本次設(shè)計是在詳細(xì)分析所給模擬模塊與設(shè)計任務(wù)的基礎(chǔ)上，采用NE5534運算放大器作為核心芯片來構(gòu)造頻率補償電路從而達(dá)到頻率補償?shù)淖饔玫摹ｎl率補償電路由頻帶擴展電路和低通濾波器組成，電路頻率補償運用了自動控制原理、模擬電子線路、信號與系統(tǒng)等的相關(guān)知識分析通過改變原模擬傳感器特性的電路模塊的零極點分布實現(xiàn)提高-3dB高頻截止頻率，并通過matlab仿真計算出正確的系數(shù)保證輸入基準(zhǔn)信號在通頻帶范圍內(nèi)并且無失真輸出。通過以上分析得出補償電路由放大電路以及兩個慣性環(huán)節(jié)構(gòu)成，通過并聯(lián)補償?shù)姆绞接靡粋€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)計的要求，最后通過一個反相放大器進(jìn)行信號的放大使幅度達(dá)到要求。

　　1.2頻率補償電路

　　方案一：自動增益控制（AGC）

　　自動增益控制電路可以使放大電路的增益自動地隨信號強度而調(diào)整，它擁有自動控制穩(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)定的電壓來輸出，可以通過放大電路來提升已經(jīng)衰減了的電壓之后可以通過低通濾波器來達(dá)到截止頻率的要求，這樣就可以實現(xiàn)我們所需要的頻率補償功能。

　　方案二：系統(tǒng)傳遞函數(shù)及零極點并聯(lián)補償法

　　計算出模擬模塊的傳遞函數(shù)H0（s），通過整個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)H（s）可以計算出我們需要設(shè)計的電路系統(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)等效于一個低通濾波器，可以得出頻率補償網(wǎng)絡(luò)部分主要是低通濾波器。信號經(jīng)模擬模塊部分可變?yōu)榉茸兓^小的信號，通過計算可以得出頻率補償電路為一個放大環(huán)節(jié)與兩個慣性環(huán)節(jié)并聯(lián)輸入加法器疊加后的信號在之后經(jīng)過放大器放大便可以輸出符合要求的信號，實現(xiàn)頻率補償。 方案三：零極點串聯(lián)補償法

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

　　方案論證：

　　從理論上看，方案一輸出幅度的文波系數(shù)較小，信號穩(wěn)定，可以更好的實現(xiàn)頻率補償，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十分穩(wěn)定；方案三在理論上與實際電路中都比較難實現(xiàn)；方案二在理論計算與實際電路的設(shè)計中都比方案二要容易實現(xiàn)，并且在方案二中利用NE5534運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，即零極點的并聯(lián)頻率補償法。

　　2、硬件電路設(shè)計

　　2.1、 模擬電路模塊設(shè)計

　　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)計要求，同時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關(guān)來選擇接地與接輸入信號源。其原理圖如下圖3

　　2.2、 頻率補償電路

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

　　圖 3頻率補償電路系統(tǒng)框圖

　　2.3、 設(shè)計原理

　　在本次的設(shè)計中，根據(jù)題目的要求，從系統(tǒng)的傳遞函數(shù)出發(fā)，通過計算增加新的零極點，改變原來的零極點以達(dá)到改變整個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的目的來達(dá)到設(shè)計的目標(biāo)。

　　在設(shè)計中，我們利用逆系統(tǒng)的思想，采用零極點對消，將原來系統(tǒng)先通過逆系統(tǒng)變成理想傳輸將已知的模擬電路模塊看作一個系統(tǒng)H0（s），H1（s）是我們需要設(shè)計的補償網(wǎng)絡(luò)，最終我們需要實現(xiàn)的系統(tǒng)功能的傳遞函數(shù)為H（s），整個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為H（s）=H0（s）H1（s），則補償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為

　　計算出式（2）中各個參數(shù)之后將其輸入matlab中，利用residue語句將其部分分式展開成為幾個分式相加的形式。這樣補償系統(tǒng)可以用三個簡單的系統(tǒng)的并聯(lián)來表示，經(jīng)過計算可以得到頻率補償系統(tǒng)是由一個放大系統(tǒng)以及兩個慣性系統(tǒng)的并聯(lián)，這三個系統(tǒng)都可以用運算放大器來實現(xiàn)，并聯(lián)可以通過加法器來實現(xiàn)。其系統(tǒng)框圖如圖3所示。

　　2.5電路圖實現(xiàn)

　　通過計算可以得到頻率補償電路由一個放大環(huán)節(jié)以及兩個慣性環(huán)節(jié)相加得到，并聯(lián)可以通過加法器得以實現(xiàn)，所以頻率補償部分的電路圖如下圖6所示

　　圖 6頻率補償系統(tǒng)電路圖

　　圖6的頻率補償電路可使輸出信號的頻率達(dá)到題目要求，在這之后將其輸出信號通過一個反相放大器后可使其幅度達(dá)到題目要求。反相放大電路如下圖7所示

　　3、系統(tǒng)調(diào)試及數(shù)據(jù)分析

　　（1） 測試條件

　　環(huán)境溫度25℃

　　（2）測試儀器 1） 直流穩(wěn)壓電源

　　2） DDS函數(shù)信號發(fā)生器 3） 數(shù)字萬用表 4）

　　通用雙蹤示波器

　　（3） 測試方法

　　? 首先測試所給模擬電路模塊是否達(dá)到所給指標(biāo)

　　1） 調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器，使其輸出頻率為200Hz，峰峰值為10V的信號，將此信號輸入所給模擬模塊中利用示波器檢測所給模擬電路模塊輸出信號，并且觀察是否失真，記錄下當(dāng)前輸出幅值；

　　2） 由記錄的輸出電壓幅值乘以0.707得出-3dB帶寬電壓，通過信號發(fā)生器調(diào)節(jié)輸入信號頻率后通過示波器測試其-3dB帶寬并記錄數(shù)據(jù)；經(jīng)測量，輸出信號無明顯失真，-3dB帶寬為4.708kHz，達(dá)到題目要求 ? 接著測試頻率補償電路是否達(dá)到指標(biāo)

　　1） 調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器，使其輸出頻率為200Hz，峰峰值為10V的信號，將其輸入模擬電路模塊、頻率補償電路和反相放大器中，調(diào)節(jié)放大器使電壓增益達(dá)到1±0.5的條件，并且記錄下當(dāng)前的幅值；

　　2） 由記錄下的幅值乘以0.707得到-3dB帶寬電壓，調(diào)節(jié)R1，R2，R3，R4記錄下A（f）的波動情況及-3dB截至頻率變化情況，記錄如下表格1；

　　3） 通過調(diào)節(jié)所得的R1，R2，R3，R4的變化情況調(diào)節(jié)電位器得到A（f）的波動情況及-3dB截至頻率變化情況最好的值后測試頻率特性，記錄數(shù)據(jù)如下表格2；

　　4）將撥碼開關(guān)切換到接地端，通過示波器測量輸出波形，計算出噪聲均方根電壓，記錄到表2

　　4. 誤差分析

　　可能有以下幾個原因會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差：

　　1） 外界的環(huán)境因素與內(nèi)部電路影響會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差； 2） PCB圖在布線中也會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差； 3） 示波器與函數(shù)信號發(fā)生器本身存在誤差

　　5 參考文獻(xiàn)

　　謝自美，《電子線路設(shè)計?實驗?測試》（第三版）。華中科技大學(xué)出版社，2011 康華光，《電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第五版）。高等教育出版社，2005