模拟电子课程设计课设传感器测量系统的设计.docx

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模拟电子课程设计课设传感器测量系统的设计

模拟电子技术课程

设计报告书

课题：

传感器测量系统的设计

学院：

信息工程学院

专业班级：

自动化08班

姓名：

学号：

摘要：

本设计为一个放大器系统，当电阻值变化±2%时，放大电路能够产生±8V的输出电压，再通过电平转移电路将±8V的电压转移到0～5V。

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、电平转移电路。

电路框图如下所示：

测量电桥

放大电路

电平转移电路

基准电压源

1．基准电压源：

为测量电桥提供一定精度要求的7.5V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。

4.电平转移电路：

二、测量电路和参数计算

1、基准电源电路

基准源输出电压为V+=7.5V，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=30kΩ，可得RJ1=88.1kΩ。

由于

若取IF=1mA，则有

得到RJF=1.9kΩ。

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=10，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=7.5V，电桥的R1=R2=R3=R4=100kΩ。

这里δ=0.02，V+=7.5V。

3、放大电路的计算

如果对于Vo1=0.0375V时，输出电压为8V，则有放大倍数为8/0.0375=213.33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，R21=100kΩ，则1+2R21/R11=21，R41/R41=10.159

若令R31=5kΩ，则R41=50.793Kω

其中R21=R22，R31=R32，R41=R42

4、电平转移电路

联立解得，得到

，

。

取R5=96kΩ，R6=4kΩ,得V1=0.4166V。

取RG=1kΩ,RF=4kΩ。

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=31.02kΩ，此时输出电Vout=7.5V。

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，实际存在偏差，输出为-0.074nV。

当

在基准电压为7.5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

在R3=99KΩ时的仿真

在R3=101KΩ时的仿真

4.

4：

整体电路仿真

在R3阻值改变时，输出电压变化，R3=99KΩ时输出电压为6.028V；当R3=101KΩ时，输出电压为-5.968V，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

基准电压源

测温电桥

放大电路

运放

理想运放

运放

理想运放

运放

理想运放

V1

10V

R1

100kΩ

RY1

10kΩ

RJ1

82.6kΩ

R2

100kΩ

RY2

124kΩ

RJ2

29.88kΩ

R3

100±1kΩ

RY3

10kΩ

RJ3

9.25kΩ

R4

100kΩ

RY5

124kΩ

RJ4

31.5kΩ

RY6

10kΩ

RJF

1.9kΩ

RY7

124kΩ

D1

虚拟二极管

R5

124kΩ

稳压管

N4734A

注：

图中RY2，RY5即为计算放大倍数时的“RY2”；RY3，RY6即为计算放大倍数时的“RY3”，RY7，R5即为计算放大倍数时的“RY4”，RY1不变

5、总结

1.通过本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.通过在网络中寻找实际元件参数，锻炼了自己阅读技术资料的能力；

3.初步掌握了Multisim2001用于模拟电子技术的仿真方法，初步了解了计算机辅助设计的方法；

4.通过参阅参考文献，了解了更多关于铂电阻测温传感器的知识；

5.本次课程设计还有相当多的不足和缺点，例如：

仿真设计时没有考虑稳定对其他元件的影响；仿真是没有具体对实际运放进行失调电压和失调电流的调零；选取某些电阻时使用的虚拟电阻，没有采用实际电阻，缺乏实用性；对误差的分析比较简单，希望通过本次课程设计，进一步掌握计算机辅助设计的能力，对本试验题目做进一步改进。

六﹑参考文献

[1].太原理工大学信息工程学院自动化系.模拟电子技术课程设计指导书.太原理工大学.2007.5

[2].周凯.EWB虚拟电子实验室—Multisim7&Ultiboard7电子电路设计与运用.电子工业出版社.2006

[3].华成英.模拟电子技术基础（第四版）.高等教育出版社.2006