儀器儀表電路設(shè)計與實訓(xùn)儀器儀表電路設(shè)計與實訓(xùn)

1、儀器儀表電路設(shè)計與實訓(xùn)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級：測控zy1201 指導(dǎo)教師： 工作單位： 機電學(xué)院測控系 題 目: 儀器儀表電路設(shè)計與實訓(xùn) 5 khz正弦交流驅(qū)動信號長線nnn輸出正弦0-40mvp-p0-20mm鐵芯初始條件：某差動變壓器傳感器用于測量位移，當所測位移在0 20mm范圍時（鐵芯由中間平衡位置往上為正，往下為負），其輸出的信號為正弦信號為040mvp-p（如圖所示），要求將信號處理為與位移對應(yīng)的02v直流信號，以便供三位半數(shù)顯表頭顯示。要求完成的主要任務(wù):1 設(shè)計方案與分析（可供選擇的兩種以上方案的比較和選擇論證）；2 各個模塊電路原理圖的設(shè)計（三位半數(shù)顯部分選做，做者加分）

2、；3 各個模塊電路參數(shù)的計算（必要的設(shè)計計算，元器件型號及數(shù)值選擇等）；4 各個模塊電路仿真（要求至少其中一個模塊電路仿真成功）；5 完整的設(shè)計說明書（4000漢字以上），要符合我校課程設(shè)計說明書要求的格式規(guī)范，參考文獻不少于5篇；6 一張符合有關(guān)標準的完整電路原理圖（a3以上，畫在正規(guī)圖紙上）和詳細器件清單；7 鼓勵用電路cad軟件設(shè)計電路原理圖。時間安排：序號設(shè)計內(nèi)容所用時間1查找資料0.3周2硬件設(shè)計0.7周3電路仿真和方案調(diào)整，撰寫設(shè)計說明書0.4周4答辯0.1周合 計1.5周指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日 目錄1緒論.12方案論證與原理分析.2 2.

3、1方案論證.2 2.2原理分析.33單元電路設(shè)計.4 3.1差動放大電路.4 3.2開關(guān)式相敏檢波電路.5 3.3低通濾波器.64電路調(diào)試與仿真.75元件清單.106小結(jié)與體會.11參考文獻.121 緒論隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，測控技術(shù)變得越來越重要。在很多方面都應(yīng)用到了傳感器，傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。由于傳感器的輸出信號一般都很薄弱，因此需要有信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路對其進行放大、濾波等處理。本次課設(shè)我們的任務(wù)就是對一個位移傳感器得到的信號進行處理。某差動變壓器傳感器用于測量位移，當所測位移在0 20mm范圍時（鐵芯由中間平衡位置往上為正，往下為負

4、），其輸出的信號為正弦信號040mvp-p（如圖所示），要求將信號處理為與位移對應(yīng)的0-2v直流信號，以便供三位半數(shù)顯表頭顯示。 2 方案論證與原理分析2.1 方案論證方案一：通過一個同相放大器對輸出信號進行放大，然后通過一個精密相敏檢波電路對其進行檢波，最后通過一個低通濾波器對其進行濾波，最終達到一個恒定的電壓值，電路圖如下圖。 圖2-1 總體電路圖方案二:先通過一個同相串聯(lián)雙運放高共模抑制比放大電路，然后通過一個開關(guān)檢波電路對其進行檢波，最后通過一個低通濾波器進行濾波，最后達到恒定的電壓。方案分析：由于傳感器在測量現(xiàn)場，用長線將信號引出到信號處理單元，因此要考慮抑制共模信號，同相放大器不能

5、抑制共模電壓，而且相對精密檢波電路來說，開關(guān)式檢波電路更簡單一些，因此我選擇了方案二。2.2 原理分析由傳感器得到的正弦電壓信號，首先通過一個差動放大器對其進行放大，然后用相敏檢波電路對其進行檢波，再通過低通濾波器對其進行濾波，最后通過三位半數(shù)顯頭顯示出來。 傳感器 差動放大 相敏檢波 數(shù)顯 低通濾波 圖2-1 原理圖3 單元電路設(shè)計3.1 差動放大電路由于來自傳感器的信號通常伴隨著很大的共模電壓，所以采用差動輸入集成運算放大器來抑制它，但是必須要求外接電阻完全平衡對稱、運算放大器具有理想特性。下圖3-1為同相串聯(lián)雙運放高共模抑制比電路圖。 圖3-1 同相串聯(lián)型放大電路 如圖中取r2=r3=1

6、k,根據(jù)下列公式 3-1 3-2 3-3去掉共模電壓，得 3-4放大200倍，所以r1=r4=199k.這種電路采用了兩個同相輸入的運算放大器，很好的抑制了共模電壓。3.2 開關(guān)式相敏檢波電路 由于包絡(luò)檢波原理簡單、電路簡單，在電路中有廣泛的應(yīng)用。但是磁心由它的平衡位置向上或向下移動同樣的量，傳感器的輸出信號幅值相同，只是相位差180，從包絡(luò)檢波電路的輸出無法確定磁心上下移動，而且包絡(luò)檢波本身不具有區(qū)分不同載波頻率信號的能力，所以我選擇了相敏檢波，在相敏檢波里開關(guān)式類的相敏檢波電路比較簡單，因此選擇了開關(guān)式的。用相敏檢波需要一個載波信號，載波信號需要和調(diào)幅信號有相同的頻率，所以我用一個過零比較

7、器來產(chǎn)生方波信號。下圖3-2為開關(guān)式相敏檢波圖。 圖3-2 開關(guān)式相敏檢波取r1=r2=r5=5k,在為正的時候，同相輸入端被接地，只從反相輸入端輸入，放大器的倍數(shù)為-1，在為0的半周期,v截至，同時從同相和反相輸入端輸入，放大的倍數(shù)為+1。3.3 低通濾波器由于位移傳感器產(chǎn)生的調(diào)試信號的頻率比較低，約為30hz左右。而低通濾波器容許低頻信號通過，但減弱或減小頻率高于截止頻率的信號的通過。rc濾波器具有電路簡單、抗干擾性能強，有較強的低頻性能，電阻、電容元件標準、易于選擇的特點。因此，在測試電路中，我選用一階有源rc低通濾波器。理想低通濾波器器能夠讓零頻（即直流）到截止頻率fc之間的所有信號毫

8、無損失的通過，而高于截止頻率fc的所有信號都將消失。濾波電路圖如下3-3。 圖3-3 一階有源rc濾波電路取r5=5k,=30hz,根據(jù)公式 3-5 求得c=1uf.4 電路調(diào)試與仿真按單元電路在multisim中連線進行仿真，下面是仿真的電路圖和仿真圖。 圖4-1 仿真電路圖 圖4-2 差動電壓圖 圖4-3 檢波后的波形 圖4-3 濾波后的波形5 元件清單表5-1 元件清單標號型號個數(shù)大小r1/r3/r8/r9rj41kr2/r4rj299kr5/r6/r7/r10rj45kc1電解電容11ufd1/d202bz2.22uopamp5q12n337016 小結(jié)及體會在這為期一周半的課程設(shè)計中

9、，我受益匪淺，收獲頗豐。通過這次測控電路的課程設(shè)計，我對各部分測試電路有了更清晰的認識，如放大電路、檢波電路、濾波電路等。，尤其是帶有相敏檢波電路的差動式傳感器，對其中差動電橋、運算放大器、相敏檢波器、低通濾波器的結(jié)構(gòu)原理及參數(shù)選擇有了更進一步的了解。通過本次課設(shè)鍛煉了我的實際操作能力，使我所學(xué)的理論知識有了實用的價值，得以與實踐操作充分結(jié)合。在設(shè)計過程中，我遇到了不少困難，但通過請教老師同學(xué)、仔細分析理解，都逐一得到了解決。我發(fā)現(xiàn)只有細心、耐心、恒心才能將事情做好，設(shè)計方案中一個小小的數(shù)字錯誤，簡單的一個器件的選擇錯誤，都有可能對設(shè)計方案造成巨大的影響。我還意識到我的設(shè)計能力有所不足，在理論上也有很多的缺陷。因此在以后的學(xué)習(xí)生活中，我將更努力地學(xué)習(xí)理論知識，同時注重理論和實踐的結(jié)合。參考文獻1程開明.模擬電子技術(shù).重慶：重慶大學(xué)出版社，1993.2張國雄.測控電