1、地球物理仪器课程设计,柯式镇,课程设计内容,设计一： 基于集成运算放大器的交流放大电路设计与仿真实验（4学时） 1.同相和反相放大电路设计与仿真实验； 2.高倍数放大电路设计与仿真实验。 设计二： 测量信号滤波电路设计与仿真实验（6学时） 1.无源滤波电路设计与仿真实验； 2.有源滤波电路设计与仿真实验。 设计三： 相位检波与有效值检测电路设计与仿真实验（6学时） 1.相位检波电路设计与仿真实验； 2.交流信号有效值检测电路设计与仿真实验。 设计四： 脉冲宽度计数法测量电路设计与仿真实验（12学时） 1.脉冲宽度计数法测量电路设计与仿真实验。,设计一： 交流放大电路设计,1.设计一同相放大器,
2、闭环增益为100; 2.设计一反相放大器,闭环增益为100; 3.设计一由两级串接的高倍数放大电路,其增益为10000。,基础知识介绍, 比例运算电路, 积分电路, 微分电路, 减法电路, 加法电路,为提高精度，一般取,1. 比例运算电路,电压并联负反馈,由第7章可知，电路为负反馈电路。,即电路处于深度负反馈条件下，虚短和虚断成立。,（1）反相比例运算电路,利用虚短和虚断得,(1)运算放大器输入端无共模信号;(2)运算电路输入电阻较小,由于运放的增益一般有 ，,所以,输出与输入反相,1. 比例运算电路,电压串联负反馈,（2）同相比例运算电路,利用虚短和虚断得,运算放大器输入端有共模信号运算电路
3、输入电阻很大,输出与输入同相,电压跟随器,2. 加法电路,根据虚短、虚断和N点的KCL得：,若,则有,（加法运算）,输出再接一级反相电路,可得,3. 减法电路,第一级反相比例,第二级反相加法,（1）利用反相信号求和以实现减法运算,即,当 时,得,（减法运算）,从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。,（2）利用差分式电路以实现减法运算,当,则,若继续有,则,根据虚短、虚断和N、P点的KCL得：,设计二:测量信号滤波电路设计,1.设计一中心频率为1kHz的无源滤波电路； 2.设计一中心频率为1kHz的二阶有源滤波电路,其中心频率处的增益为1。,滤波器：是一种能使有用频率信号通过而同时
4、抑制或衰减无用频率信号的电子装置。,有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。,滤波电路传递函数定义,时，有,其中, 模，幅频响应, 相位角，相频响应,时延响应为,基础知识介绍,低通滤波器 低频通过，高频衰减 从0f2频率之间，幅频特性平直，它可以使信号中低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过，而高于f2的频率成分受到极大地衰减。,低通（LPF） 高通（HPF） 带通（BPF） 带阻（BEF）,分类,2) 高通滤波器 低频衰减，高频通过与低通滤波相反，从频率f1，其幅频特性平直。它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过，而低于f1的频率成分将受到极大地衰减。,3) 带通滤波器 通带内通过，通带外
5、衰减它的通频带在f1f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分可以不受衰减地通过，而其它成分受到衰减。,4) 带阻滤波器 通带内衰减，通带外通过与带通滤波相反，阻带在频率f1f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减，其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过。,1)一阶RC低通滤波器 RC低通滤波器的电路及其幅频、相频特性如下图所示。,1 无源滤波电路,2)一阶RC高通滤波器 RC高通滤波器的电路及其幅频、相频特性如下图所示。,当f很小时，A(f)=0，信号完全被阻挡，不能通过；当f很大时，A(f)=1，信号不受衰减的通过。,3) RC带通滤波器 带通滤波器可以看作为低通滤波器
6、和高通滤波器的串联，其电路及其幅频、相频特性如下图所示。,极低和极高的频率成分都完全被阻挡，不能通过；只有位于频率通带内的信号频率成分能通过。,R,R,C,C,+,+,一阶低通有源滤波器：,电压放大倍数,通带电压放大倍数,可见：一阶低通有源滤波器与无源低通滤波器的通带截止频率相同；但通带电压放大倍数得到提高。,缺点：一阶低通有源滤波器在 f f 0 时，滤波特性不理想。对数幅频特性下降速度为 -20 dB / 十倍频。,解决办法：采用二阶低通有源滤波器。,图 7.1.3,2 有源滤波电路,(1)低通滤波器(LPF),输入电压经过两级 RC 低通电路，在高频段，对数幅频特性以 -40 dB /十
7、倍频的速度下降，使滤波特性比较接近于理想情况。,图 7.1.4,二阶低通有源滤波器（压控电压源型）,20dB/十倍频,40dB/十倍频,一阶、二阶低通有源滤波电路幅频特性的比较：,理想特性,图 7.1.5 低通滤波器的幅频特性,可见高通滤波电路与低通滤波电路的对数幅频特性互为“镜像”关系。,二阶有源高通滤波器（压控电压源型）,图 7.1.7,(2) 高通滤波器(HPF),带通滤波器的典型电路,中心频率,通带电压放大倍数,图 7.1.9,比例系数,(3) 带通滤波器(BPF),最好R2=R,带阻滤波器的典型电路,中心频率,通带电压放大倍数,图 7.1.11,(4) 带阻滤波器(BEF),设计三:
8、相位检波与有效值检测电路设计,1.设计一相位检波电路； 2.设计一交流信号有效值检测电路。,相敏检波电路,在精密整流电路后面加一个低通滤波器即可。, 半波整流电路,精密整流电路，它可将毫伏级的正弦信号转换成半波输出。,当 （正半周）时，D1导通，D2截止，输出电压:当 （负半周）时，D1截止，D2导通，输出电压:, 精密全波整流电路（绝对值电路）,如果需要对小信号进行绝对值运算，可采用图3.2.13所示电路。在电路中，电阻元件选择R1=R2=R4=R，R5=R/2，R6=nR。,当 （正半周）时，二极管D2截止，D1导通， 故,当 （负半周）时，二极管D1截止，D2导通， 故,可见输出形成全波整流。同理，若将D1、D2极性反接，可得到输出极性相反的全波整流。,设计四:脉冲宽度计数法测量电路,1.设计一个对一个脉冲宽度进行填充法计数的时差测量电路。,标准时钟脉冲信号源,计数器,LED显示,时差信号发生器,延迟,清零,控制计数开始和结束,原理框图,74LS192,CC40192是同步十进制可逆计数器，具有双时钟输入，并具有清楚和置数等功能。,D0、D1 、D2、D3计数器输入端 Q0、Q1、Q2、Q3数据输出端 CR清除端,
