3133(2005)07—0101—03 D esi gn and study on the c i rcu it for collecti n g ti n y si gna l L i u W enguang,N i u Rongjun,Chen Yangzh i Abstract The design of hard ware and s oft w are of the circuit f or collecting tiny signal and its operating p rinci p le has been intr o2 duced.So as t o analyze and deal with the signal,the collected tiny signal has been ADC after a mp lified,and send it t o the PC thr ough UART.After testing experi m ent on the circuit of collecting tiny signal,the results turn out that the perfor mance of the cir2 cuit f or collecting can reach t o the request of design. Keywords:T i n y si gna l Collecti on ADC 医用人体管道微机器人是当前国际微机械电子技术研究的一个热点,其研究难点在于微机器人的驱动方法及其驱动装置。笔者采用一种新型的轮式驱动方法及其驱动装置设计了管道微机器人的模型样机(如图1所示)。该驱动方法通过弹性啮合与摩擦耦合组合传动的方式使微机器人运动。目前微机器人已经顺利通过直径<20mm的塑料管道的实验,证明了该驱动方法及其驱动装置的原理可行性。因为微机器人采用的是一种新型的轮式驱动方法,该驱动方法最终要使用到医用人体管道微机器人,具体应用到人体肠胃道环境,其性能是否可靠需要进一步的理论与实验研究。同时管道微机器人采用的是直径为<8mm的微直流电动机为驱动源,其输出驱动力十分微小,如此大小的驱动力能否带动管道微机器人在人体肠道这种粘弹性环境中顺利运行,还需要对微机器人的驱动力进行测试与研究。由于管道微机器人驱动力的微小性,给测试与研究带来很大的困难。为了测试管道微机器人驱动力的大小,实验过程中利用悬臂梁式微小力传感器将微小力信号转换成微小电压信号。传感器输出的微小电压信号经过放大并A/D转换后直接送入微机进行计算、存储和显示。基于上述设计要求,本文对微小信号采集电路进行了设计和研究 。 图1 微机器人模型样机 1 采集电路的硬件设计 1.1 电路的组成与工作原理 采集电路主要包括放大电路、A/D转换和单片机三部分,组成框图如图2所示。其工作原理是:管道微机器人的驱动力作用在悬臂梁式微小力传感器上,传感器将微小力信号转换成微小电压信号。微小电信号输入到采集电路后,经过二级放大电路放大到0～5V,以满足A/D转换的需要,放大后的电压信号送入A/D 转换芯片ADS1286。AT89C51单片机根据ADS1286 4)在松开轴向锁定螺钉6时,螺钉不可松开过多,一般应控制在1/4～1/2圈内,以保证O形密封圈始终都处在压偏的密封状态下。 5 结语 可调偏心卡盘已在C620车床和曲柄磨床上使用,解决了695Q型柴油机曲轴等偏心件的生产问题。实践证明,使用效果良好。 参 考 文 献 1 顾维邦.金属切削机床概论[M].北京:机械工业出版社, 1991 2 陈万利.机械设备改装[M].北京:机械工业出版社,1997 3 陈永泰.机械制造技术实践.北京:机械工业出版社,2001 4 陆剑中.金属切削原理与刀具.北京:机械工业出版社,1999 作者通迅地址:湖南工学院(筹)西校区机械系(衡阳421101) 收稿日期:20050104 交叉学科:机械工程/生物医学?艺术造型
射 频 课 程 设 技 论 文 院系：电气信息工程学院 班级：电信2班 姓名：贾珂 学号：541101030211
1射频小信号放大器概述 射频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，所谓小信号,一是信号幅度足够小,使得所有有源器件(晶体三极管,场效应管或IC)都可采用二端口Y参数或线性等效电路来模型化;二是放大器的输出信号与输入信号成线性比例关系.从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。 小信号放大器的分类：按元器件分为：晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器; 按频带分为：窄带放大器、宽带放大器; 按电路形式分为：单级放大器、多级放大器; 按负载性质分为：谐振放大器、非谐振放大器;. 小信号谐振放大器除具有放大功能外,还具有选频功能,即具有从众多信号中选择出有用信号,滤除无用的干扰信号的能力.从这个意义上讲,高频小信号谐振放大电路又可视为集放大,选频一体,由有源放大元件和无源选频网络所组成的高频电子电路.主要用途是做接收机的高频放大器和中频放大器. 其中射频小信号调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。高频信号放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。其中最容易出现的问题是自激振荡，同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。本文以理论分析为依据，以实际制作为基础，用LC振荡电路为辅助，来消除高频放大器自激振荡和实现准确的频率选择；另加其它电路，实现放大器与前后级的阻抗匹配。2电路的基本原理 图2-1所示电路为共发射极接法的晶体管高频小信号单级单调谐回路谐振放大器。它不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此，晶体管的集电极负载为LC并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数等会影响放大器输出信号的频率或相位。晶体管的静态工作点由电阻R b1、R b2及Re决定，其计算方法与低频单管放大器相同。
实验报告五 一、实验目的 设计相应的信号调理电路，然后利用通过对脉搏信号进行测量，来进行实时显示测量结果。 二、实验内容 设计一个脉搏测量仪可实现对人体脉搏信号的测量和显示功能。 三、实验环境 计算机、MULTISIM仿真软件 四、实验方案 脉搏测量仪系统总框图，如图1所示。系统由五个部分组成：信号采集单元，信号调理单元，信号整形单元，频率计测量单元，显示单元。 信号采集单元主要是选用合适的传感器将脉搏的压力信号转换为电信号，一般传感器输出的电压都在几毫伏左右。 信号调理单元主要包括信号的低通滤波，以及实现信号的放大，经过信号调理单元，几毫伏的脉搏信号的电压被放大为4V-5V左右。 信号整形单元则将模拟信号转化成数字信号，将脉搏信号转换为同频率的脉冲。 频率计测量单元和显示单元由一个数字频率计完成其功能。 信号整形单元信号调理单元脉搏采集单元 频率计测量显示单元
图1 系统总体框图 五、实验步骤 1、数字频率计仿真设计 如图所示，当给予方波信号时，频率计开始计数，计数范围取决于上输入信号的频率及选通信号的频率，这里取输入信号频率f=1000Hz，选通信号F=10Hz，相当于在1秒内可计100个脉冲，计数范围可由选通信号的频率和输入的计数信号的频率来决定 2、采集信号放大电路电路 由于对于脉搏测量仪，其要求在脉搏信号频率范围内，不失真的放大所采集的微弱信号,因此需要对所采集的信号进行放大；由于脉搏信号的频率在1.33HZ 左右，正常情况下不会出现高于2HZ的信号，因此需要设计一个低通滤波器，用来滤去高频信号；而整形的时是为了将输入的信号变为方波。滤波器的载止频率
一种新型信号调理电路的设计 娄莹１，王雪洁２ （１鞍山科技大学电子信息工程学院，辽宁鞍山１１４０４４；２浙江大学城市学院信息与 电子学院，杭州３１００１５） 摘要：介绍一种能对各种不同的标准信号、非标准信号进行采集的通用电路。采用一种很新颖的设计方法，在不改变硬件情况下，使用软件进行简单的设定，通过单片机完成对光继电器的控制及数字电位器的调节从而实现对不同信号的采集。 关键词：单片机；光继电器；数字电位器 中图分类号：ＴＰ２１２文献标识码：Ｂ文章编号：１００１－１３９０（２００５）０８－００４３－０３ !ＬＯＵＹｉｎｇ１JＷＡＮＧＸｕｅ－ｊｉｅ２ （１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ＆ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎJＡｎｓｈａｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙJ Ａｎｓｈａｎ１１４０４４JＬｉａｏｎｉｎｇJＣｈｉｎａZ２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＣｉｔｙＣｏｌｌｅｇｅJＨａｎｇｚｈｏｕ３１００１５JＣｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ_Ｄｅｓｃｒｉｂｅｓａｇｅｎｅｒａｌｃｉｒｃｕｉｔｕｓｅｄｔｏｓａｍｐｌｅｆｏｒａｌｌｋｉｎｄｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔａｎｄａｒｄａｎｄｎｏｎ－ｓｔａｎｄａｒｄｓｉｇｎａｌｓ．ＡｎｅｗｔｙｐｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄJｉｔｄｏｅｓｎｏｔｃｈａｎｇｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｏｎｌｙｃａｒｒｉｅｓｏｕｔｓｉｍｐｌｅｓｅｔｔｉｎｇ－ｕｐｂｙｓｏｆｔｗａｒｅJｃｏｕｌｄｆｉｎｉｓｈｃｏｎｔｒｏｌｌｉｇｈｔｍｉｃｒｏｒｅｌａｙａｎｄａｄｊｕｓｔｄｉｇｉｔａｌｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｅｒｔｈｒｏｕｇｈＳＣＭJａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｇｎａｌｃｏｕｌｄｂｅｓａｍｐｌｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ_ＳＣＭZｌｉｇｈｔｍｉｃｒｏｒｅｌａｙZｄｉｇｉｔａｌｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｅｒ ＤｅｓｉｇｎｏｆａＳｉｇｎａｌＡｄｊｕｓｔＣｉｒｃｕｉｔ ０引言 在实际生产中往往需要对多种物理信号进行检测以便实现计量和控制，针对不同的信号往往需要不同的采集电路［１－５］，这样一来在设计、安装与调试方面就存在很多不便之处。本文提出一种通用的可对多种信号进行采集的信号调理电路。若将此电路应用于仪器仪表中，则不必开箱，只需通过软件设定即可接收工业现场常见的各种信号，并可同时对八个通道模拟量进行采样记录，各个通道完全隔离。本电路适用于精密物理量测量的场合，如煤气、水、蒸汽、重油等资源流量的测量。 １硬件设计 信号调理电路单路输入的硬件结构如图１所示，包括信号输入、放大、单片机控制等几大部分。 信号输入电路由精密基准电源ＭＡＸ８７２、光继电器ＡＱＷ２１２Ｅ、运放４５０２及精密仪表开关电容模块ＬＴＣ１０４３等组成。其中精密基准电源的使用一方面提升输入信号的电位，避免低电位测量时的干扰误差；另一方面作为一路检测电路，其测量结果可以修正其它回路的检测结果，实现系统的在线自校正。ＭＡＸ８７２具有较宽的电压输入范围（２．７～２０Ｖ），输出精度可达２．５００Ｖ±０．２％。ＬＴＣ１０４３ＣＮ是双精密仪表开关电容，电容外接，多用于精密仪表放大电路、压频转换电路和采样保持电路等。当内部开关频率被设定在额定值３００Ｈｚ时，ＬＴＣ１０４３ＣＮ的传输精确度最高，此时电容器ＣＳ和ＣＨ大小均为１μＦ。ＬＴＣ１０４３ＣＮ和运放ＬＴ１０１３组成差分单端放大器，采用ＬＴＣ１０４３ＣＮ为差分输入的电压采样值，电压保持在电容器ＣＳ上并送到接地参考电容器ＣＨ中，而ＣＨ的电压送到ＬＴ１０１３的非反相输入端放大。ＬＴＣ１０４３ＣＮ是通过电容完成电压的传输，使电压由差分输入变为单端输入，并起到了很好的信号隔离作用，在本设计中双电容的巧妙 ４３ －－
通信电子线路课程设计-- 高频小信号谐振放大器 学校： 姓名: 学号: 班级: 指导老师:
目录 一、刖言 (3) 二、电路基本原理................................................. .3 三、主要性能指标及测量方法....................................... .5 1谐振频率 (7) 2、电压增益 (7) 3、通频带 (8) 4、矩形系数 (9) 四、设计方案 (10) 1设置静态工作点 (10) 2、计算谐振回路参数 (10) 3、电路图、仿真图和PCB图 (11) 五、电路装调与测试.......................................... ??13 六、心得体会................................................. ??14 七、参考文献............................................... ???15
一、前言高频调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。高频信号放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。其中最容易出现问题是自激震荡，同时频率选择和各级建阻抗匹配也恶化你难实现。 Protel DXP 软件能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证、和设计数据管理。今天的Protel DXP 软件已不是单纯的PCB 设计工具，而是一个系统，它覆盖了以PCB 为核心的全部物理设计。使用Protel、等计算机软件对产品进行辅助 设计在很早以前就已经成为了一种趋势，这类软件的问世也极大地提高了设计人员在机械、电子等行业的产品设计质量与效率。 通过《通信电子线路》的学习，使用Protel DXP 软件设计了一个高频小信号放大器。 二、电路的基本原理高频小信号放大器的功用就是五失真的放大某一频率范围内的信号。按其频带宽度可以分为窄带和宽带放大器。高频小信号放大器是通信电子设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。
第1章概述 随着科学技术的发展，脉搏测量技术也越来越先进，对脉搏的测量精度也越来越高，国内外先后研制了不同类型的脉搏测量仪，而其中关键是对脉搏传感器的研究。起初用于体育测量的脉搏测试集中在对接触式传感器的研究，利用此类传感器所研制的指脉、耳脉等测量仪各有其优缺点。指脉测量比较方便、简单，但因为手指上的汗腺较多，指夹常年使用，污染可能会使测量灵敏度下降：耳脉测量比较干净，传感器使用环境污染少，容易维护。但因耳脉较弱，尤其是当季节变化时，所测信号受环境温度影响明显，造成测量结果不准确[3]。过去在医院临床监护和日常中老年保健中出现的日常监护仪器，如便携式电子血压计，可以完成脉搏的测量,但是这种便携式电子血压计利用微型气泵加压橡胶气囊，每次测量都需要一个加压和减压的过程，存在体积庞大、加减压过程会有不适、脉搏检测的精确度低等缺点。 近年来国内外致力于开发无创非接触式的传感器，这类传感器的重要特征是测量的探测部分不侵入机体，不造成机体创伤，能够自动消除仪表自身系统的误差，测量精度高，通常在体外，尤其是在体表间接测量人体的生理和生化参数。 其中光电式脉搏传感器是根据光电容积法制成的脉搏传感器，通过对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号。具有结构简单、无损伤、精度高、可重复使用等优点。通过光电式脉搏传感器所研制的脉搏测量仪已经应用到临床医学等各个方面并收到了理想效果。 人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张，是血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波成为脉搏波[4]。从脉搏波中提取人体的心理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征,因此对脉搏波采集和处理具有很高的医学价值和应用前景[5]。但人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频的弱信号, 脉搏波信号更是低频微弱的非电生理信号,因此必需经过放大和后级滤波以满足采集的要求。 第2章总体设计思想
通信基本电路课程设计报告设计题目：高频小信号放大电路 专业班级 学号 学生姓名 指导教师 教师评分
目录 一、设计任务与要求 (2) 二、总体方案 (2) 三、设计内容 (2) 3.1电路工作原理 (3) 3.1.1 电路原理图 (3) 3.1.2 高频小信号放大电路分析 (3) 3.2 主要技术指标 (6) 3.3仿真结果与分析 (10) 四、总结及体会 (12) 五、主要参考文献 (13)
一、设计任务与要求 1、主要内容 根据高频电子线路课程所学内容，设计一个高频小信号谐振放大器。通过在电路设计中发现问题、解决问题，掌握小信号谐振放大器的基本设计方法，加深对该门课程的理论知识的理解，提高电子实践能力。 2、基本要求 设计一个小信号谐振放大器，主要技术指标为： (1) 谐振频率04MHz f =； (2) 谐振电压放大倍数04060dB v dB A ≤≤； (3) 通频带300Hz BW K =。 二、总体方案 小信号调谐放大器是各种电子设备、发射和接收机中广泛应用的一种电压放大器。其主要特点是晶体管的输入输出回路（即负载）不是纯电阻，而是由L 、C 元件组成的并联谐振回路。 小信号调谐放大器的类型很多，按调谐回路区分：有单调谐回路，双调谐回路和参差调谐回路放大器。按晶体管连接方法区分：有共基极、共发射极和共集电极放大器。 高频小信号谐振放大器的作用、电路组成、及工作原理，与低频小信号放大电路是基本一致的。不同的是：一是在高频小信号谐振放大器中，所放大信号的频率远比低频放大电路信号频率高；二是高频小信号谐振放大器的频宽是窄带（要求只放大某一中心频率的载波信号）。因此，首先在电路组成上应将低频放大电路中的低频三极管换成具有更高功率晶体管和LC 并联谐振回路。 三、设计内容 1.电路工作原理
摘要 信号调理简单的说就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号。是指利用内部的电路(如滤波器、转换器、放大器等…)来改变输入的讯号类型并输出之。把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号。但由于传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字信号之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号等。信号调理将把数据采集设备转换成一套完整的数据采集系统，这是通过直接连接到广泛的传感器和信号类型来实现的。信号调理简单的说就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号。若信号很小，则要经过放大将信号调理到采集卡能够识别的范围，若信号干扰较大，就要考虑采集之前作滤波了。 关键词：放大器，传感器，滤波，信号采集
1设计任务描述1.1设计题目：信号调理电路 1.2设计要求 1.2.1设计目的 （1）掌握传感器信号调理电路的构成，原理与设计方法（2）熟悉模拟元件的选择，使用方法 1.2.2基本要求 （1）输出幅度在0-3V，线性反应输入信号的幅值 （2）信号的频率范围在50Hz-10KHz （3）匹配的信号源一般复读在100mv，内阻10KΩ左右（4）匹配的负载在100kΩ左右，信号传输的损失尽量小 1.2.3发挥部分 （1）超出上下限的保护电路及指示 （2）电桥信号采集 （3）其他
2设计思路 这次我们小组课程设计的题目是信号调理电路。 信号调理往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。 在初始阶段用一个电压跟随器来发出信号，利用一个电桥收集信号并发出差分电压，选择放大器与传感器正确接口，使放大器与传感器特性匹配，测量应变片传感器通常要通过桥网络，用高精度和非常低漂移(随温度)的精密电压基准驱动放大器A1。这可为桥提供非常精确、稳定的激励源。因为共模电压大约为激励电压的一半，所以被测信号仅仅是桥臂之间小的差分电压。放大器A2、A3、A4必须提供高共模抑制比，所以仅测量差分电压。这些放大器也必须具有低值输入失调电压漂移和输入偏置电流，以使得从传感器能精确地读数。 在电路的输出端接入一个小绿灯，来判定电路的电压是否超出题目要求范围，并由示波器显示激励源的波形
脉搏信号调理电路的设计 摘要：脉搏作为人体重要的生理及病理参数之一，其信号具有重要的研究价值。针对其信号微弱、频率低且易受干扰的特点，文中首先提出了信号调理电路设计的要求，然后有针对性地选择元器件并设计硬件电路，最后对所设计的硬件电路进行实际测试。结果表明该调理电路具有输出波形稳定、噪声小和共模抑制比高的特点，提高了脉搏信号采集的精度。关键词：脉搏；信号调理；电路设计 Design of Circuit for Conditioning the Pulse Signals ZHANG Jin-bang，LIU Jun （Graduate Management Team，Engineering University of CAPF，Xi”an710086）Abstract: Pulse is one of the most important index of the human physiology and pathology，and provided with important medical researchful value . Basede on the characteristic of weak，low frequency and easily can be disturbed of pulse signals. The request of conditioning circuit for pulse signals is proposed，and the necessary compinents are elected in accordance with the characters of pulse，and the circuit is design. There are the circuit of prepose amplification，the circuit of zero，the circuit of restricting the signals 50 Hz，the circuit of band-pass filter and the circuit of secondary amplification. The circuit of hardware designed has been tested，and the measurement shows that the conditioning circuit of pulse signals possesses the advantages of high CMMR(common model restrain ration)，low noise，the output is stabilization，and has enhanced the precision of collection for pulse signals.
1.设计前言 心率是人体的一项重要生理参数，在现代医学中，心率对于血液循环和心脏功能领域的研究具有重要意义。心率计是医学中用来测量人体心率的装置，高精度心率计的研究开发历来是医学仪器领域的一项重要课题。本设计便旨在通过已学的电路和硬件知识，设计一款简易的数字心率计。在本设计中由于脉搏频率与心率相同，测量心率可以用测量脉搏近似得到，因此本设计将人体脉搏作为测量对象。本设计将采用multisim软件来绘制电路。 设计流程： 要实现对脉搏的测量，首先要用传感器测量得到脉搏信号。 信号得到后，因为原始信号比较微弱，需要用放大电路将其放大到一个合适的幅度。 放大后的信号中会夹杂有各种噪声，因此需要经过滤波电路对其进行滤波处理，以消除噪声，提高信号信噪比。 为使信号能够在计数器中实现计数，需要对信号进行整形处理，将信号由一个不规则信号整理为可用于计数的方波或脉冲信号。 信号经过整形后，由于设计要求实现在短时间内测量一分钟心率的功能，需要在计数前对信号进行倍频处理，以实现上述功能。 经过之前一系列处理后，信号将进入计数器进行计数，其中计数器需要用相应的定时器配合完成该步骤，定时器同样要实现短时间内测量一分钟心率的功能。 计数器输出的信号是可用于显示频显示的七位BCD码，将其连入显示频显示。同时将该信号送入比较器中与预设的数值进行比较，当测量值在预设范围之外时将通过报警电路进行LED灯报警，表示所测得的心率超出正常范围。 设计流程的图示如下：
附：心率的生理意义 人的心脏比握紧的拳头稍大，平均重量为300g。它是人体内“泵器官”，负责人体血液循环。心脏每天跳动超过10万次，累计使8千多公升的血液，流经约1万9千公里长的动静脉，从而维持血液循环。心脏有四个腔，分别是左心房、右心房、左心室和右心室。右心房接受全身各器官回流的含氧低静脉血并输入右心室，右心室把血液泵入肺脏进行氧气与二氧化碳的气体交换。左心房将自肺脏返回的含氧高的动脉血输入左心室，左心室再将血液输送至全身器官。从我们出生的那一刻起，心脏便24小时不停地工作，为全身输送氧气和养分。心脏能够这样周而复始地有规律地工作，是因为心脏有一个天然的起搏器——窦房结，它能自发地、有节律地发放电脉冲，并沿着结间束、房室结、希氏束和左右束支这一固定的激动传导途径由上向下传遍整个心脏，使心脏各个腔室顺序收缩，完成运送血液的工作。心脏的正常工作要求心脏节律发放和传导系统的结构和功能正常。心率(heart rate)指心脏分钟搏动的次数，它能够反映心脏的工作状态。正常心率决定于窦房结的节律性，成人静息时约60～100次/min，平均约75次/min。心率可因年龄、性别及其他因素而变化。初生儿心率约130次/min，随年龄增长而逐渐减慢，至青春期乃接近成人的心率。女性心率比男性稍快；运动员心率较慢。成人安静心率超过120次/min者，为心动过速；低于40次/min者为心动过缓。心率受植物性神经和体液因素调节。安静或睡眠时，心迷走中枢紧张性增高，心交感中枢紧张性降低，心率减慢。运动、情绪激动、精神紧张时，心迷走中枢紧张性降低，心交感中枢紧张性升高，心率加快。肾上腺素、去甲肾上腺素、甲状腺素等体液因素也会增快心率。此外，体温每升高1℃，心率加快12～20次/min。
摘要 低频小信号放大器电路设计 摘要 实用性低频小信号放大器电路设计，它主要用于使用前置放大器的低频小信号的电压经过集成块LM358的放大使其增益二十几倍，达到信号放大的作用，本文介绍了其基本原理，内容，与低频放大微弱信号放大能力的技术路线，设计电路图方案等。 本系统是基于(IC)LM358设计而成的一种低频小信号放大器，整个电路主要由稳压电源，前置放大电路，波形变换电路3部分。电源主要是为前置放大器提供稳定的直流电源。前置放大器主要是由ML358一级放大电路和ML358二级放大电路组成，第一级可以将电压放大5倍，第二级可以放大1-5倍，总增益20-25倍，接通电源后，信号发生器产生信号，示波器用于变换的波形显示。通过波形的数据变化，计算出增益效果，是否满足设计需求。 该设计的电路结构简单，实用，充分利用了集成功放的优良性能。实验结果表明，前置放大器的带宽，失真，效率等方面具有较好的指标，具有较高的实用性，为小信号放大器的设计是一个广泛的思考。 关键词：低频小信号，电压放大，前置放大级电路，集成块LM358
Abstract Design of low frequencysmall signal amplifier Abstract： The utility of low frequency small signal amplifier circuit design, it is mainly used for voltage low frequency small signal using a pre amplifier after amplification integrated block LM358 has gain 20 times, achieve signal amplification effect, this paper introduces the basic principle, content, and low frequency amplification technology route of weak signal amplification ability, circuit design scheme. The system is based on (IC) a low frequency small signal amplifier LM358 designed, the whole circuit is mainly composed of a regulated power supply, preamplifier circuit, a waveform transform circuit 3 parts. The power supply is mainly to provide a stable DC power for the preamplifier. The preamplifier is mainly composed of ML358 amplifier and ML358 two stage amplifier circuit, the first stage of the voltage can be magnified 5 times, second can be magnified 1-5 times, 20-25 times of the total gain, power, signal generator generates a signal, oscilloscope is used to transform the waveform display. By the waveform data changes, calculated the gain effect, whether meet the design requirements. The design of the circuit structure is simple, practical, make full use of the excellent performance of the integrated amplifier. The experimental results show that, the pre amplifier bandwidth, distortion, has better efficiency indicators, and has higher practicability, designed for small signal amplifier is a broad thinking. Keywords:Lowfrequency smalsignal,voltage amplification,preamplifiercircuit，Integrated block LM358
目录 第1章绪论 (1) 1.1 课题背景与意义 (1) 1.2 设计目的与要求 (1) 1.2.1 设计目的 (1) 1.2.2 设计要求 (1) 第2章设计原理与内容 (2) 2.1 热电偶的种类及工作原理 (3) 2.1.1热电偶的种类 (3) 2.1.2工作原理分析 (4) 2.2 设计内容 (4) 2.2.1 总体设计 (4) 2.2.2 原理图设计 (5) 2.2.3 可靠性和抗干扰设计 (7) 第3章器件选型与电路仿真 (8) 3.1 器件选型说明 (8) 3.2 电路仿真 (8) 第4章设计心得与体会 (9) 参考文献 (10) 附录1：电路原理图 (11) 附录2：PCB图 (11) 附录3：PCB效果图 (11)
第1章绪论 1.1 课题背景与意义 温度是一个基本的物理量，在工业生产和实验研究中，如机械、食品、化工、电力、石油、等领域，温度常常是表征对象和过程状态的重要参数，温度传感器是最早开发、应用最广的一类传感器。本设计中正是关于温度的测量，采用热电偶温度测量具有很多的好处，它具有结构简单，制作方便，测量范围广，精度高，惯性小和输出信号便于远传等许多优点。 同时，热电偶作为有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常在日常生活中被应用，如测量炉子，管道内的气体或液体温度及固体的表面温度。热电偶作为一种温度传感器，通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。热电偶可直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。 1.2 设计目的与要求 1.2.1 设计目的 (1) 了解常用电子元器件基本知识（电阻、电容、电感、二极管、三极管、集成电路）； (2) 了解印刷电路板的设计和制作过程； (3) 掌握电子元器件选型的基本原理和方法； (4) 了解电路焊接的基本知识和掌握电路焊接的基本技巧； (5) 掌握热电偶温度传感器信号调理电路的设计，并利用仿真软件进行电路的调试。 1.2.2 设计要求 选用热电偶温度传感器进行温度测量，要求测温范围100-300℃、精度为0.1℃。设计传感器的信号调理电路，实现以下要求： （1）将传感器输出4.096-12.209mV的信号转换为0-5V直流电压信号； （2）对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； （3）电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； （4）电路的基本工作原理应有一定说明； （5）电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性
机械与电气工程学院 《模拟电子技术》课程设计报告 姓名： 学号： 班级： 指导教师：
课题名称：小信号多级放大电路设计 一、设计目的 1．通过本课程设计，掌握晶体管放大电路工作原理。 2．熟悉简单模拟电路的设计方法和主要流程。 3．学习模拟电路的制作与调试方法。 二、设计要求 1．输入电压：Vi p-p =30mV。 2．输入电阻:10k～40k。 3．频率特性:100HZ～100kHZ。 4．总谐波失真度（THD）≦3%。 5．供电电压：15V。 6.电压增益：100倍。 7．全部用分立元器件组成，不得使用集成运算放大器等集成电路。核心部分必须包含两级共射放大电路，耦合方式自选，在确保指标的前提下可自行添加其他电路。 8. 所有元器件必须为标准件，且平均每级电路中包含的电位器个数不得超过1个（其中指标为增益可调的电路，每个电路的电位器总个数可增加1个）,最多不超过3个。 三、方案设计 1．负反馈的类型 在输出端，取样方式分为电压取样（电压反馈）和电流取样（电流反馈），在输入端，比较方式分为串联比较（串联反馈）和并联比较（并联反馈）。因此负反馈放大电路有四种类型：电压串联、电压并联、电流串联、电流并联。 2．负反馈对放大电路性能的影响 （1）引入负反馈使增益下降 闭环增益表达式为 =A/(1+AF) A f 其中D=1+AF为反馈深度。深度负反馈D>>1条件下
A f ≈1/F (2)负反馈提高增益的稳定性易得: d A f / A f =d A/(1+AF)*A=d A/D*A 上式表明，反馈越深，闭环增益的稳定性越好。（3）负反馈对输入电阻和输出电阻的影响 串联负反馈使R i 增加，并联负反馈使R i 下降。程度取决于反馈深度： R if =（1+AF）R i （串联负反馈） R if = R i /（1+AF）（并联负反馈） 电压负反馈使R o 下降，电流负反馈使R o 增加。程度上取决于反馈深度： R of =（1+AF）R o （电流负反馈） R of =R o /(1+AF) (电压负反馈) （4）负反馈展宽频带 基本放大电路高、低频响应均只有一个极点时，闭环上、下限截止频率为： f Hf =(1+AF)f H f Lf =f L /(1+AF) 3.方案确定 输入电阻：10k～40k，分析可知电路具有输入电阻较大的特点，则电路第一级要引入共集电路提高输入电阻。输出电阻：<1k，不是太小，则输出级不需要引入共集电路。电压增益：100倍，且题目要求必须要有两级共射电路，则电路分为两级共射放大。频率特性:100HZ～100kHZ，每一级的电容耦合，本来用10uF,但是通频带在仿真的时候下限只能达到290HZ，上限能达到4.5MHZ。所以用47uF电容耦合，能展宽通频带。 四、电路设计 设计电路图如图1所示
高 频 小 信 号 放 大 器 设 计 学号:320708030112 姓名:杨新梅 年级:07电信本1班 专业:电子信息工程 指导老师:张炜 2008年12月3日
目录 一、选题意义 (3) 二、总体方案 (4) 三、各部分设计及原理分析 (7) 四、参数选择 (11) 五、实验结果 (17) 六、结论 (18) 七、参考文献 (19)
一、选题的意义 高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。 高频小信号放大器的分类： 按元器件分为：晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器; 按频带分为：窄带放大器、宽带放大器; 按电路形式分为：单级放大器、多级放大器; 按负载性质分为：谐振放大器、非谐振放大器; 其中高频小信号调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。高频信号放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。其中最容易出现的问题是自激振荡，同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。本文以理论分析为依据，以实际制作为基础，用LC振荡电路为辅助，来消除高频放大器自激振荡和实现准确的频率选择；另加其它电路，实现放大器与前后级的阻抗匹配。
二、总体方案 高频小信号调谐放大器简述： 高频小信号放大器的功用就是无失真的放大某一频率范围内的信号。按其频带宽度可以分为窄带和宽带放大器，而最常用的是窄带放大器，它是以各种选频电路作负载，兼具阻抗变换和选频滤波功能。对高频小信号放大器的基本要求是： （1）增益要高，即放大倍数要大。 （2）频率选择性要好，即选择所需信号和抑制无用信号的能力要强，通常用Q值来表示，其频率特性曲线如图-1所示,带宽BW=f2-f1= 2Δf0.7，品质因数Q=fo/2Δf0.7. 图-1频率特性曲线
医用电子设计报告 光电脉搏信号检测电路 医仪一班黄爽3004202313 一、设计目的与意义 脉搏的概念： 脉搏的广义内容包括心尖搏动波、动脉波和静脉波。其共同特点是频率甚低。动脉脉搏为一般所说的脉搏，由心脏节律性地收缩和舒张引起主动脉中的容积和压力发生改变，从而使动脉管壁出现振动而产生的。脉搏产生后沿管壁向全身动脉传播，在身体浅表有动脉通过的部位，都可触摸到脉搏。所以动脉波的测量相对来说比较方便。 正常动脉波形如图。它由以下几个部分组成。上升支：在心室快速射血期，动脉血压迅速上升，管壁被扩张，形成脉搏波形中的上升支；下降支：心室射血的后期。射血速度减慢，进入主动脉的血量少于由主动脉流向外周的血量，故被扩张的大动脉开始回缩，动脉血压逐渐降低，形成脉搏波形中下降支的前段。随后，心室舒张，动脉血压继续下降，形成下降支的其余部分。因为心室舒张时室内压下降，主动脉内的血液向心室方向返流。这一返流使主动脉瓣很快关闭。返流的血液使主动脉根部的容积增大，并且受到闭合的主动脉瓣阻挡，发生一个返折波，因此在降中峡的后面形成一个短暂的向上的小波，称为降中波。老年人或者高血压病人由于血管顺应性较差，所以降中波不明显或者消失。血管弹性不良而硬化时，上升及下降段也均呈陡峭状。 脉搏能反映心血管系统多方面的状态，如心跳的频率和节律、心脏的收缩力、血管充盈度、动脉管壁的弹性等等。所以脉搏的测定是一项重要的临床检查顶目。中医更将扪脉作为诊治疾病的主要方法。在中医现代化研究中，对脉搏的分析更为细致，可以分辨出迟脉、数脉、代脉、浮脉、弦脉、滑脉和涩脉等等。其中有以频率之不同而区分的（如迟脉、数脉），有以节律区分的（如结脉、代脉），有以深浅和形态区分的（如弦脉、滑脉、涩脉）等。这就要求在设计脉搏传感器时，要对其灵敏度、频响、拾取信号的方向等作认真的考虑。
长春工程学院 高频电子线路课程设计（论文）题目：高频小信号放大电路设计 学院：电子与信息工程学院 专业班级：电子0942班 学号：20号、31号、9号、26号 学生姓名： 指导教师： 起止时间：2011.9.22~2011.10.20 电气与信息学院 和谐勤奋求是创新
内容摘要 高频小信号谐振放大电路 摘要:掌握高频小信号谐振放大器的工程设计方法,谐振回路的调谐方法,放大器的各项技术指标的测试方法及高频情况下的各种分布参数对电路性能的影响,表征高频小信号谐振放大器的主要性能指标由谐振频率fo,谐振电压放大倍数Avo,放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1）。 关键词： 1.谐振频率放大器的谐振回路谐振时所对应的频率f0称为谐振频率。 2.电压增益放大器的谐振回路谐振时所对应的电压放大倍数Avo称为谐振放大器的电压增益（放大倍数） 3.通频带由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数Av下降到谐振电压放大倍数Avo的0.707倍时所对应的频率范围称为放大器的通频带BW。 4.矩形系数谐振放大器的选择性可由谐振曲线的矩形系数Kr0.1来表示矩形系数Kr0.1为电压放大倍数下降到0.1Avo时对应的频率范围与电压放大倍数下降到0.707Avo时对应的频率偏离之比。 工作计划： 1.确定电路形式。 2.设置静态工作点。 3.计算谐振回路的参数。 4.确定输入耦合回路及高频滤波电容。
content of marketing plan Resonant frequency small-signal amplifier Abstract: High-frequency small-signal resonance amplifier master of engineering design methods, resonant circuit tuning method, the technical specifications of the amplifier test methods and high-frequency parameters of various distributions in case of impact on circuit performance and characterization of high-frequency small-signal the main performance indicators of the resonant amplifier from the resonant frequency fo, the resonant voltage gain Avo, the amplifier passband BW and selective (usually rectangular coefficient Kr0.1). Keywords: 1 resonant circuit resonant frequency amplifier corresponding to the resonance frequency f0 is called the resonant frequency. 2 the resonant circuit voltage gain of the amplifier corresponding to the resonance voltage gain Avo called resonant amplifier voltage gain (magnification) 3 pass-band frequency selection as the role of the resonant circuit when the frequency deviation from the resonant frequency, the amplifier voltage gain drop, used to call down to the voltage gain Av resonant voltage gain Avo of 0.707 times the frequency range corresponding to known as the amplifier passband BW. 4 rectangular resonant amplifier selectivity coefficient by coefficient Kr0.1 resonance curve of the rectangle to represent a rectangle for the voltage gain coefficient Kr0.1 down to 0.1Avo corresponding to the frequency range and voltage gain drops to 0.707Avo the frequency corresponding to deviation of the ratio. Work plan: 1 to determine the circuit form. 2 set the quiescent operating point. 3 calculate the resonant circuit parameters. 4 Make sure the input coupling loop and high frequency filter capacitor. 设计任务说明