仪器仪表电路设计与实训仪器仪表电路设计与实训

1、仪器仪表电路设计与实训任务书学生姓名： 专业班级：测控zy1201 指导教师： 工作单位： 机电学院测控系 题 目: 仪器仪表电路设计与实训 5 khz正弦交流驱动信号长线nnn输出正弦0-40mvp-p0-20mm铁芯初始条件：某差动变压器传感器用于测量位移，当所测位移在0 20mm范围时（铁芯由中间平衡位置往上为正，往下为负），其输出的信号为正弦信号为040mvp-p（如图所示），要求将信号处理为与位移对应的02v直流信号，以便供三位半数显表头显示。要求完成的主要任务:1 设计方案与分析（可供选择的两种以上方案的比较和选择论证）；2 各个模块电路原理图的设计（三位半数显部分选做，做者加分）

2、；3 各个模块电路参数的计算（必要的设计计算，元器件型号及数值选择等）；4 各个模块电路仿真（要求至少其中一个模块电路仿真成功）；5 完整的设计说明书（4000汉字以上），要符合我校课程设计说明书要求的格式规范，参考文献不少于5篇；6 一张符合有关标准的完整电路原理图（a3以上，画在正规图纸上）和详细器件清单；7 鼓励用电路cad软件设计电路原理图。时间安排：序号设计内容所用时间1查找资料0.3周2硬件设计0.7周3电路仿真和方案调整，撰写设计说明书0.4周4答辩0.1周合 计1.5周指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 目录1绪论.12方案论证与原理分析.2 2.

3、1方案论证.2 2.2原理分析.33单元电路设计.4 3.1差动放大电路.4 3.2开关式相敏检波电路.5 3.3低通滤波器.64电路调试与仿真.75元件清单.106小结与体会.11参考文献.121 绪论随着现代社会的发展，测控技术变得越来越重要。在很多方面都应用到了传感器，传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。由于传感器的输出信号一般都很薄弱，因此需要有信号调理与转换电路对其进行放大、滤波等处理。本次课设我们的任务就是对一个位移传感器得到的信号进行处理。某差动变压器传感器用于测量位移，当所测位移在0 20mm范围时（铁芯由中间平衡位置往上为正，往下为负

4、），其输出的信号为正弦信号040mvp-p（如图所示），要求将信号处理为与位移对应的0-2v直流信号，以便供三位半数显表头显示。 2 方案论证与原理分析2.1 方案论证方案一：通过一个同相放大器对输出信号进行放大，然后通过一个精密相敏检波电路对其进行检波，最后通过一个低通滤波器对其进行滤波，最终达到一个恒定的电压值，电路图如下图。 图2-1 总体电路图方案二:先通过一个同相串联双运放高共模抑制比放大电路，然后通过一个开关检波电路对其进行检波，最后通过一个低通滤波器进行滤波，最后达到恒定的电压。方案分析：由于传感器在测量现场，用长线将信号引出到信号处理单元，因此要考虑抑制共模信号，同相放大器不能

5、抑制共模电压，而且相对精密检波电路来说，开关式检波电路更简单一些，因此我选择了方案二。2.2 原理分析由传感器得到的正弦电压信号，首先通过一个差动放大器对其进行放大，然后用相敏检波电路对其进行检波，再通过低通滤波器对其进行滤波，最后通过三位半数显头显示出来。 传感器 差动放大 相敏检波 数显 低通滤波 图2-1 原理图3 单元电路设计3.1 差动放大电路由于来自传感器的信号通常伴随着很大的共模电压，所以采用差动输入集成运算放大器来抑制它，但是必须要求外接电阻完全平衡对称、运算放大器具有理想特性。下图3-1为同相串联双运放高共模抑制比电路图。 图3-1 同相串联型放大电路 如图中取r2=r3=1

6、k,根据下列公式 3-1 3-2 3-3去掉共模电压，得 3-4放大200倍，所以r1=r4=199k.这种电路采用了两个同相输入的运算放大器，很好的抑制了共模电压。3.2 开关式相敏检波电路 由于包络检波原理简单、电路简单，在电路中有广泛的应用。但是磁心由它的平衡位置向上或向下移动同样的量，传感器的输出信号幅值相同，只是相位差180，从包络检波电路的输出无法确定磁心上下移动，而且包络检波本身不具有区分不同载波频率信号的能力，所以我选择了相敏检波，在相敏检波里开关式类的相敏检波电路比较简单，因此选择了开关式的。用相敏检波需要一个载波信号，载波信号需要和调幅信号有相同的频率，所以我用一个过零比较

7、器来产生方波信号。下图3-2为开关式相敏检波图。 图3-2 开关式相敏检波取r1=r2=r5=5k,在为正的时候，同相输入端被接地，只从反相输入端输入，放大器的倍数为-1，在为0的半周期,v截至，同时从同相和反相输入端输入，放大的倍数为+1。3.3 低通滤波器由于位移传感器产生的调试信号的频率比较低，约为30hz左右。而低通滤波器容许低频信号通过，但减弱或减小频率高于截止频率的信号的通过。rc滤波器具有电路简单、抗干扰性能强，有较强的低频性能，电阻、电容元件标准、易于选择的特点。因此，在测试电路中，我选用一阶有源rc低通滤波器。理想低通滤波器器能够让零频（即直流）到截止频率fc之间的所有信号毫

8、无损失的通过，而高于截止频率fc的所有信号都将消失。滤波电路图如下3-3。 图3-3 一阶有源rc滤波电路取r5=5k,=30hz,根据公式 3-5 求得c=1uf.4 电路调试与仿真按单元电路在multisim中连线进行仿真，下面是仿真的电路图和仿真图。 图4-1 仿真电路图 图4-2 差动电压图 图4-3 检波后的波形 图4-3 滤波后的波形5 元件清单表5-1 元件清单标号型号个数大小r1/r3/r8/r9rj41kr2/r4rj299kr5/r6/r7/r10rj45kc1电解电容11ufd1/d202bz2.22uopamp5q12n337016 小结及体会在这为期一周半的课程设计中

9、，我受益匪浅，收获颇丰。通过这次测控电路的课程设计，我对各部分测试电路有了更清晰的认识，如放大电路、检波电路、滤波电路等。，尤其是带有相敏检波电路的差动式传感器，对其中差动电桥、运算放大器、相敏检波器、低通滤波器的结构原理及参数选择有了更进一步的了解。通过本次课设锻炼了我的实际操作能力，使我所学的理论知识有了实用的价值，得以与实践操作充分结合。在设计过程中，我遇到了不少困难，但通过请教老师同学、仔细分析理解，都逐一得到了解决。我发现只有细心、耐心、恒心才能将事情做好，设计方案中一个小小的数字错误，简单的一个器件的选择错误，都有可能对设计方案造成巨大的影响。我还意识到我的设计能力有所不足，在理论上也有很多的缺陷。因此在以后的学习生活中，我将更努力地学习理论知识，同时注重理论和实践的结合。参考文献1程开明.模拟电子技术.重庆：重庆大学出版社，1993.2张国雄.测控电