传感器转换电路仿真及电荷放大器转换电路设计.（范文模版）

第一篇：传感器转换电路仿真及电荷放大器转换电路设计.（范文模版）

燕山大学

课 程 设 计 说 明 书

题目： 传感器转换电路仿真及电荷放大器转换电路设计

学院（系): 年级专业： 学 号： 学生姓名： 项昕 指导教师： 陈 颖 朱丹丹 教师职称： 副教授 讲 师

第一章

摘要

摘要 电荷放大器由电荷变换级、适调级、低通滤波器、高通滤波器、末级功放、电源几部分组成。电荷放大器可配接压电加速度传感器。其特点是将机械量转变成与其成正比的微弱电荷Q，而且输出阻抗Ra极高。电荷变换级是将电荷变换为与其成正比的电压,将高输出阻抗变为低输出阻抗。本文介绍了一种电荷放大器的设计结构及其工作原理,阐述了实验样机的工作模式,给出了实验样机的实验结果。

关键词。压电传感器；电荷放大器；放大器设计

第二章 引言

引言 随着现代科学技术的迅猛发展，非电物理量的测量与控制技术已越来越广泛地应用于航天、交通运输、机械制造、自动检测与计量等技术领域，而且也正在逐步引入人们的日常生活中。非电物理量的测量和控制技术会涉及大量的振动信号，在实际生活中振动信号的大小经常用加速度来度量，加速度一般通过压电加速度传感器进行测量。它能将传感器输出的微弱电荷信号变换成放大了的电压信号，同时又能将传感器的高阻抗输出变换成低阻抗输出。压电加速度传感器的输出需经电荷放大器进行变换（即电荷．电压转换），方可用于后续的放大、处理，因此电荷放大器是加速度测量中必不可少的二次仪表，设计性能良好的电荷放大器具有重要意义

第三章 基本原理

1、工作原理分析

图1 是压电传感器与电荷放大器连接的等效电路[2 ].图中Ca 为压电传感器等效电容, Cc 为连接电缆电容, Ci 为放大器的输入电容, Ra 为压电传感器的绝缘漏电阻, Ri 为运算放大器的输入阻抗, Cf 是放大器的反馈电容, Rf 为并联在反馈电容两端的漏电阻.在电荷放大器中采用电容负反馈, 对直流工作点相当于开路,对电缆噪声比较敏感, 故放大器零漂较大而产生误差,为减小零漂,使放大器工作稳定, Rf 选阻值非常高的电阻(约101010 数量级所以有(1 + A)Cf》 Ca + Cc + Ci ,此时Ca、Cc 和Ci 均可忽略不计,当Ra、Ri 和Rf

相当大时,放大器的输出电压可写为

U0=

AQQ

(2)(1A)CfCf从式(2)可以发现,在使用电荷放大器的测量系统中,电荷放大器的输出电压U0 与电荷Q 成正比,与电缆电容Cc 无关,与信号的频率也没有关系.-4

输出波形

4.2差动放大电路

原理：差分放大器也叫差动放大器是一种将两个输入端电压的差以一固定增益放大的电子放大器，有时简称为“差放”。

放大倍数A=R3R1

输出电压U0=（U1-U2）R3R1=（120-118）21=4V 输出电压

输出波形

4.3交流电桥电路

原理：在交流电桥中，四个桥臂由四个阻抗元件，每个阻抗元件由一个电容和一个电阻并联组成，当电容值变化时引起阻抗变化，从而使输出电压发生变化，后面接比例放大电路将输出信号放大一定的倍数。

所以，输出电压Uo=Ui*1/4*(ΔZ/Z)*(-R7/R8)=Ui*1/4*(ΔC/C)*(-R7/R8)

电压U2

输出电压U1

4.5整流电路

原理：e2为正半周时，对D1、D3和方向电压，Dl，D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路，在Rfz，上形成上正下负的半波整流电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成e2、D2Rfz、D4通电回路，同样在Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。

输出波形

4.6二阶低通滤波器

原理：它由两节RC输入端之间通过C2引入一个正反馈。在不同的频段，反馈的作用效果也有很大的不同，当信号频率f<

>pf时(pf为截止频率)虽然1C的容抗很小，但由于2C的容抗很小，使得集成运放同相输入端的信号也很小,输出电压必然也很小。所以只允许低频率信号通过.输出波形

4.7电荷放大器

原理:在高频时，电路中各电阻（Ra、Ri、Rf）的值大于各电容的容抗，以上略去Ra、Ri和Rf讨论电路特性是符合实际情况的。电荷放大器的频率响应上限主要取决于运算放大器的频率特性。

在低频时，Ra、Ri与1/jwCc、1/jwCi相比仍可忽略。但Rf与1/jwCf相比就不能忽略了。此时电荷放大器输出电压为

Uo=-jwQ/(1/Rf+jwCf)

（3-8）

上式表明，输出电压Uo不仅与Q有关，而且与反馈网络的原件参数Cf、Rf 和传感器信号频率w有关，Uo的幅值为

Uo=-wQ/[(1+ Rf)²+w²Cf²]½

（3-9）由此可得，电荷放大器的3dB下限截止频率为

（3-10）

低频时，输出电压Uo与输入电荷Q之间的相位差为

φ=arctan[(1/Rf)/wCf]=arctan(1/wRfCf)

（3-11）在

截止频率处φ=45°。

输出波形

-***81920-

第二篇：放大器电路设计学习心得

负反馈放大器电路学习心得

反馈深度

如图1所示的反相（左）和同相（右）电路中，反馈深度的表达式为FZfZs3V10ZL0V13ZL021Zs2Zf1Zf。

ZsZf0

图1放大器同相与反相接法

虚短的条件

F|1是虚短成立的必要条件。所以如图2的电路中，由于F=|AopenRs0，RsRf因此虚短不成立，此时的放大器类似于比较器。从输入输出波形可以知道，放大器同相端的电位和反相端不相同，输出（蓝色）变为方波。

Zf+XSC1_A2V1ZL001+_B+Ext Trig_

图2“虚短”成立条件测试 跟随器的反馈深度最大

任何放大电路都是反馈量越大，越容易发生振荡。而且，输出有电容连接时，振荡的可能性还会增加。跟随器的反馈深度最大，为全反馈，此时F1，输出全部反馈到输入端。

1++_XSC1A3V1ZL0_B0+Ext Trig_

图3反馈深度最大的跟随器电路

零点与极点—感性认识

问题的提出

电路中经常要对零极点进行补偿，想问，零点是由于前馈产生的吗？它产生后会对电路造成什么样的影响？是说如果在该频率下，信号通过这两条之路后可以互相抵消还是什么？？极点又是怎么产生的呢？是由于反馈吗？那极点对电路的影响又是什么？产生振荡还是什么？？

对于零点，个人认为零点的产生是与前馈有关，前馈路径与主信号通路的叠加以及相消产生了零点，当叠加时产生左半平面零点有助于稳定性，当相消时产生右半平面零点，这对系统的稳定性很不利，因此要抵消它。并不是所有的前馈都会产生零点，要看它前馈入径是否有并联的电阻。零点的产生

零点可以由两条环路产生，原理是两条环路的滞后不同时，就形成了相对的前馈。也可以由电阻串电容产生，其实说到底都是相位超前的原因。零点在CMOS中往往是由于信号通路上的电容产生的，即信号到地的阻抗为0，在密勒补偿中，不只是将主极点向里推，将次极点向外推（增大了电容），同时还产生了一个零点（与第三极点频率接近）。

极点的产生与影响

极点又是怎么产生的呢？是由于反馈吗？那极点对电路的影响又是什么？产生振荡还是什么？？

极点决定的是系统的自然响应频率，通常在电路中就是对地电容所看进去的R和对地电容C共同决定的。

极点的产生就是由于引入电容与电阻的并联，产生极点的频率就是1/RC。这个与反馈无关，虽然反馈可以产生极点，但是，并不是所有的极点都是反馈产生的。

极点从波特图上看两个作用：延时和降低增益，在反馈系统中作用就是降低反馈信号幅度以及反馈回去的时间，所以如果某个节点存在对地电容，必然会对电容充电，同时电容和前级输出电阻还存在分压，所以这个电容会产生极点！极点对OP放大器的增益是以－20 db/dec减小，相移是增加90度。

环路是否震荡，直接原因是环路的相位裕度是否>0。大于则系统稳定，小于０则系统震荡。

极点和环路没有关系，极点只是一个相位滞后，至于经常和环路被一起提到，是因为极点对环路的稳定性有决定性的影响。

其他人的经验

经验上来讲，放大器电路中高阻抗的节点都要注意，这点上即使电容很小，都会产生一个无法忽略的极点。零点一般就不那么直观了，通常如果两路out of phase的信号相交就会产生零点，但这不能解释所有的零点。

极点是由于结点和地之间有寄生电容造成的，零点是由于输入和输出之间有寄生电容造成的，一般输入和输出之间的零极点考虑多一点，主要是因为输入输出有较大的电阻，造成了极点偏向原点。

一般的说，零点用于增强增益（幅度及相位），极点用于减少增益（幅度及相位），电路中零点极点一般是电容倒数的函数（如1/C）。当C变大时，比如对极点来说，会向原点方向变化，造成增益减少加快（幅度及相位）～

一般运放电路的米勒效应电容就是这个原理，当增益迅速下降倒－3dB时，其他的零点极点都还没对系统增益起到啥作用（或作用很小，忽略了），电路就算OK了～你就可以根据自己的需要补上带宽，多少多大的裕度就KO了。

自激振荡的来源与抑制

自激振荡的根本原因在于放大器存在附加相移。在低频时，附加相移主要决定于输入电容、输出电容及发射极旁路电容；高频时，主要决定于极间电容和接线分布电容。

消除自激的指导思想是：希望极点数少些，极点频率拉开些，-20dB/dec段长些。

图4单级阻容耦合放大器的频率特性

放大器自激的判断

的波特图查看：当相移180时，若|AF|0）|1（即20lg|AF从AF，则电

|1时起振，振荡稳定后|AF|1。路不稳定，会产生自激，如图5(a)所示。|AF

|0）|1（即20lg|AF当相移180时，若|AF，则电路稳定，不会产生自激，如图5(b)所示。当然，还要考虑裕度。

图5负反馈放大器幅频特性和相频特性曲线 用示波器或电平表检测：将宽频(或选频)电平表或示波器接于放大器的输出端，观察放大器无输入信号时，其输出是否有信号。

用自制振荡表头检查：表头的制造如图6所示，C1的取值由被测放大器的上限工作频率而定：上限工作频率为10MHz左右时，选10~20pF为宜；上限工作频率小于10MHz时，选20~30pF为宜；当上限工作频率高于10MHz时，选5~10pF。

C1300pF电流表

图6自制振荡表头原理图

用“表头”检查放大器稳定与否的方法：使“表头”的探针触碰放大器的某处（如输出 级的集电极C），同时人为地刺激放大器的另一处(如第一级的基极b)使放大器起振；然后去除刺激，观察电流表的指示是否自动回零。如指示为零，则放大器是稳定的，若指示不为零，则放大器不稳定。

放大器自激振荡的抑制方法

低频振荡是由于各级放大电路共用一个存在较大内阻的直流电源引起的，消除方法是在放大电路各级之间加上“退耦电路”。这种正反馈的形成原因：如图7所示，若直流电源V1存在着较大的内阻r0，当Q1的输入信号瞬时极性为正时，各级输入电压极性如图中标记所示。Ic1和Ic3是相同的，它们流过r0时就会产生瞬时极性为上负下正的交流压降，该压降通过R1、C1及Q2的输入电阻反馈到第二级的输入端，显然此反馈信号与输入信号同相，故形成了寄生正反馈。

6R11-Q1+C12R23+Q2C24-5Q37V1R3r00

图7直流电源的内阻造成寄生正反馈

高频振荡主要是由于安装及布线不合理引起的．对此应从工艺方面着手，如元件布置紧凑、接线要短等；也可以在电路的合适部位找到抑制振荡的最灵敏点，在此处外接合适的电阻电容或单一电容，进行高频滤波。

消除的方法是在放大器中加入高频旁路电容，或加高频相校正网络，要求电容的数值比较小。以形成高频旁路或高频负反馈，对高频信号进行相移，从而破坏自激振荡的条件。

低频自激的抑制方法

低频振荡是由于各级放大电路共用一个直流电源引起的消除方法是在放大电路各级之间加上“退耦电路”，使前后级之间的影响减小。如图8所示，R3一般为几百欧，C1选几十微法或更大。

AR3BR5R4C2GND退藕电容C1R1退藕电阻R2+Q2ER0-Q1-+GNDGNDGND

图8退藕电路

高频校正方法一：利用电容元件

这是一种主极点校正的方法，这是一种采用米勒电容进行补偿的方法，如图9所示。在极点频率最低的一级接入校正电容C，使主极点频率降低，-20dB/dec段拉长，尽量获得单极点结构，以破坏幅度条件，使电路稳定。

|f中的最小转折频率变得更此补偿电容C的引入能使放大器的幅频特性20lg|AF小，这样，幅频特性高频段下降得更快，如图10中特性C所示。

图9放大器引入电容补偿元件消除高频自激

图10引入补偿元件后幅频特性的变化情况

高频校正方法二：利用R、C组成宽带补偿

也叫RC校正(极点—零点校正)，用RC串联网络代替电容C，这一方面使原来的主极

点降低，另一方面引入了一个新的零点，此零点与原来第二个极点抵消，使极点数减少，而且极点也拉开了。如图10中特性RC所示，这种补偿可获得较宽的通频带。其电路如图11所示。

图11采用RC元件消除高频自激

高频校正方法三：反馈电容校正

实际上，这里采用的是米勒补偿方法，如图12所示。如果将电容C并联在相应放大电路中管子的b-c极之间，形成该级的电压并联负反馈，这种校正方法可用较小的电容达到消振目的。这实际上是以附加高频负反馈来降低集成运放在高频段的增益，以使附加相移虽达180°而变成正反馈时，其回路增益被降至小于1。这样，即使放大器在谐波干扰下出现正反馈振荡，因回路增益过小，振荡无法维持，电路也就稳定了。

图12反馈电容消除高频自激

高频校正方法四：利用反馈电容C 进行超前补偿

前面三种方法均属于滞后补偿(校正)，而超前补偿的指导思想是设法将0dB点的相位向前移，破坏其相位条件。这种方法是在放大器反馈电阻中，并接适当容量的反馈电容C，如图13所示。利用反馈电容来校正波特图的曲线形状，使相频特性AFf在频率f0附近向上提升，使|AF|180，见图14所示，从而破坏产生自激振荡的相位条件，达到消除自激振荡的目的。

图13放大器中引入反馈电容进行超前补偿

图14放大器波特图的校正情况

第三篇：词形转换

词形转换

1.fly(过去式)————

2.tell（过去式）———— 3.wrong（对应词）————

4.funny(名词）———— 5.these(单数）————

6.those(单数)————

7.got（原形）————

8.bring（过去式）————

9.send(过去式)————

10.family（复数————

11.son(同音词）————

12.run(过去式/现在分词）———— 13 miss(三单)——————go(过去式)———————— 15 ride(过去式)——————hobby（复数）—————— 17 Canada(形容词)————

carry（过去式）————— 19 special（副词）—————

watch（复数）—————— 21.night(反义词)——————

think（过去式）—————— 23 give（过去式）—————

see(过去式)—————— 24.answer(反义词）————

25.wear（同音词）—————— 26.swim(过去式/现在分词)————————

27.hear(过去式/同音词)————

28.know(同音词/过去式—————————————————— 29 see(同音词)————

really(形容词)—————— 31 pleased（同义词）—————

meet（同音词）—————— 32 write（同音词/过去式）———————————————— 33 address（复数）——————

story（复数）—————— 35 say（过去式）——————

knife（复数）—————— 37 many/much(比较级)__________

Km(全写)____________ 39 people(复数)______________

big(比较级)_______________ 41 here(对应词)______________

country(复数)_____________ 43 Canada（形容词）_________

Mexico(形容词)___________ 45 there(同音词)_____________

building（动词/过去式）__________ 47 lady（复数）______________

clean(反义词)_____________ 49 right(反义词 2个)___________

let’s(完整形式)____________ 51 It’s got(完整形式)____________

come(反义词)_____________ 53 always(反义词)______________

collect(现在分词)__________ 55 photo(同义词)_______________

love(同义词)_______________ 57 difficult(同义词/反义词)_____________ 58 man(复数)__________________

woman(复数)______________ 60 open(反义词)________________

can’t(完整形式)____________ 62 can(过去式)_______________

good(副词)________________ 64 run(过去式)_____________

run(现在分词)____________ 66 have(过去式)____________

have(三单)______________ 68 have(现在分词)__________

第四篇：句子转换

句子转换

1、讲桌上的那束鲜花，正表达着我们对老师的一片深情。（变成反问句）

2、没有革命先烈的流血牺牲，就没有我们今天的幸福生活。（变成反问句）

3、同窗五载的情谊，我们不能忘记。（变成反问句）

4、21世纪图书馆的大门不会关闭。（变成反问句）

5、漓江的水绿得仿佛一块无暇的翡翠。（改为反问句）

6、大家老师热爱自己的祖国。（改为反问句）

7、我是一名少先队员，必须遵守纪律。（改为反问句）

改陈述句

6、难道谁能否认这部电影没有教育意义吗?

7、我们难道能做损人利己的事吗?

8、对违法乱纪的现象，我们难道不严惩吗?

9、人与山的关系日益密切，难道不能不使我们感到亲切、舒服吗?

10、同窗六载的情谊，我们难道能忘记吗?

11、战士们怎能离开自已的阵地呢？

转述句的改法转述句的改法转述句的改法转述句的改法

1.引述是直接引用别人的话，而转述则是转达别人说的话，因此，引述句改为转述句时，说话人即第一人称“ 我 ”要改 为第三人称“ 他 ” 或“ 她 ”。

如：张童说：“我一定要坚持长跑锻炼。”

改：张童说，他一定要坚持长跑锻炼。

2.当引述内容涉及其他人称时的改法。

如：姐姐说：“ 你说得对，我就这样做。”

改：姐姐说，我说得对，她就这样做。

上面的例句中涉及了第二人称，在改为转述句时就应改为 第一人称。还应注意，冒号和引号前的内容不变。

3.转述句改为陈述句，第三人称“ 他 ” 或 “ 她 ”应改 为第一人称“ 我 ”，说话内容涉及第一人称应改为第二人称。

如：老班长说：“ 我没有完成任务，没把你们照顾好。”

改：老班长说，他没有完成任务，没把我们照顾好。

4.再把引述内容改为转述句中，引述内容中如果有“这”，务必在改为转述句中把“这”改为“那”。

如：周总理对何其芳说：“我今天要批这些文件。”

改：周总理对何其芳说，他今天要批那些文件。

练习题：

1、妈妈说：“你要做一个诚实的孩子。”（）

2、老师对我说：“我教你怎么写。”（）

3、老师对王芳说：“学校让你明天出席区小学生座谈会。”

（4、李楠小声告诉我：“我家在少年宫附近。”

第五篇：句式转换

1、这山中的一切，哪个不是我的朋友？（改为陈述句）

2、看了电视剧《亮剑》，很受感动。（修改病句）

3、敌人的神机妙算被我军识破了。（修改病句）

4、老师一直夸耀我们班班风好。（修改病句）

5、中国那时候已经有了自己的工程师。（改为反问句）

6、这是中国人自己修筑的第一条铁路，一定要把它修好。（改为反问句）

7、《怀念母亲》的作者是季羡林写的。（修改病句）

8、我怀念母亲的情绪越来越剧烈。（修改病句）

9、詹天佑是我国杰出的爱国工程师。（修改病句）

10、他这样做是为了调解烦闷的气氛。（修改病句）

11、雾这样大，曹操一定不敢派兵出来。（改为反问句）

12、一万多弓弩手一齐朝江中放箭，箭很多。（改为比喻句）

13、周瑜派来的五百个军士正好来到江边搬箭。（缩句）

14、诸葛亮神机妙算，我不如他。（改为感叹句）

15、我们如果没有老百姓的支持，能有今天这个局面吗？（陈述句）

16、我们吃的穿的，哪一样能离开群众的支持？（陈述句）

17、乐队奏起了中华人民共和国国歌——《义勇军进行曲》。（缩句）

18、警卫员端端正正的向毛主席敬了个礼。（缩句）

19、这比山还高比海还深的情谊，我们怎能忘记？（陈述句）

20、她和妈妈取走了获奖证书。（改为被字句）

21、这是伟大的奇观。（改为感叹句）

22、一个国家，一座城市，能够举办一次奥运会，是一件多么了不起的事情。（改为反

问句）

23、难道你不用蜡烛就不行吗？（改为陈述句）

24、难道他会从柴房里搬回一窝兔子吗？（改为陈述句）

25、秦王我都不怕，会怕廉将军吗？（陈述句）

26、北京的夏天是个美丽的地方。（修改病句）

27、我们在刚劲端庄的方块字里，感受“三国”的英雄豪气。（缩句）

28、看到祖国的变化，谁能不赞叹呢？（陈述句）

29、今天是她第一次参加演讲比赛。她十分沉着。（用关联词合并成一句话）

30、我们要培养自己的写作兴趣和水平。（病句）

31、数学作业他都做完了，只剩下最后一道题还没算出来。（病句）

32、太阳岛的夏天是人们避暑的好地方。（病句）

33、暑假，我阅读了《水浒传》等古典名著，这些名著的内容真是五彩缤纷。（病句）

34、童话故事即使引人入胜，而且给我们有益的启示。（病句）

35、广场上汇集了无数从四面八方来的群众。（缩句）

36、威尼斯是世界闻名的水上城市。（缩句）

37、古老的威尼斯又沉沉的入睡了。（缩句）

38、读了《为人民服务》这篇文章，使我受到了深刻的教育。（病句）

39、飞向遥远的地方，要和爸爸妈妈商量商量。（改为双重否定句）

40、渔夫的妻子桑娜坐在火炉旁补一张破帆。（缩句）

41、我们要养成不读书的好习惯不动笔墨。（病句）

42、我们开会通过并讨论了他的建议。（病句）

43、在抗洪抢险斗争中，许多先进人物的事迹令人一辈子终生难忘。（病句）44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、我们要不断地改进学习方法，增加学习效率。（病句）桃花心木是一种树形优雅，显示出勃勃生机。（病句）上课时，王老师讲了有趣的故事和例子。（病句）“十一”长假期间，很多家庭外出观赏名胜古迹。（病句）在一片欢声笑语中，我了解到这个西瓜不平常的来历。（缩句）这是第一条完全由我国的工程技术人员设计施工的铁路干线。（缩句）满园的鲜花散发出阵阵清香喝多姿的身影。（病句）他今天所有的一切工作都完成了。（病句）一进幼儿园的大门，我就看见一张张可爱的笑脸喝一阵阵动听的歌声。（病句）王老师荣获了“优秀教师”的荣誉。（病句）我们要维护公共场所的清洁。（病句）中国博物馆正在展览明代新出土的文物。（病句）李老师带病给我们上课，我怎么能不感动呢？（陈述句）水浇多了，花能不死吗？（陈述句）说出的话难道可以不算数？（陈述句）你怎么能这么做呢？（陈述句）非洲是一个多姿多彩的世界。（感叹句）这件事你该去做。（反问句）圣玛利亚教堂那学化妆石膏圆顶和螺旋形的尖塔在空中高高地耸立着。（缩句）这是只有虫子们才能演奏出来的音乐。（反问句）天下着雨。（扩句）《红楼梦》是中国的四大古典名著。（病句）我们的祖国历史悠久。（感叹句）瓦尼亚结结巴巴的说：“没有，我把核扔到窗子外面去了。”（第三人称转述句）鸟儿飞翔。（改为拟人句）