基于NE5534運(yùn)算放大器的頻率補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)

　　本次設(shè)計(jì)是在詳細(xì)分析所給模擬模塊與設(shè)計(jì)任務(wù)的基礎(chǔ)上，采用NE5534運(yùn)算放大器作為核心芯片來(lái)構(gòu)造頻率補(bǔ)償電路從而達(dá)到頻率補(bǔ)償?shù)淖饔玫?。頻率補(bǔ)償電路由頻帶擴(kuò)展電路和低通濾波器組成，電路頻率補(bǔ)償運(yùn)用了自動(dòng)控制原理、模擬電子線路、信號(hào)與系統(tǒng)等的相關(guān)知識(shí)分析通過(guò)改變?cè)M傳感器特性的電路模塊的零極點(diǎn)分布實(shí)現(xiàn)提高-3dB高頻截止頻率，并通過(guò)matlab仿真計(jì)算出正確的系數(shù)保證輸入基準(zhǔn)信號(hào)在通頻帶范圍內(nèi)并且無(wú)失真輸出。通過(guò)以上分析得出補(bǔ)償電路由放大電路以及兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)構(gòu)成，通過(guò)并聯(lián)補(bǔ)償?shù)姆绞接靡粋€(gè)加法器將三部分相加即可將頻率拓展至100kHz并且達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，最后通過(guò)一個(gè)反相放大器進(jìn)行信號(hào)的放大使幅度達(dá)到要求。

　　1.2頻率補(bǔ)償電路

　　方案一：自動(dòng)增益控制（AGC）

　　自動(dòng)增益控制電路可以使放大電路的增益自動(dòng)地隨信號(hào)強(qiáng)度而調(diào)整，它擁有自動(dòng)控制穩(wěn)定輸出的能力，可以把所給的模擬傳感器特性的電路模塊的衰減幅度以穩(wěn)定的電壓來(lái)輸出，可以通過(guò)放大電路來(lái)提升已經(jīng)衰減了的電壓之后可以通過(guò)低通濾波器來(lái)達(dá)到截止頻率的要求，這樣就可以實(shí)現(xiàn)我們所需要的頻率補(bǔ)償功能。

　　方案二：系統(tǒng)傳遞函數(shù)及零極點(diǎn)并聯(lián)補(bǔ)償法

　　計(jì)算出模擬模塊的傳遞函數(shù)H0（s），通過(guò)整個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)H（s）可以計(jì)算出我們需要設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)的傳遞函數(shù)H1（s），根據(jù)H1（s）的特性得出頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電路結(jié)構(gòu)。由所給題目可以知道總體的系統(tǒng)等效于一個(gè)低通濾波器，可以得出頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)部分主要是低通濾波器。信號(hào)經(jīng)模擬模塊部分可變?yōu)榉茸兓^小的信號(hào)，通過(guò)計(jì)算可以得出頻率補(bǔ)償電路為一個(gè)放大環(huán)節(jié)與兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)并聯(lián)輸入加法器疊加后的信號(hào)在之后經(jīng)過(guò)放大器放大便可以輸出符合要求的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償。 方案三：零極點(diǎn)串聯(lián)補(bǔ)償法

　　計(jì)算出模擬模塊的傳輸函數(shù)H0（s），推算出系統(tǒng)增益為常量時(shí)的頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)H2（s），根據(jù)H2（s）的特性算出頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電路結(jié)構(gòu)。將其轉(zhuǎn)換為幾個(gè)系統(tǒng)相乘的形式，然后分別構(gòu)造各個(gè)乘積項(xiàng)所對(duì)應(yīng)的電路系統(tǒng)，將它們通過(guò)串聯(lián)的模式連接并放大同樣可以使輸出符合要求的信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償。

　　方案論證：

　　從理論上看，方案一輸出幅度的文波系數(shù)較小，信號(hào)穩(wěn)定，可以更好的實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，但由于方案一容易產(chǎn)生自激振蕩，且要求輸入的控制信號(hào)十分穩(wěn)定；方案三在理論上與實(shí)際電路中都比較難實(shí)現(xiàn)；方案二在理論計(jì)算與實(shí)際電路的設(shè)計(jì)中都比方案二要容易實(shí)現(xiàn)，并且在方案二中利用NE5534運(yùn)算放大器完全可以達(dá)到要求。

　　綜合考慮以上幾種情況，我們選擇了方案二，即零極點(diǎn)的并聯(lián)頻率補(bǔ)償法。

　　2、硬件電路設(shè)計(jì)

　　2.1、 模擬電路模塊設(shè)計(jì)

　　由所給題目可以知道該模塊是模擬某傳感器特性的電路模塊，在運(yùn)算放大器的選擇上我們選擇的是NE5534，其完全可以滿足本次的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)在電阻的選擇上選擇誤差較小的電阻。在輸入端利用撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)選擇接地與接輸入信號(hào)源。其原理圖如下圖3

　　2.2、 頻率補(bǔ)償電路

　　由題目要求可以知道模擬電路模塊的截止頻率為kHzk5.05.4?，要求將截止頻率擴(kuò)展提高到50kHz或者100kHz，即頻率補(bǔ)償電路要改變模擬電路模塊衰減的幅度，通過(guò)信號(hào)與系統(tǒng)及自動(dòng)控制原理的相關(guān)知識(shí)可以知道，我們可以通過(guò)改變系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)來(lái)達(dá)到頻率補(bǔ)償?shù)墓δ埽湎到y(tǒng)框圖入下圖3所示

　　圖 3頻率補(bǔ)償電路系統(tǒng)框圖

　　2.3、 設(shè)計(jì)原理

　　在本次的設(shè)計(jì)中，根據(jù)題目的要求，從系統(tǒng)的傳遞函數(shù)出發(fā)，通過(guò)計(jì)算增加新的零極點(diǎn)，改變?cè)瓉?lái)的零極點(diǎn)以達(dá)到改變整個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的目的來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

　　在設(shè)計(jì)中，我們利用逆系統(tǒng)的思想，采用零極點(diǎn)對(duì)消，將原來(lái)系統(tǒng)先通過(guò)逆系統(tǒng)變成理想傳輸將已知的模擬電路模塊看作一個(gè)系統(tǒng)H0（s），H1（s）是我們需要設(shè)計(jì)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，最終我們需要實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能的傳遞函數(shù)為H（s），整個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為H（s）=H0（s）H1（s），則補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為