仪器仪表电路设计与实训-仪器仪表电路设计与实训参考.doc

《》?20mm范围时 （铁芯由中间平衡位置往上为正，往下 为负），其输出的信号为正弦信号为 0—40mVP-P（如图所示），要求将信号 处理为与位移对应的0—?2V直流信号， 以便供三位半数显表头显示。 要求完成的主要任务: 设计方案与分析（可供选择的两种以上方案的比较和选择论证）； 各个模块电路原理图的设计（三位半数显部分选做，做者加分）； 各个模块电路参数的计算（必要的设计计算，元器件型号及数值选择等）； 各个模块电路仿真（要求至少其中一个模块电路仿真成功）； 完整的设计说明书（4000汉字以上），要符合我校课程设计说明书要求的格式规范，参考文献不少于5篇； 一张符合有关标准的完整电路原理图（A3以上，画在正规图纸上）和详细器件清单； 鼓励用电路CAD软件设计电路原理图。 时间安排： 序号 设计内容 所用时间 1 周 2 周 3 周周合 计 周 图2-1 总体电路图 方案二:先通过一个同相串联双运放高共模抑制比放大电路，然后通过一个开关检波电路对其进行检波，最后通过一个低通滤波器进行滤波，最后达到恒定的电压。 方案分析：由于传感器在测量现场，用长线将信号引出到信号处理单元，因此要考虑抑制共模信号，同相放大器不能抑制共模电压，而且相对精密检波电路来说，开关式检波电路更简单一些，因此我选择了方案二。 2.2 原理分析 由传感器得到的正弦电压信号，首先通过一个差动放大器对其进行放大，然后用相敏检波电路对其进行检波，再通过低通滤波器对其进行滤波，最后通过三位半数显头显示出来。 传感器 差动放大 相敏检波 数显 低通滤波 图2-1 原理图 3 单元电路设计 3.1 差动放大电路 由于来自传感器的信号通常伴随着很大的共模电压，所以采用差动输入集成运算放大器来抑制它，但是必须要求外接电阻完全平衡对称、运算放大器具有理想特性。下图3-1为同相串联双运放高共模抑制比电路图。 图3-1 同相串联型放大电路 如图中取R2=R3=1KΩ,根据下列公式 3-1 3-2 3-3 去掉共模电压，得 3-4 放大200倍，所以R1=R4=199KΩ. 这种电路采用了两个同相输入的运算放大器，很好的抑制了共模电压。 3.2 开关式相敏检波电路 由于包络检波原理简单、电路简单，在电路中有广泛的应用。但是磁心由它的平衡位置向上或向下移动同样的量，传感器的输出信号幅值相同，只是相位差180°，从包络检波电路的输出无法确定磁心上下移动，而且包络检波本身不具有区分不同载波频率信号的能力，所以我选择了相敏检波，在相敏检波里开关式类的相敏检波电路比较简单，因此选择了开关式的。用相敏检波需要一个载波信号，载波信号需要和调幅信号有相同的频率，所以我用一个过零比较器来产生方波信号。下图3-2为开关式相敏检波图。 图3-2 开关式相敏检波 取R1=R2=R5=5KΩ,在为正的时候，同相输入端被接地，只从反相输入端输入，放大器的倍数为-1，在为0的半周期,V截至，同时从同相和反相输入端输入，放大的倍数为+1。 3.3 低通滤波器 由于位移传感器产生的调试信号的频率比较低，约为30Hz左右。而低通滤波器容许低频信号通过，但减弱或减小频率高于截止频率的信号的通过。RC滤波器具有电路简单、抗干扰性能强，有较强的低频性能，电阻、电容元件标准、易于选择的特点。因此，在测试电路中，我选用一阶有源RC低通滤波器。理想低通滤波器器能够让零频（即直流）到截止频率fc之间的所有信号毫无损失的通过，而高于截止频率fc的所有信号都将消失。滤波电路图如下3-3。 图3-3 一阶有源RC滤波电路 取R5=5KΩ,=30Hz,根据公式 3-5 求得C=1uF. 4 电路调试与仿真 按单元电路在Multisim中连线进行仿真，下面是仿真的电路