成信工传感器与检测技术实验指导03测控电路实验

PAGEPAGE4实验三测控电路综合实验实验目的1．掌握虚拟示波器的组成、仪器操作方法，包括界面调整、参数设置等；2．掌握包括仪表放大器（IA）在内的测控电路的搭建及调试方法；3．开放实验室的综合设计平台，学生可以自行设计、组装和集成各种信号检测实验系统，完成软硬件调试。实验原理对于仪表放大器，主要要求其放大倍数可调，以便对不同大小的信号进行放大；其输入阻抗要高，以便减少对信号源的影响；其共模抑制比要高，以便抑制线路上可能串入的共模干扰。下面介绍两种高共模抑制比放大电路：1．两运放仪器放大器来自传感器的信号通常都伴随着很大的共模电压（包括干扰电压）。一般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。否则放大器将有共模误差输出，其大小既与外接电阻对称精度有关，又与运算放大器本身的共模抑制能力有关。一般运算放大器共模抑制比可达80dB，而采用由几个集成运算放大器组成的测量放大电路，共模抑制比可达100～120dB。图1所示是由两个运算放大器组成共模抑制约100dB的差动放大电路，即两运放仪表放大器。图5－1两运放仪器放大器由电路可得uo1=(1+)ui1,=所以uo=(1+)ui3－(1+)ui1因输入共模电压uic=(ui1+ui2)/2，输入差模电压uid=ui3－ui1,可将上式改写为uo=(1－)uic+(1++)uid为了获得零共模增益，上式等号右边第一项必须为零，可取＝＝此时，电路的差动闭环增益为Kd=1+这种电路采用了两个同相输入的运算放大器，因而具有极高的输入阻抗。2．三运放仪器放大器在自动控制和非电量系统中，常用各种传感器将非电量（温度、应变、压力等）的变化变换为电压信号，而后输入系统。但这种电信号的变化非常小（一般只有几毫伏到几十毫伏），所以要将电信号加以放大，有的甚至放大上千倍或上万倍，因此都采用这种仪表放大电路（如图2所示）。电路有两级放大级，第一级由A1、A2组成，他们都是同相输入，输入电阻高，并且由于电路结构对称，可抑制零点漂移；第二级由A3组成差动放大电路，它具有很大的共模抑制比、极高的输入电阻，且其增益能在大范围内可调。如果R2=R3、R4=R5、R6=R7改变R1的电阻阻值，即可调节放大倍数，而不影响电路的对称性。图2三运放仪器放大电路由电路可得由此可得，于是，输入级的输出电压，级运算放大器A1、A2输出之差为其差模增益由此可得，当A1、A2性能一致时，输入级的差动输出及其差模增益只与差模输入电压有关，而其共模输出、失调及漂移均在R1两端相互抵消，因此电路具有良好的共模抑制能力，又不要求外部电阻匹配。但为了消除A1、A2偏置电流等的影响，通常取R2=R3。第二级A3组成差分放大电路，外接电阻完全对称。有（R4=R5，R2=R3）电路的总电压放大倍数为另外，这种电路还具有增益调节能力，调节R1可以改变增益而不影响电路对称性。三运放仪器放大器抑制共模成分的能力取决于A3，因此，它的增益常设计为1，即取R4=R5=R6＝R7。而且，要求这四个电阻必须严格匹配，以保证电路严格对称。实验仪器设备和器材1.计算机１台2.DRVI快速可重组虚拟仪器平台1套3.测控电路实验箱1套4.F120型数字合成函数/任意波信号发生器/计数器 1套5.USB数据采集仪1台实验要求预习要求：（1）复习教材中与实验有关的内容，熟悉与本次实验相关的理论知识；（2）预习实验指导书，了解本次实验的目的和内容；掌握本次实验的工作原理和方法2.实验内容：（1）．检查芯片、测量图1、2所示的仪器放大器实验电路，（令f=1kHz，VI1=VI2=0V，用数字万用表测量VO1=VO2=VO。）（2）．测量共模电压放大倍数和差模电压放大倍数（单端输入，vI=5mV，f=1kHz的输入信号，测量输出电压vO的值。双端输入，vI=5mV，f=1kHz的输入信号，测量输出电压vO的值。）3.实验报告要求：实验步骤1．系统安装：（1）关闭DRDAQ-USB型数据采集仪电源，将选用的传感器分别安装在实验模型上，并连接到采集仪的数据采集通道上，与计算机相连接。（2）弄清系统结构和工作原理，画出实验平台的结构图。2．系统调试运行：（1）开启DRDAQ-USB型数据采集仪电源。（2）运行DRVI主程序，点击DRVI快捷工具条上的"联机注册"图标，选择其中的“DRVI采仪主卡检测”或“网络在线注册”进行软件注册。3．具体实验步骤：在DRVI地址信息栏中输入WEB版实验指导书的地址，在实验目录中选择“多通道数据采集”，建立实验环境。熟悉F120的使用调节信号输出幅度，（选择幅度键，调整旋钮或输入数字）当调整得较小时。关闭电源，与采集器输入模块的相连。信号波形的输出，使信号输出频率为1K，按下SHIFT选择方波、正旋波等，通过“多通道数据采集”实验环境观看（3）测量共模电压放大倍数和差模电压放大倍数准备：给各模块供电，和接地。i）测量共模电压放大倍数单端输入，vI=5mV，f=1kHz的输入信号，观测双运放和三运放的输出，在“多通道数据采集”的实验环境中测量输出电压vO的值。ii）测量差模电压放大倍数双端输入，vI=5mV，f=1kHz的输入信号，观测双运放和三运放的输出，在“多通道数据采集”的实验环境中测量输出电压vO的值。实验报告要求实验报告除填写“实验目的”外，在内容栏应主要包括如下几部分：“实验系统硬件结构”描述；（要求图文并茂，包括各种传感器应用原理、电路图、整个系统结构图，并有对应的文字说明。）“调试过程和实验结果”记录；（逐项记录