毕业设计（论文）-基于模拟乘法器的线圈阻抗测试仪的研究.doc

华东交通大学毕业设计 i 基于模拟乘法器的线圈阻抗测试仪的研究 摘要 在科技迅速发展的今天，测试仪的开发研究技术已经相当成熟，而本课题主要研究 的就是基于模拟乘法器的线圈阻抗测试仪。该测试仪的特点就是基于模拟乘法器的基础 上实现测试的目的的，该测试仪由正弦信号发生器产生正弦信号波通过压控电流源输出 电压再接上测试对象与90移相器然后再分别与正弦信号加在模拟乘法器上，输出的电 压通过led显示器显示出电阻和电感的值。 该测试仪可以测量的范围在电阻1m100m，电感100uh100mh，所选用的单元 电路信号发生器，90移相器，压控电流源，模拟乘法器等都是非常简单常见的电路，而 它的测量误差是5%的，所以该测试仪还是具有非常准确的测量精度的。 在设计该测试仪时因所选用的是prtol 99 se软件仿真的，所以所选用的芯片也是比较 早期的产品功能简单模拟方便。最后仿真出来的结果显示也比较准确，进一步验证了该 课题设计的正确性。 关键词：测试仪、阻抗、模拟乘法器、移相器 尹婧：基于模拟乘法器的线圈阻抗测试仪的研究 ii study of coil and impedance test instrument based on analogue multiplier abstractabstract today, the technology developing quickly, the development of the test instrument studies already very mature, then this lessons is research a coil for main and investigative basing on analog multiplier resistance test instrument.the test instruments characteristics is the purpose that foundation to base on the analogue multiplier ascends to realize test, the test instrument be taken place by signal generator creation sine signal for voltage-controlled current source outputting electric voltage again mounting testing object with 90 phase shifter then again distinguishing with sine signal imposing analogue multiplier ascending, outputs electric voltage passing of led displaying resistor and inductance. the test instrument can measured the resistors scope:1m100m and the inductances scope:100uh100mh,chooses to use signal generator,90phase shifter, voltage-controlled current source, analogue multiplier etc. are all very familiar electric circuit,but the request diagraph error margin is 5%, so the test instrument have accurate diagraph accuracy. at design to the test instrument choose to use protel 99 se software to imitate,so we choose more earlier micro array to imitate .finally the result that come out the manifestation also very accurate,further verifying the accuracy that the lessons design. key words: test instrument、resistance、analogue multiplier、90phase shifter 华东交通大学毕业设计 iii 目录 摘要 i abstract.ii 第一章 绪论1 1.1、测试技术的国内外发展1 1.2、开发环境1 第 2 章 系统设计2 2.1、设计要求2 2.1.1、设计内容.2 2.1.2、技术指标.2 2.2、课题指导思想2 第 3 章 单元电路设计3 3.1、正弦波振荡电路的设计与工作原理3 3.1.1、正弦波振荡电路的设计方案.3 3.1.2、正弦波振荡电路的工作原理.3 3.1.3、rc 正弦波振荡器.5 3.1.4、lc 正弦波振荡电路.7 3.1.5、双 t 网络式 rc 正弦波振荡器 .8 3.2、90移相器的设计8 3.2.1、090移相器9 3.2.2、积分 90移相器.10 3.2.3、隔值及超前补偿移相器.11 3.3、压控电流源的设计11 3.3.1、悬浮负载的电流源.12 3.3.2、具有稳定性补偿功能的悬浮负载的压控电流源.13 3.4、模拟乘法器的原理14 3.4.1、模拟乘法器的基本特性.14 3.4.2、变跨导式模拟乘法器.15 尹婧：基于模拟乘法器的线圈阻抗测试仪的研究 iv 3.4.3、模拟乘法器芯片的选择.16 3.5、仪表中的数码显示设计16 第 4 章 系统仿真18 4.1、仿真软件介绍18 4.2、仿真结果18 第五章 结论19 毕业设计小结20 致谢21 参 考 文 献22 附录23 附录 a 电路总图23 附录 b led 显示电路.24 附录 c 外文翻译原文部分25 附录 d 外文翻译译文部分32 华东交通大学毕业设计 1 第一章 绪论 1.1、测试技术的国内外发展 随着现代信息技术的迅猛发展，各种测试仪的研究也有了突破性的发展，本课题研究的 就是基于模拟乘法器的线圈阻抗测试仪，近年来在全球的测试产品中通信测试仪占有越来越 大的比重，对于通信业的发展起着举足轻重的作用，美国dataquest最新发布的一份调查和预 测报告显示，目前，迅速发展的通信业已经成为全球电子测试仪器的最大市场，到2004年占 到63%。 现代数字通信系统的迅速发展，对于全球测试设备的发展影响极大。例如，现代通信系 统复杂的数字调制格式，促使信号发生器厂商推出适应性更强，能够进行正交幅度制 （qam）和正交相移键控（qpsk）调制的电路。全球通信产业具有标准复杂制式繁多，产 品生命周期短的特点，并对测试的需求会随时发生变化。面对全球通信产品的多制式系统， 世界级的仪器厂商都致力于研究发现多制式通信测量仪，从而保证这些测试仪的使用寿命不 会太过于短暂。 随着通信业的迅猛发展，明显地带动了全球通信测试市场的高速增长。移动通信、数据 传输、网络检测及光纤通信增长最为迅速，而且今后几年内这些领域的测试市场还将继续保 持高速增长的趋势。 通信测试仪器产品的特点是种类繁多、制式不同、专业性强、技术含量高，市场前景非 常广阔，竞争也异常激烈。目前全球主要的通信测试仪厂商共有130多家，主要产品有atm 测试设备、gsm 测试设备、pcs测试设备、cdma/tdma测试设备、isdn测试设备、 sdh/sonet测试设备、误码率测试仪、电缆测试仪、光电测试仪、总线测试仪、光纤测试 仪、网络分析仪、协议分析仪等。 1.2、开发环境 sage公司新推出的923lts型和935at型测试仪，都属于话音质量测试（psqm）仪器， psqm是国际电信联盟（itu）标准，该标准规定了y评估音频带内话音码质量的方法。 935at型测试仪是sage公司psqm测试仪的主导产品，它的测试功能多达35种，其中包括交 换测试、传输损伤测试以及实验室精密测试等。923lts型测试仪则是一款具有高可靠性的便 携式测试仪，体积小巧，便于在测试现场使用。 引人注目的是，世界级厂商新推出的一部分通信测试仪具有internet接入和3g功能，通信 测试仪厂商竞相开发具有internet接入功能的通信测试仪器，是21世纪全球通信测试仪的一种 最新趋向。agilent、tektronix等公司都在产品线上增加了可通过lan或internet进行数据共享 和远程测试的电子测试仪器。增强的数据传输业务、电话业务、全球漫游、internet接入、电 子邮件，甚至视频服务的市场正在展现出广阔的发展前景，迫切要求电子仪器制造商超前于 现代数字通信系统的发展，从而为第三代（3g）无线通信时代的到来作好开发和维护的准备。 尹婧：基于模拟乘法器的线圈阻抗测试仪的研究 2 第2章 系统设计 2.1、设计要求 2.1.1、设计内容 设计框图如下： 被测对象电压检测 模拟乘法器电阻显示 模拟乘法器电感显示90移相器 正弦信号发生器压控电流源 按上述框图完成设计（并加一些信号处理电路，如放大，滤波等）并仿真，说明工作原 理，得出仿真数据并分析，写出毕业论文。 2.1.2、技术指标 被测范围：电阻1m100m； 电感100uh100mh 被测误差： 5% 2.2、课题指导思想 我们研究的是基于模拟乘法器的线圈阻抗测试仪，通过利用正弦信号发生器产生信号加 在压控电流源上给被测的线圈，用仪表显示电压，检测出的电压值与正弦信号发生器产生的 信号同时加在模拟乘法器上而得出电阻值，再用显示表显示该电阻值，而检测出的电压值又 与通过90移相器而移相了的正弦信号同时加在模拟乘法器上而得出电感的值，再用显示仪 显示出该电感值。在整个电路的设计中我们还必须加上放大等电路才能最终实现本科题所要 研究的阻抗测试仪。 而对于各个器件的参数的确定是根据本科题研究的线圈阻抗的电阻和电感值来导出的。 本课题主要应该解决的问题是关于线圈的阻抗值如何测量计算出来，所测试的线圈包括 电阻与电感的值，所以需要一个移相器移相后可以分别得到电阻与电感的数值。 华东交通大学毕业设计 3 第3章 单元电路设计 3.1、正弦波振荡电路的设计与工作原理 3.1.1、正弦波振荡电路的设计方案 方案一：rc桥式振荡器。这一振荡器电路图与原理比较简单，在仿真调试中很容易达到 课题需要的正弦波，所以实现起来比较简单方便。 方案二：lc正弦波振荡电路。lc振荡电路主要用来产生高频正弦信号，一般在1mhz以上。 它主要也是靠电路中存在的噪声自激起振的，实现起来比较简单但是电路不稳定容易受到外 界干扰。 方案三：双t网络式rc正弦波振荡器。该电路由一些电阻、电容和三极管组成。只需调 节滑动变阻器的阻值即可改变输出波形的频率。由于采用了三极管、滑动变阻器等元器件， 所以电路设计复杂了许多，但系统可靠性增加了。 综合上述三种方案以及三种方案仿真调试的结果得出选择方案一作为正弦波发生器比较合适。 3.1.2、正弦波振荡电路的工作原理 振荡条件 从结构上看，正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路 （如图(a)） 放大电 路a 反馈网 络f 0ix fx ax ox （a） 基本放大 电路a 反馈网络 f 1 ox 2 ax fx 尹婧：基于模拟乘法器的线圈阻抗测试仪的研究 4 （b） 放大电路在输入信号=0时的方框图可改画成图（b）所示 i x 由图可知，如在放大电路的输入端（1端）外接一定频率，一定幅度的正弦波信号，经 x 过基本放大电路和反馈网络所构成的环路传输后，在反馈网络的输出端（2端） ，得到反馈信 号，如果和在大小和相位上都一致，那么，就可以除去外接信号，而将1，2两端连f x f x x a x 接在一起而形成闭环回路系统，其输出端可能继续维持与开环是一样的输出信号，这样由于 ，便有：；faxxafixxx 或 0 00 1 ff a xxx af xxx : ()1 afafaf fff aaa 正弦波振荡器的振荡条件为： 幅度平衡条件：|af|=1 ， （1） 相位平衡条件： （2） 2,0,1,2,afnn 上述（1）（2）两式便是正弦波振荡电路产生持续振荡的两个条件。 因为|af|=1是维持振荡的幅度条件，电路能够起振的幅度条件是|af|1。稳定之后满足 |af|=1以维持等幅振荡。另外，a+f= 2n称为相位平衡条件。以上条件同时满足，电路才 能起振。 华东交通大学毕业设计 5 3.1.3、rc正弦波振荡器 rc正弦波振荡器有桥式、双t网络式、移相式等类型，这里主要讨论桥式正弦波振荡电路。 （1）电路原理图 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:23-may-2006sheet of file:f:yinjing1.ddbdrawn by: r1 res r2 res c1 cap c2 cap 2 3 74 6 1 5 u1 ua741 rf res r3 res vcc vee out 图1 rc正弦波振荡器 图1是rc桥式振荡电路， 这个电路由放大电路和选频网络。为由集成运放所va vf va 组成的电压串联负反馈放大电路，取其高输入阻抗和低输出阻抗的特点。而则由z1（rcvf 串联网络）z2（rc并联网络）和r1、r2组成，同时兼作正反馈网络。由图可知，z1、z2和 r1、r2正好形成一个四臂电桥，电桥的对角线顶点接到放大电路的两个输入端， 桥式振荡 电路的名称即由此而来。 下面首先分析rc串并联选频网络的选频特性， 然后根据正弦波振荡电路的两个条件选 择合适的放大电路指标，以构成一个完整的振荡电路。 （2）、rc串并联网络的选频特性 图1中用的rc串并联选频网络具有选频作用，由图1可知： 若令o=1/rc 或 fo =1/（2rc）则 尹婧：基于模拟乘法器的线圈阻抗测试仪的研究 6 2 012 / 1 1/ 1 1 1 1 1 1 (1)1 1 1 3 1 1 3() fvz f vzz rj c r j c rj c r j c r j c r j rc r r j cj rc j rc j rc j rc j rc j rc jrc rc 0 0 0 22 0 1 ( ) 1 3() 1 3() 1 | 3() v v f jrc rc j f 上述分析表明：当=0=1/（rc）时，输出电压的幅值最大（当输入电压的幅值一定， 而频率可调时)，并且输出电压是输入电压的1/3,同时输出电压与输入电压同相位。根据|fv| 和的表达式可以画出rc串并联选频网络的幅频特性和相频特性曲线。 f （3)、振荡的建立与稳定 所谓建立振荡，就是要使电路自激， 从而产生持续的振荡，由直流电变为交流电。对 于rc振荡电路来说， 直流电源即是能源。那么自激的因素又是什么呢?由于电路中存在噪声， 它的频谱分布很广，其中也包括有=0 =1/（rc）这样一个频率成分。这种微弱的信号，经 过放大，通过正反馈的选频网络，使输出幅度愈来愈大，最后受电路中非线性元件的限制， 使振荡幅度自动地稳定下来，开始时，av =1+ rf/r1略大于3，达到稳定平衡状态时， av=3,fv=1/3(=0=1/rc） 华东交通大学毕业设计 7 3.1.4、lc正弦波振荡电路 lc并联谐振回路电路图 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:24-may-2006sheet of file:c:documents and settingsyshejixinfangfa.ddbdrawn by: ia isin r1 res c1 cap l1 inductor + - v0 图2 lc正弦波振荡电路 由图2可知它的等效阻抗为： 1 () 1 rj l j c z rj l j c 通常有r。所以： l 1 / 11 ()() jj l l c c z rjlrjl cc : 尹婧：基于模拟乘法器的线圈阻抗测试仪的研究 8 3.1.5、双t网络式rc正弦波振荡器 双t网络式rc正弦波振荡器的原理图为： 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:23-may-2006sheet of file:f:yinjing1.ddbdrawn by: r1 6.2k r2 6.2k c1 0.033uf c2 0.033uf c3 100uf c4 0.068uf c5 100uf r3 1.3k rw1 10k rw2 100k r4 100k r5 43k q1 2n2222 r6 8.2k r7 2.7k r9 51k r8 100k c6 100uf q2 2n2222 r10 2.4k c7 100uf vcc vout r11 1000k 图3 双t网络式rc正弦波振荡器 3.2、90移相器的设计 方案一：090移相器。它可以在090范围内移相，但要达到90的移相是非常困 难的，所以在本课题中这一电路一般不采用。 方案二：积分90移相器。这一移相器的电路及原理都比较简单，但在实际应用中是很难进 行正常的积分运算的。 方案三：直流反馈通道的90移相器。这一90移相器的移相有滞后误差，使得测量结果不 太准确，所以需要改进。 方案四：隔值及超前补偿移相器：该电路可把因积分移相器加入直流反馈通道带来的移相滞 后误差补偿掉。 所以根据实际情况所选用的90移相器是直流反馈通道的移相器与隔值及超前补偿移相器串 联所组成的90移相器。 华东交通大学毕业设计 9 3.2.1、090移相器 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:20-may-2006sheet of file:i:yinjing3.ddbdrawn by: r1 res uo rf res ui c cap 2 3 84 1 u?a lt1013 r2 rpot vcc vee 图4 090移相器 由图可以知道与运算放大器同相端相接的是简单的rc移相网络，该电路的输出电压u。 为： 2 0 1 2 (1) 1 f i rr uu r r j c 因此 0 1 2 1 (1) 1 1 f i ur ur j cr 产生的相移为： 当0时，=90；当时0 2r 2r 但我们需要的是90移相器，要使是比较困难的，因此此方案难以达到要求，故不预 2r 采用。 2 1 arctg cr 尹婧：基于模拟乘法器的线圈阻抗测试仪的研究 10 3.2.2、积分90移相器 对于普通的积分90移相器，如图所示： 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:23-may-2006sheet of file:f:yinjing1.ddbdrawn by: 2 3 74 6 1 5 u1 ua741 r1 res u0 u1 vcc c1 cap vee 图5 积分90移相器 由图5可知它的传递函数为： 11 1 ()h j j r c 幅频特性： 11 1 ( )h r c 相频特性： 2 ( )90 j e 由其特性可知，积分90移相器的特点：（1）相位移相90；（2）输出信号幅度受到输 入信号频率变化的影响，但在实际积分运算放大器中，由于积分器的直流增益为无穷大，放 大器的失调及其漂移将使放大器进入饱和状态，从而无法进行正常的积分运算，导致了移相 器不能正常工作，针对这一问题，采用了在一般积分器的基础上增加直流反馈通道的方案， 如图所示： 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:7-jun-2006 sheet of file:i:业业业业业yinjing1.ddbdrawn by: r res c2 r1 res r2 res u0 r3 res u1 vee vcc 2 3 74 6 1 5 u1 ua741 c? cap c1 cap 图6 直流反馈通道的90移相器 若选择r=r2=r3=r4=100k，c=c1=c2=c3=1uf时，其传递函数为： 华东交通大学毕业设计 11 222 333222 1 43 ( ) 431 rr s crsc h s r r s cr s crsc 可知加上反馈通道的积分90移相器对输入信号的移相有滞后误差，并且移相器的幅频 特性受到频率变化的影响，为了解决积分器输出存在直流分量和90移相的滞后误差，因此 可利用超前补偿环节的移相器。 3.2.3、隔值及超前补偿移相器 隔值及超前补偿原理如图所示： 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:23-may-2006sheet of file:f:yinjing1.ddbdrawn by: c1 cap c2 cap u1 r2 res u0 r1 res 2 3 74 6 1 5 u1 ua741 vcc vee 图7 隔值及超前补偿移相器 图中，若选r=r1=r2=127k，c=c1=c2=1uf时，其传递函数为： 222 2 222 2 ( ) 21 r s crsc hs r s crsc 该电路即可隔直又起超前补偿的作用，可把因积分移相器加入直流反馈通道带来的移相 滞后误差补偿掉，积分移相环节和隔直及超前补偿环节串联后的系统函数为： 12( )( )( )h sh s hs: 3.3、压控电流源的设计 方案一：悬浮负载的电流源。这一压控电流源很难得到本课题所需的电流，所以不能采用。 方案二：具有稳定性补偿功能的悬浮负载的压控电流源。这一电路的增益提高了但损失了直 流的精度。 方案三：具有射级跟随器的压控电流源。这一压控电流源原理比较简单，而且实现起来比较 容易，所以采用了这一电路。 尹婧：基于模拟乘法器的线圈阻抗测试仪的研究 12 3.3.1、悬浮负载的电流源 图8是一种实际应用的压控电流恒流输出电路。图中负载处于反馈通道，rs为 电流取样电阻，提供与负载电流成比例的电压。 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:7-jun-2006 sheet of file:i:业业业业业yinjing3.ddbdrawn by: vee vcc r3 res r1 2 3 74 6 1 5 u1 ua741 vi vsin c1 cap r2 res rs res load 图8 悬浮负载电流源 当输入信号不稳定或信号源输出阻抗在整个功率周期内趋于增大时，可能引起同相输入 不稳定。而电阻r1接功率运算放大器同相端到地，则可以防止这样的情况发生。在低频状态 下，c1,r1与r2不发生作用，只是用来提高电路的稳定性。输入信号通过环路，加到rs上， 使得输出电流ia只与输入信号和rs相关，而与负载的变换无关，因此形成恒流。 华东交通大学毕业设计 13 3.3.2、具有稳定性补偿功能的悬浮负载的压控电流源 但图9是一基础电路，可以在此基础上添加一些元器件使得电路更加完善。如图 所示， 它可以提高电路增益，且能保持电路的传输功能。提高增益会损失一些恒流精度，但可以增 加电路的稳定性。 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:7-jun-2006 sheet of file:i:业业业业业yinjing3.ddbdrawn by: r res vee vcc r3 res ui r1 2 3 74 6 1 5 u1 ua741 vi vsin c1 cap r2 res rs res load 图9 具有稳定性补偿功能的悬浮负载的压控电流源 但上两种电路应用分析起来比较复杂特别是对于感性负载来说，所以综合考虑选用图10 所示的压控电流源比较合适。 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:15-jun-2006sheet of file:i:业业业业业shejixinfangfa.ddbdrawn by: r1 100k r2 100k r3 100k r4 100k 2 3 74 6 1 5 a2 ua741 2 3 74 6 1 5a1 ua741 r5 20 vee vcc vee vcc io vi vo1 vo2 图10 该压控电流源由两个运放构成，其中运放a1作为射极跟随器，运放a2作为放大器，a2输 出电压为： 34343421 2221 3331212 ()oaaio rrrrrrrr vvvvv rrrrrrr 尹婧：基于模拟乘法器的线圈阻抗测试仪的研究 14 则流过电阻r5的电流为： 21342341 1 55312312 1 (1) oo oio vvrrrrrr ivv rrrrrrrr : 若取r1=r2=r3=r4，上式可简化为： 5 i o v i r 由此可见，只要改变vi的大小和极性就可以控制io电流的大小和方向。 3.4、模拟乘法器的原理 3.4.1、模拟乘法器的基本特性 模拟乘法器的电路符号如下： 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:24-may-2006sheet of file:c:documents and settingsyshejixinfangfa.ddbdrawn by: ux uy uo 模拟乘法器的电路符号 它有两个输入端、一个输出端。若输入信号为ux、uy，则输出信号uo为： uo=kuxuy 式中，k称为乘法器的增益系数，单位为。 1 v 根据乘法运算的代数性质，乘法器有四个工作区域。由它的两个输入电压的极性来确定， 并可用x-y平面中的四个象限表示。能够适应两个输入电压四种极性组合的乘法器称为四象 限乘法器；若只对一个输入电压能适应正、负极性，而对另一个输入电压只能适应一种极性， 则称为二象限乘法器；若对两个输入电压都只能适应一种极性，则称为单象限乘法器。 对于一个理想的乘法器，当ux uy中有一个或两个都为零时，输出均为零。但在实际乘 法器中，由于工作环境、制造工艺及元件特性的非理想性，当ux=0，uy=0时，uo0，通常 把这时的输出电压称为输出失调电压；当ux=0，uy0时，uo0，这是由于uy或（ux）信 号直接流通到输入端而形成的，称这时的输出电压为uy或（ux）的输出馈通电压。输出失 调电压和输出馈通电压越小越好。此外，实际乘法器中增益系数k并不能完全保持不变，这 将引起输出信号的非线性失真。 华东交通大学毕业设计 15 3.4.2、变跨导式模拟乘法器 变跨导式模拟乘法器是在带恒流源的差分式放大电路的基础上发展起来的。如图11所 示可知 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:24-may-2006sheet of file:i:yinjing2.ddbdrawn by: rc res rc res r res vo r1 res r1 res r2 res vy vx +vcc -vee 2 3 84 1 u?a lt1013 t4 2n2369 vcc vcc r2 res t1 2n930 vo1 + - 图11 变跨导式模拟乘法器 式中 （3）01 c xmcx be r vvg r v r 而 （4） 11e m et i g rv （5） 1 2 ee e i i 故 （6） 2 ee m t i g v 图中t3、t4是压控镜像电流源，当vyvbe时，有 （7） y ee v i r 将式（6） 、 （7）代入式（3）中可得 01 2 c xyxy t r vv vkv v rv 尹婧：基于模拟乘法器的线圈阻抗测试仪的研究 16 式中，则输出电压为： 2 c t r k rv 22 1 11 ooxy rr vvkv v rr 3.4.3、模拟乘法器芯片的选择 在本课题的设计中所用到的模拟乘法器集成芯片是最常见的mlt04，其管脚图如下 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:29-may-2006sheet of file:i:业业业业业业业业.ddbdrawn by: 1 2 3 4 5 6 7 8 w1 x1 y1 y2 x2 +5v w2 c3 0.1uf vcc y2 x2 gnd2 w2 x4 9 y1 x1 gnd1 w118 17 16 15 14 13 12 11 10 w4 x4 y4 -5v y3 x3 w3 c4 0.1uf mlt04 y4 vee y3 x3 gnd3 w3 w4 gnd4 由管脚图可以看出，mlt04 芯片有八个输入端四个输出端，其中 xi和 yi分别为模拟乘 法器的两个输入端，wi为输出端，gnd 为接地端，vcc 与 vee 均为直流电源端。由此可 知该芯片是有四个模拟乘法器集成的集成芯片。其电压输出为： ，其中 x()/2.5wxyv 或 y 上的线性误差仅为 0.2%。 3.5、仪表中的数码显示设计 附图2所示的为led显示的数字式电压表的原理图 图中5g1413是双积分型单片cmos a/d变换器，该器件采用24脚双列直插式封装，具有 自动调零，自动级性转换，功耗低等优点。其主要参数为：转换精度数0.05%1，输入阻 抗大于等。采用5g14433再加上一片译码器和一个基准电压源就可以组成数字式电压 3 10 m 表。5g14433数字输出采用动态扫描显示方式，q0q3为bcd码输出端，ds1ds4为位选 : 信号，分别为千位，百位，十位和个位的选通信号。各条引线分别通过电阻同译码器5g4511 各相应的输出断相连。千位只有b和c 两个笔划，故仅显示1或不显示。led显示器的阴极通 过驱动器5g1413分别由位选信号ds1ds4控制轮流导通，小数点和负号“-”段通过电阻 : r14，r15同udd相连，只有当被测电压为正值时，q2输出为高电平，通过5g1413中的复合 晶体管将流向“-”号一段的电流旁，使“-”号熄灭。 5g14433的vr断接基准电流，5g1403为基准电压源，通过r3电位器调节基准电压，其 变化范围为200.0mv2v，r1与c1分别为积分电阻与电容。如c1=0.1uf,时钟频率为 : 66kh，vdd=5v，则2v量程时r1=470k。 华东交通大学毕业设计 17 当被测电压超过基准电压vr时，过量程or端输出低电平，则可使触发器c043工作，于 是该触发器对eoc信号进行2分频，使5g4511的bt端输出电平时高时底，从而使数字发生闪 烁，指示过量程的状态。 尹婧：基于模拟乘法器的线圈阻抗测试仪的研究 18 第4章 系统仿真 4.1、仿真软件介绍 本系统仿真采用protel 99 se进行仿真。protel 99 se与protel 99相比，功能、使用环境、 操作方式等变化不是很大。其主要完善并强化了模拟仿真分析、信号完整性分析功能等，如 简化了初始化设置项，增加了波形观测方式等。 protel 99 se具有以下特点： （1）将原理图编辑、印制电路板编辑、可编程逻辑器件设计、自动布线、电路模拟仿 真、信号完整性分析等功能有机的连在一起。 （2）支持由上到下或由下到上的层次电路设计。 （3）当原理图中的元件来自仿真用元件电气图形符号库时，可以直接对电路原理图中 的电路进行仿真测试。 （4）提供erc（电器规则检查）和drc（设计规则检查） ，能最大限度的减少设计错误。 （5）库元件的管理、编辑功能完善，操作非常方便。 （6）全面兼容tango及protel 99/99 se中可以使用、编辑tango或低版本protel建立的 文件，并提供了转换成orcad格式文件的功能。 （7）schematic和pcb之间具有动态连接功能，保证了原理图与印制板的一致性，以便 相互检查、校验。 （8）具有连续操作功能，可以快速地放置同类型元件、连线等。 4.2、仿真结果 我们所采用的正弦信号发生器是rc桥式振荡器，它所产生的波形为正弦波，经过90移 相器（积分90移相）得到了超前于rc桥失振荡器产生的正弦波的90的正弦波。而通过压控 电流源并未改变rc桥式振荡器产生的正弦波相位特性。 仿真结果图如图所示： vout1为rc正弦波振荡电路产生的正弦波输出，vou2是经过90移相器产生的波形输 华东交通大学毕业设计 19 出，而vout是rc正弦波振荡电路产生的电压通过压控电流源而输出的波形。 第五章 结论 本课题研究的测试仪的精度相对来说还是比较精确的，所以该课题应该属于前沿科技， 经过这几个月的学习与研究使我们对于基于模拟乘法器的线圈阻抗测试仪有了比较透彻的了 解，课题所选用的各个部分电路也都比较合理，使得仿真出来的结果比较正确。本课题的信 号发生器选用的是普通的 rc 正弦振荡器，通过设定各个电阻与电容的值得到了课题所需要 频率的正弦信号。而 90移相器则是选用直流反馈通道的 90移相器与隔值超前移相器串联组 成了非常精确的 90移相器，所以仿真出来的波形也非常精确。压控电流源在本课题设计过 程中的作用就是使得 rc 正弦振荡器产生的电压转换为电流值便于计算所测线圈的阻抗。模 拟乘法器的芯片选择 mlt04 是因为该设计要求有两个模拟乘法器，而 mlt04 是集成了四个 模拟乘法器的集成芯片，所以用 mlt04 能够更方便课题的研究。而最后的显示器是 led 显 示器，能够直观的显示出测量数据从而非常方便快捷。 本设计制作经仿真分析后基本完成了题目的要求，达到了设计要求的目的。个别仿真电 路由于时间问题，调试还未能全部完成。经仿真证实了各部分设计的正确性和合理性。 尹婧：基于模拟乘法器的线圈阻抗测试仪的研究 20 毕业设计小结 毕业设计是总结我们大学四年所学知识的一个重要环节，它考察了我的动手动脑以及自 学等各个方面的综合能力，是每一个合格的大学生必须认真学习的重要阶段。 在这连续几个月的毕业设计过程中，让我深深体会到了自己所学知识的狭隘，但通过老 师的指导以及同学间的互相讨论学习更让我学习到了许多书本上没有的知识。在设计过程中 也遇到了许多困难，通过到处借阅图书和搜查资料让我对现代的测试技术水平以及国内外先 进的测试仪有了一些了解让我学到了更多有用的知识，也为以后即将走上工作岗位打下了一 定的实践基础。 在研究本课题时所遇到的最大的困难就是仿真实验了。我所选用的仿真软件是protel 99 se,但在仿真过程中我所设计的电路总图中所选用的芯片许多却在protel 99 se软件中搜索不 到。所以必须用其它芯片所取代，但许多芯片我不懂得它如何使用接线，通过同学的帮助与 指导让最终让我顺利完成了毕业设计。 这次毕业设计让我懂得了遇到问题要通过自己的思考去解决，而不是等待，知识要通过 自己努力进取，把自己学到的用到实际生活中还有一定的难度。面对设计中的难题，一要有 信心，相信自己一定可以完成任务；二要勇于在茫茫书籍中去查找，这是一个很好的学习过 程；三要坚持到底。如果再不懂就要去总同学或老师，这也是一个学习的好帮手。 总之，这次设计不论是理论上还是实践中，都让我收获很多，对以前不太知道，很生疏 的东西有了更多的了解。我想这对我以后的工作肯定是有帮助的，我很珍惜并感谢这次毕业 设收获的知识与经验。 华东交通大学毕业设计 21 致谢 本次毕业设计历经四个月。最终圆满的完成了。这次毕业设计之所以能够顺利的完成首 先要非常感谢指导老师刘百芬。此次毕业设计过程比较艰辛，也遇到了许多困难但刘老师始 终专心地帮助我们解决问题不断指导我们研究新的设计方案，使得我们的设计能够始终顺利 的进行。所以我们全组同学都非常感谢刘老师付出的时间和辛劳。 同时我也要非常感谢这几个月帮助我的所有同学，当我遇到问题时他们总是不厌其烦的 帮我解决困难，没有他们的帮助我也不可能把毕业设计完成的那么顺利。而且同学们还好心 的把书和资料借给我看给予了我很大的支持与帮助。 我感谢他们所给予我的关心与帮助，让我能够更加的完善自己，谢谢大家！ 尹婧：基于模拟乘法器的线圈阻抗测试仪的研究 22 参 考 文 献 1 彭国贤. 数码显示m. 电子工业出版社. 1986. 2 m.赫皮. 运算放大器与模拟乘法器m.广西:广西人民出版社.1987. 3 胡宴如. 电子技术基础m.北京:中国电力出版社,1999.151-154. 4 胡宴如. 模拟电子技术m. 北京:高等教育出版社,2000.190-192. 5 康华光，陈大钦. 电子技术基础(第四版)m.北京:高等教育出版社,1979.122-128. 6 何希才. 新型开关电源设计与应用m.北京:科学技术出版社,2001.158-160. 7 蔡宣三,龚绍文.高频功率电子学m.北京:科学出版社,1993.128-130. 8 u.梯策,ch.胜克.高频电子电路m.北京:人民邮电出版社,1984. 9 卢涛.一种新颖的电子移相器j.电测与仪表,1997. 10 汪晓强,陈明凯.一种高精密读实时电力谐波分析算法的实现j.电测与仪表,2003. 11 angelo kp. current-limited g.a fuzzy controller for step-up dc/dc converters c.the 8th ieee income elect circ and sits a, 2001.971-980. 12 so wc, tse ck, lee ys.a fuzzy controller for dc-dc converters a.25th annual ieee pesc94 record c,1994.315-320. 13 mark n. horenstein.microelectronic circuits and devices.2nd ed., prentice-hall inc, new york,1996. 华东交通大学毕业设计 23 附录 附录a 电路总图 尹婧：基于模拟乘法器的线圈阻抗测试仪的研究 24 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:12-jun-2006sheet of file:i:业业业业业shejizongtu.ddbdrawn by: 2 3 1 84 a1a tl322 vcc-vcc r4 10k r5 10k 2 3 74 6 1 5 a2 ua741 -vccvcc 2 3 74 6 1 5 a3 ua741 vcc-vcc r8 20 r6 10kr710k r l 2 3 74 6 1 5 a4 ua741 vcc -vcc rf 10k gnd 1 2 3 4 5 6 7 8 9 18 17 16 15 14 13 12 11 10 w1 gnd1 x1 y1 vcc y2 x2 gnd2 w2 w4 gnd4 x4 y4 vee y3 x3 gnd3 w3 c3 0.1uf c4 0.1uf led led r1 10k c2 0.1pf c1 0.1pf r1 100k r2 10k r3 10k r9 5k r10 10k r11 10k c3 0.5pf c4 0.9pf c5 0.4pf 2 3 74 6 1 5 a5 ua741 r12 20k r13 20k c6 0.9pf +5v -5v mlt04 vcc-vcc 附录b led显示电路 华东交通大学毕业设计 25 123456 a b c d 65