用于微弱交流电压信号的精密整流电路设计燕山大学

1、燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书第一章 模块电路本实验的目的是掌握微弱交流电压信号的放大，整流，滤波，检测外部物理信号的传感器所输出的电信号通常是很微弱的交流信号。对于这些能量过于微弱的信号，既无法直接显示，也很难作进一步分析处理。许多测量仪器的测量电路经常是将这种微弱信号进行放大、整流，然后测量。本文介绍能对这种微弱信号进行放大、全波整流和滤波成直流信号的电路，灵敏度较高，基本满足了检测要求。1.1 交流电路正弦交流电的表达式如下，其曲线如图2.1-1所图1.1-1 正弦交流电电压电流图由此可见，正弦交流电的特征表现在整弦交流电的大小、变化快慢及初始值三方面。而它们分别由幅值（或有

2、效值）、频率（或周期）和初相位来确定。所以幅值、频率、初相位被称为正弦交流电的三要素。1.2 整流电路模块整流电路的作用是把交流电转换成直流电，严格地讲是单方向大脉动直流电，而滤波电路的作用是把大脉动直流电处理成平滑的脉动小的直流电。整流原理：利用二极管的单向导电性可实现整流。如下我们分为半波整流和全波整流半波整流：如下图所示为半波整流器件。图1.2-1 半波整流器件半波整流电路：半波整流是一种利用二极管的单向导通特性来进行整流的常见电路，除去半周、剩下半周的整流方法，叫半波整流。作用是将交流电转换为直流电，也就是整流。 图 1.2-2 半波整流器(1) : 正的输入使导通，因此在环运算放大器

3、产生一个负反馈。利用虚地原理可得=0。这表明将运算放大器的输出箝位在。另外，截止，因此没有电流流过，(2) ：负的输入使运算放大器的输出为正，导通。这样得到另一条经过和的负反馈通路，它仍能确保。显然，此时截止，因此从运算放大器流出，流向的电流等于v1从R1处吸收的电流，或 由此可得: （1.2.1）另外 （1.2.2）我们得到半波整流图如下图所示。图1.2-3 半波整流图如上图所示我们可以看到半波整流后的效果图。1.3 全波整流模块全波整流是一种对交流整流的电路。在这种整流电路中，在半个周期内，电流经过一个整流器件（比如晶体二极管），而在另一个半周内，电流流经第二个整流器件，并且两个整流器件的

4、连接能使流经它们的电流以同一方向流过负载。全波整流整流前后的波形与半波整流所不同的，是在全波整流中利用了交流的两个半波，这就提高了整流器的效率，并使已整电流易于平滑。因此在整流器中广泛地应用着全波整流。在应用全波整流器时其电源变压器必须有中心抽头。无论正半周或负半周，通过负载电阻的电流方向总是相同的。如下图所示，为全波整流器件。图1.3-1 全波整流器件下面为全波整流器件的原理：图 1.3-2 精密全波整流器一种产生信号绝对值的方法是将信号本身和它的反相半波整流信号以1比2的比例组合在一起，如图1所示。这里进行反向半波整流，以1比2的比率对和HWR输出求和，可获得= - （/） -（/）。由于

5、0时，= - （/）和0V （1.3.1）= - ， 50Hz，满足要求。第三章 电路图及仿真结果3.1 电路设计图由上面的模块电路分析以及需要用的到的元器件我们设计了如下电路图，并且运用Multisim进行仿真。电路图如下图所示。图3.1-1 设计电路图3.2 Multisim仿真结果图3.2.1 整流滤波电路图如下图所示：图3.2-1 整流滤波电路图3.2.2输入10mv时仿真结果图：图3.2-2 输入10mv时仿真结果图3.2.3 输入50mv时仿真结果图 32-3 输入50mv时仿真结果图3.2.4输入100mv时仿真结果图：3.2-4 输入100mv时仿真结果图第四章 PCB板的设计

6、如下我设计了pcb板子，运用Altium designer 软件如下图所示，分上面两面将2D视图进行展示：图4.1-1pcb板正面视图图4.1-2 pcb板背面视图第五章 实验结果分析当输入电压为10mV时，电路稳定后输出结果为4.261mV，基本满足设计要求；当输入电压为50mv时，电路稳定后输出结果为1.111V，满足设计要求；当输入电压为100mV时，电路稳定后输出结果为2.495V，计算（2.5-2.495）/2.5=0.2%,误差为0.2%，满足设计要求。 心得体会（1）本次课程设计，开始两天主要是查询有关关于课题方面的资料，并且学习Multisim软件的使用，之后我用Multisi

7、m软件仿真模拟了交流电路，整流滤波电路，放大电路，偏置电路等等，由于我个人能力有限，在调试测量电路时，发现输出的电压有很大区别，综合各方面的考虑，最终选择了简单方便的运算放大器测量电路。确定好电路之后，我开始对电路参数进行调试，并运用课本知识计算得出的数值是否合适。最后开始分析电路，得出处理方法和结果，最后撰写课程设计说明书。（2）这次课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，经过一周的课程设计，它不仅是巩固了之前所学的知识，加深了对学过的知识的印象，锻炼了我运用课本基础理论基础与解决实际问题相结合的能力，锻炼了我的动手操作能力，使我对课本的基础知识有了更深一步的了解，也使我熟悉了Multisim软件和mathtype软件以及Altium designer软件的使用，使我以后可以利用此软件模拟课本自己不懂的电路，为以后的学习打下了基础。在完成课