传感器测量系统课程设计太原理工大学现代科技.docVIP

模拟电子技术 课程 实验报告 专业班级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 基本摘要及要求： 设计一个放大器系统，当传感器电阻值变化±1%时，放大电路能够产生±6的输出电压。要求偏差为0时输出为0，偏差为1%时输出为6V，偏差为-1%时输出为-6V，误差不超过±2%。 一、电路结构及原理说明： 该电路由四部分组成：基准电压源电路、测量电桥电路、放大电路。 电路框图如下所示： 测量电桥基准电压源放大电路 测量电桥 基准电压源 放大电路 1．基准电压源：为测量电桥提供一定精度要求的7.0V基准电压，采用5.6V稳压管与同相比例运算电路结合实现。 2．测量电桥电路：当电桥的所有阻值都相同时，输出电压为零。当有一电阻发生变化时将会有电压输出。此电路可以等效为传感器测量电路，测取的温度变化量并将其转化成电压变化。 3.放大电路： 放大电路用于将测温桥输出的微小电压变化（ΔV）放大，使其满足性能要求。放大电路采用两个同相电压跟随器（作为输入缓冲器）与两级放大器组成，其中第一级放大器为差动放大器，第二级放大器为可以方便调节的反相比例运算电路。 二、测量电路和参数计算 R11 R11 R21 R22 R31 R32 R41 R42 vo vi1 vi2 VS RJ1 RJ2 RJ3 RJ4 RJF DJ1 Vz V+ R1 R3 R4 R2(1+δ|) Vo 1、基准电源电路 基准源输出电压为V+=7V，稳压管电压为5.6V，取稳压管的稳定电流为1~1.2mA。 根据基准源电路有 得到： 选RJ2=10kΩ，可得RJ1=40kΩ。 由于 若取IF=1mA，则有 得到RJF=1.4kΩ。 电阻R3和R4的计算： 由稳压管开始启动的条件： 设VS、RJ3、RJ4组成的电路向稳压管提供的电流为0.2mA， 若流过R4的电流也为0.2mA：则由下式： 可得RJ4=31.5kΩ 因为流过RJ3电阻的电流为0.4mA，所以 取VS=10V，得到： 验证 这是一个启动电路。 2、测量电桥的计算 式中V+是电桥的基准电压。由于Vo1与电压V成正比，因此V应该由基准电压源电路提供。 取V=7.0V，电桥的R1=R2=R3=R4=100kΩ。 这里δ=0.02，V+=7.0V。 3、放大电路的计算 如果对于Vo1=0.035V时，输出电压为6V，则有放大倍数为6/0.035=171.428571倍。 则对于放大器有 一般希望RY4/RY3和RY2/RY1 有相同的数量级。 令R11=10kΩ，R31=5kΩ，则若令: 则R41=44.7621538KΩ R21=89.5243076kΩ 其中R21=R22，R31=R32，R41=R42 三、电路仿真 1：基准电压源的单独仿真 经过反复调试，最终选择 RJ2=10.84kΩ，此时输出电Vout=7.0V。 2、测温电桥的单独仿真 当四个电阻都相等时，理论上电桥输出应为0 在基准电压为7.0V的时候，对于R3阻值在99KΩ，101KΩ时的分别仿真 3： 放大电路的单独仿真 4：整体电路仿真 经过反复调试，最终选择 R41=45.92kΩ 在R3阻值改变时，输出电压变化，R3=99KΩ时 输出电压为6.001V；当R3=101KΩ时，输出电压为-5.988V，这2数值都在误差允许范围内。 5：误差产生的分析 虽然在仿真时用的是理想的元器件但是，在计算放大倍数是RY1，RY2，RY3，RY4取了近似值，导致结果输出不是+6V和-6V。 四：主要元件参数和元件列表四、主要元件参数和元件列表 基准电压源 测温电桥 放大电路 运放 理想运放 运放 运放 运放 理想运放 V1 10V R1 100kΩ RY1 10kΩ RJ1 40kΩ R2 100kΩ RY2 124kΩ RJ2 10kΩ R3 100±1k RY3 10kΩ RJ3 9.25kΩ R4 100kΩ RY5 124kΩ RJ4 31.5kΩ RY6 10kΩ RJF 1.4kΩ RY7 124kΩ D1 虚拟二极管 R5 124kΩ 稳压管 N4734A 五：课设收获： 1. 此次模拟电子技术课程设计，巩固了模拟电子技术课程中学习的理论知识，例如同相比例电路﹑反相比例电路﹑实际运放﹑稳压管等知识； 2. 由于以前也运用过该软件，因此本次课设使我对该软件更加熟悉了。