儀器儀表電路課設報告

1、武漢理工大學儀器儀表電路課程設計說明書目錄 第一章 緒論21.1概論21.2課設任務2第二章 方案論證及選擇3第三章 單元電路設計63.1放大電路設計63.2相敏檢波電路設計63.3低通濾波器設計73.4直流放大器設計8第四章 電路仿真（部分）95.1開關式相敏檢波電路仿真95.2低通濾波器仿真95.3總電路功能結果仿真10第五章 元器件清單11第六章 小結13參考文獻第一章 緒論1.1概論測控技術自古以來就是人類生活和生產的重要組成部分。最初的測控嘗試都是來自于生產生活的需要，對時間的測控要求使人類有了日晷這一原始的時鐘，對空間的測控要求使人類有了點線面的認識?，F代社會對測控的要求當然不會停

2、留在這些初級階段，隨著科技的發(fā)展，測控技術進入了全新的時代。 自從迅猛發(fā)展的計算機技術及微電子技術滲透到測控和儀器儀表技術領域，便使該領域的面貌不斷更新。相繼出現的智能儀器、總線儀器和虛擬儀器等微機化儀器，都無一例外地利用計算機的軟件和硬件優(yōu)勢，從而既增加了測量功能，又提高了技術性能。由于信號被采集變換成數字形式后，更多的分析和處理工作都由計算機來完成，故很自然使人們不再去關注儀器與計算機之間的界限。近年來，新型微處理器的速度不斷提高，采用流水線、RISC結構和cachE等先進技術，又極大提高了計算機的數值處理能力和速度。在數據采集方面，數據采集卡、儀器放大器、數字信號處理芯片等技術的不斷升級

3、和更新，也有效地加快了數據采集的速率和效率。與計算機技術緊密結合，已是當今儀器與測控技術發(fā)展的主潮流。對微機化儀器作一具體分析后，不難見，配以相應軟件和硬件的計算機將能夠完成許多儀器、儀表的功能，實質上相當于一臺多功能的通用測量儀器。 測控技術與儀器專業(yè)是信息科學技術的源頭，是光學、精密機械、電子、電力、自動控制、信號處理、計算機與信息技術多學科互相滲透而形成的一門高新技術密集型綜合學科。它的涉及面廣，小到生產過程自動控制，大到火箭衛(wèi)星的發(fā)射及監(jiān)控。由于對自動控制及精度的嚴格要求，測控技術與儀器成為不可或缺的專業(yè)。1.2課設任務測控系統(tǒng)由傳感器、電路和執(zhí)行機構組成。電路時測控系統(tǒng)中最為靈活的部

4、分?？梢酝ㄟ^改變電路，達到獲得不同信號的目的。此次課設任務就是著重于此。 具體任務為：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040mVP-P，要求將信號處理為與位移對應的0-±2V直流信號。第二章 方案論證及選擇課設任務是將0-40mVpp轉化為0-±2V的直流電，參考0 ±20mm的位移移動，故要考慮正反相的問題。故要在整體電路中考慮相敏檢波電路。故整體思路是由正弦振蕩電路激發(fā)電路工作，將輸出通過放大電路進行信號放大，再進入相敏檢波電路進行判斷正負，最后進入濾波器

5、去除噪聲。每塊單元電路都有不同類型的電路可供選擇。正弦振蕩電路：（1）、RC正弦波振蕩電路：橋式振蕩電路、雙T網絡式和移相式振蕩電路等類型；（2）、LC振蕩電路等。放大電路：（1）、反相放大電路；（2）、同相放大電路；（3）差動放大電路；（4）、高共模抑制比放大電路等等。相敏檢波電路：（1）、相乘式相敏檢波電路；（2）、相加式相敏檢波電路。低通濾波器：（1）、一階濾波；（2）、壓控電壓源型濾波；（3）、無限增益多路反饋型濾波等。選擇了以下兩種方案：方案一：傳感器差分儀放電路相加式相敏檢波器壓控電壓源低通濾波器0 ±2V 直流橋式振蕩電路微分電路整體電路圖如下：圖2-1 方案一整體電路

6、圖方案二：傳感器反相放大電路開關式相敏檢波器壓控電壓源低通濾波器0 ±2V 直流正弦信號發(fā)生器反相放大電路電路方案一和方案二都可以實現正弦信號040mVP-P，要求將信號處理為與位移對應的0-±2V直流信號。方案一中RC正弦橋式振蕩器作為激發(fā)電路，但是在實際操作中，由于軟件的原因不能正常輸出，及時正常輸出信號不穩(wěn)定，故選擇了Mulsitim軟件中信號發(fā)生器輸出5000Hz、20mv的信號。相乘式相敏檢波電路具有可以鑒別調制信號相位，區(qū)別信號與噪聲的能力。在開關式相敏檢波電路中加入參考信號方波使用芯片提高方波輸出的精準度。綜合考慮，方案二電路簡單，同樣能達到目的。故選擇方案二

7、。整體電路圖如下：圖2-2 方案二整體電路圖第三章 單元電路設計3.1放大電路設計圖3-1放大單元設計電路圖本單元輸入Ui=20mv，設定放大50倍，運用反相放大電路，則閉環(huán)增益：Kf=-R2/R1 (3-1)式中R2=R4=5k，R1=R2=0.1k，Kf=-50反相增大50倍。同理串聯一個增益為-1的反相放大器。最終成功放大50倍。3.2相敏檢波電路設計圖3-2開關式相敏檢波電路設計電路圖此單元中，R3=R6=R7=100k，故放大倍數為-1。在Uc=1的半周期，同相輸入端接地，Us只從反相輸入端輸入，放大器的放大倍數為-1，輸出信號Uo如圖3-3實線所示。在Uo=0的半周期，V截止，us

8、同時從輸入端和反相輸入端輸入，放大器的放大倍數為+1，輸出信號uo如圖3-3中虛線所示。 圖3-3開關式全波相敏檢波電路3.3低通濾波器設計本單元采用壓控電壓源型濾波電路組成的低通濾波器。電路圖如3-4。圖3-4壓控電壓源型濾波器設定fc=1kHz，則C1=0.01F，則根據式（3-2）K=100/(fcC1) (3-2)式中K電阻換標系數 fc截止頻率比 則K=，再根據式（3-3） Ri=Kri(i=1,2,3) (3-3)查表可知：R1=R2=5.3k 最終輸出電壓仿真輸出為620mV。3.4直流放大器設計圖3-5反相放大器電路圖為輸出2V電壓，由公式（3-1）可得 R1：R17=31:1

9、00。故取R1=3.1k，R17=1k。最后將620mV電壓放大為2V。由于存在誤差，最后結果近似等于2V。第四章 電路仿真（部分）5.1開關式相敏檢波電路仿真圖5-1開關式相敏檢波電路仿真圖5.2低通濾波器電路仿真圖5-2低通濾波器輸出仿真5.3總電路功能結果仿真圖5-3總電路輸出仿真第五章 元器件清單表1 元器件清單列表標號大小型號C1C5R1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12R13R14R15R16R17U1 U2 U3 U4 U5 U6 V1 VCC VCC VCC VDD VEE VSS 0.1uF50nF3.1k 0.1k 100k5k 50k 100k 100k

10、5.3 10k 34 5.3 10k 10k 10k 1k 10k 1k LM324ADLM324ADOP07AHLM324AD4066BD5VLM324AD5kHz 5 V5V5V5V5V-5V0V電容電容電阻電阻電阻電阻電阻電阻電阻電阻電阻電阻電阻電阻電阻電阻電阻電阻電阻運放運放運放運放芯片運放電源電源電源電源電源電源電源第六章 小結 本次課程設計，設計任務基本達到。因為兩個課設時間沖突，所以在同段時間里完成兩門課設確實有一定的難度。但還是很努力去做，最后按時完成。課程設計是一個將所學理論應用于實際的過程，也是一個不斷探索、不斷嘗試、不斷學習的過程我也從中學到了不少知識。從測量電路到放大電

11、路的選擇，濾波電路的選擇，讓我深刻體會到理論與實踐是密切相關的，感謝老師給了我們動手、動腦的機會，能讓我們用自己所學的知識去解決一些問題儀器儀表課設結合模電、數電、測控電路等學科，交融性很強。對于我們測控技術與儀器專業(yè)的學生來講，一定要端正學習態(tài)度，保質保量的去完成培養(yǎng)計劃的任務。本學期有兩門課設，現在想來這兩門其實測控系統(tǒng)中最重要的兩部分，也是我們應該掌握的必備技能。在此課程設計中，我才知道原來自己有那么多地方在平時的學習中并沒有完全掌握，明明很簡單的問題需想很久才能夠記起。這說明知識點不扎實。所以在設計中遇到很多困難。好在通過查閱資料，同學間相互討論最后將問題解決。希望以后能多有這樣的機會鍛煉自己的動手能力。這次設計雖然結束了，但是，它的指導意義卻是永久的。它鍛煉了我們的實戰(zhàn)能力，讓我們用所學知識做出可行的電路，不僅是對知識的一種升華，更是對自己專業(yè)素養(yǎng)的一中考驗。這對以后的工作也產生很大的幫助，為以后在工作