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仪器仪表电路课程设计

武汉理工大学《仪器仪表电路设计与实训》课程设计说明书

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目录

1绪论····························································1

1.1概述·························································1

1.2设计任务·····················································1

1.3设计要求·····················································2

2方案确定·····················································3

2.1方案一······················································3

2.2方案二·······················································4

3方案设计及其仿真············································5

3.1震荡电路的设计···············································5

3.2数据放大器···················································7

3.3正弦波转换为方波电路·········································9

3.4移相器电路··················································10

3.5开关式相敏检波电路··········································12

1.2?设计任务?

初始条件：某差动变压器传感器用于测量位移，当所测位移在0—?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。

5KHz正弦

交流驱动信号长线

5KHz正弦

交流驱动信号

长线

?

?

?

输出正弦

0-40mVP-P

0--?20mm

铁芯

○

○

○

○

图1.1差动变压器

1.3设计要求

传感器在测量现场，（1）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；（2）由于测量现场工况复杂且传感器输出信号由长线引出到后续处理电路，要考虑抑制干扰信号；（3）由于两次级线圈几何、电、磁等因素的不对称，即使铁芯处于中间位置，也得不到零输出，总存在驱动信号的正交输出或高频输出，在电路上还要考虑抑制差动变压器的这一所谓零点残余电压。

第二章方案确定

根据课程设计的原理框图，方案选择的重点在于选择检波的方式。通常检波电路大体分为两种。一种的包络检波，另一种叫做相敏检波。其中包络检波又可以细分为二极管与晶体管包络检波和精密全波和半波检波电路，而相敏检波也分为相加式相敏检波和相乘式相敏检波。

传感器数据放大器 相敏检波电路低通滤波器

正弦驱动电路 直流放大器

图2.1设计原理图

根据此次课程设计的要求就任务特点，既要能够检波，还要对波形的相位加以区分，用来判别传感器一头的位移方向，因此，我选择相敏检波电路来处理信号。

下面，我分别对两种相敏检波电路进行分析，综合他们的特点，选出一种既能符合课程设计要求的又能实现仿真的方案。

2.1方案一：相加式相敏检波电路

相敏检波是可以用信号相加式电路来实现。需要特殊说明的是信号相加只是就其电路形式而言，其实质还是利用参考信号来控制开关的通断，实现输入信号与参考信号的相乘。所不同的是，输入信号与参考信号以相加减的方式加到同一开关器件。对于本次课程设计来说，采用相加式的相敏检波电路就可以直接利用激励信号作为检波的参考信号而且幅值也达到要求，这样就可以省略方波段的电路，利于生产效益的提高。

正弦振荡电路移相器相敏检波电路

图2.2相加式相敏检波原理

2.2方案二：相乘式相敏检波电路

相敏检波电路还可以用信号相乘的方式进行检波。相比于包络检波电路，相乘式相