模擬電子課程設(shè)計傳感器測量系統(tǒng)的設(shè)計

1、模擬電子技術(shù)課程設(shè)計報告書課題：傳感器測量系統(tǒng)的設(shè)計學(xué)院：信息工程學(xué)院 專業(yè)班級：自動化08班姓名：學(xué)號： 摘要：本設(shè)計為一個放大器系統(tǒng)，當(dāng)電阻值變化2%時，放大電路能夠產(chǎn)生8v的輸出電壓，再通過電平轉(zhuǎn)移電路將8v的電壓轉(zhuǎn)移到05v。一、電路結(jié)構(gòu)及原理說明：該電路由四部分組成：基準(zhǔn)電壓源電路、測量電橋電路、放大電路、電平轉(zhuǎn)移電路。電路框圖如下所示：測量電橋放大電路電平轉(zhuǎn)移電路基準(zhǔn)電壓源1基準(zhǔn)電壓源：為測量電橋提供一定精度要求的7.5v基準(zhǔn)電壓，采用5.6v穩(wěn)壓管與同相比例運算電路結(jié)合實現(xiàn)。2測量電橋電路：當(dāng)電橋的所有阻值都相同時，輸出電壓為零。當(dāng)有一電阻發(fā)生變化時將會有電壓輸出。此電路可以等效

2、為傳感器測量電路，測取的溫度變化量并將其轉(zhuǎn)化成電壓變化。3.放大電路：放大電路用于將測溫橋輸出的微小電壓變化（v）放大，使其滿足性能要求。放大電路采用兩個同相電壓跟隨器（作為輸入緩沖器）與兩級放大器組成，其中第一級放大器為差動放大器，第二級放大器為可以方便調(diào)節(jié)的反相比例運算電路。4. 電平轉(zhuǎn)移電路：二、測量電路和參數(shù)計算 r11r21r22r31r32r41r42vovi1vi2.vsrj1rj2rj3rj4rjfdj1vzv+.r1r3r4r2(1+)vo. 1、基準(zhǔn)電源電路基準(zhǔn)源輸出電壓為v+=7.5v，穩(wěn)壓管電壓為5.6v，取穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流為11.2ma。根據(jù)基準(zhǔn)源電路有得到：選rj2

3、=30k，可得rj1=88.1k。由于 若取if=1ma，則有得到rjf=1.9k。電阻r3和r4的計算：由穩(wěn)壓管開始啟動的條件：設(shè)vs、rj3、rj4組成的電路向穩(wěn)壓管提供的電流為0.2ma，若流過r4的電流也為0.2ma：則由下式： 可得rj4=31.5k因為流過rj3電阻的電流為0.4ma，所以 取vs=10，得到： 驗證這是一個啟動電路。2、測量電橋的計算式中v+是電橋的基準(zhǔn)電壓。由于vo1與電壓v成正比，因此v應(yīng)該由基準(zhǔn)電壓源電路提供。取v=7.5v，電橋的r1=r2=r3=r4=100k。這里=0.02，v+=7.5v。3、放大電路的計算如果對于vo1=0.0375v時，輸出電壓為

4、8v，則有放大倍數(shù)為8/0.0375=213.33倍。則對于放大器有一般希望ry4/ry3和ry2/ry1 有相同的數(shù)量級。令r11=10k，r21=100k，則1+2r21/r11=21，r41/r41=10.159若令r31=5k，則r41=50.793k其中r21=r22，r31=r32，r41=r424、電平轉(zhuǎn)移電路 聯(lián)立解得，得到，。 取r5=96k，r6=4k,得v1=0.4166v。取rg=1k,rf=4k。三、電路仿真1：基準(zhǔn)電壓源的單獨仿真經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，最終選擇 rj2=31.02k，此時輸出電vout=7.5v。2、測溫電橋的單獨仿真當(dāng)四個電阻都相等時，理論上電橋輸出應(yīng)為0

5、，實際存在偏差，輸出為-0.074nv。當(dāng) 在基準(zhǔn)電壓為7.5的時候，對于r3阻值在99k，101k時的分別仿真 3： 放大電路的單獨仿真在r3=99k時的仿真在r3=101k時的仿真4.4：整體電路仿真在r3阻值改變時，輸出電壓變化，r3=99k時 輸出電壓為6.028v；當(dāng)r3=101k時，輸出電壓為-5.968v，這2數(shù)值都在誤差允許范圍內(nèi)。5：誤差產(chǎn)生的分析雖然在仿真時用的是理想的元器件但是，在計算放大倍數(shù)是ry1，ry2，ry3，ry4取了近似值，導(dǎo)致結(jié)果輸出不是+6v和-6v。四、主要元件參數(shù)和元件列表基準(zhǔn)電壓源測溫電橋放大電路運放理想運放運放理想運放運放理想運放v110vr110

6、0kry110krj182.6kr2100kry2124krj229.88kr31001kry310krj39.25kr4100kry5124krj431.5kry610krjf1.9kry7124kd1虛擬二極管r5124k穩(wěn)壓管n4734a注：圖中ry2，ry5即為計算放大倍數(shù)時的“ry2”；ry3，ry6即為計算放大倍數(shù)時的“ry3”，ry7，r5即為計算放大倍數(shù)時的“ry4”，ry1不變5、 總結(jié)1. 通過本次模擬電子技術(shù)課程設(shè)計，鞏固了模擬電子技術(shù)課程中學(xué)習(xí)的理論知識，例如同相比例電路反相比例電路實際運放穩(wěn)壓管等知識；2. 通過在網(wǎng)絡(luò)中尋找實際元件參數(shù)，鍛煉了自己閱讀技術(shù)資料的能力；3. 初步掌握了multisim2001用于模擬電子技術(shù)的仿真方法，初步了解了計算機(jī)輔助設(shè)計的方法；4. 通過參閱參考文獻(xiàn)，了解了更多關(guān)于鉑電阻測溫傳感器的知識；5. 本次課程設(shè)計還有相當(dāng)多的不足和缺點，例如：仿真設(shè)計時沒有考慮穩(wěn)定對其他元件的影響；仿真是沒有具體對實際運放進(jìn)行失調(diào)電壓和失調(diào)電流的調(diào)零；選取某些電阻時使用的虛擬電阻，沒有采用實際電阻，缺乏實用性；對誤差的分析比較簡單，希望通過本次課程設(shè)計，進(jìn)一步掌握計算機(jī)輔助設(shè)計的能力，對本試驗題目做進(jìn)一步改進(jìn)。六 參考文獻(xiàn) 1. 太原理工大學(xué)信息工程學(xué)院自動化系. 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書. 太原理工大學(xué).