传感器测量系统的课程设计 太原理工大学现代科技

模拟电子技术 课程 实验报告

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基本摘要及要求：

设计一个放大器系统，当传感器电阻值变化±1%时，放大电路能够产生±6的输出电压。要求偏差为0时输出为0，偏差为1%时输出为6V，偏差为-1%时输出为-6V，误差不超过±2%。

一、电路结构及原理说明：

该电路由四部分组成：基准电压源电路、测量电桥电路、放大电路。

电路框图如下所示：

1．基准电压源：为测量电桥提供一定精度要求的7.0V基准电压，采用5.6V稳压管与同相比例运算电路结合实现。

2．测量电桥电路：当电桥的所有阻值都相同时，输出电压为零。当有一电阻发生变化时将会有电压输出。此电路可以等效为传感器测量电路，测取的温度变化量并将其转化成电压变化。

3.放大电路：

放大电路用于将测温桥输出的微小电压变化（ΔV）放大，使其满足性能要求。放大电路采用两个同相电压跟随器（作为输入缓冲器）与两级放大器组成，其中第一级放大器为差动放大器，第二级放大器为可以方便调节的反相比例运算电路。 二、测量电路和参数计算

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1、基准电源电路

基准源输出电压为V+=7V，稳压管电压为5.6V，取稳压管的稳定电流为1~1.2mA。 根据基准源电路有

Vo1 (1

RJ2

)Vz RJ1

Vo1RJ27.0

(1 ) 1.25 VzRJ15.6

得到：

RJ2

0.25 RJ1

选RJ2=10kΩ，可得RJ1=40kΩ。 由于 IF

Vo Vz7.0 5.6

RJFRJF

若取IF=1mA，则有

1mA

7.0 5.6

RJF

得到RJF=1.4kΩ。

电阻R3和R4的计算： 由稳压管开始启动的条件：

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0.4mA

DJ1

RJ4

Vs Vz VD Vz 0.7

RJ3 RJ4

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6V

0.2mA

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设VS、RJ3、RJ4组成的电路向稳压管提供的电流为0.2mA，

若流过R4的电流也为0.2mA：则由下式： IRJ4

5.6 0.7

0.2mA RJ4

可得RJ4=31.5kΩ

因为流过RJ3电阻的电流为0.4mA，所以 IRJ3

Vs 6.3

0.4mA RJ3

取VS=10V，得到： RJ3 验证

R431.5

Vs 10 7.73 Vz VD Vz 0.7 6.3V R3 R49.25 31.5

10 6.3

9.25kΩ 0.4

这是一个启动电路。

2、测量电桥的计算

Vo1 [

R2(1 )R2R1||R2R1||R2

]V ()V (）V

R2(1 ) R1R1 R2R1 R2(1 )R1 R2

式中V+是电桥的基准电压。由于Vo1与电压V成正比，因此V应该由基准电压源电路提供。

取V=7.0V，电桥的R1=R2=R3=R4=100kΩ。

Vo1 (

R1||R2) 0.02

)(V ) ()(V ) ()(7.5) 0.035V R1 R244

这里δ=0.02，V+=7.0V。

3、放大电路的计算

如果对于Vo1=0.035V时，输出电压为6V，则有放大倍数为6/0.035=171.428571倍。 则对于放大器有

VoR412R21

171.428571 (1 ) Vo1R31R11

一般希望RY4/RY3和RY2/RY1 有相同的数量级。 令R11=10kΩ，R31=5kΩ，则若令:

则R41=44.7621538KΩ R21=89.5243076kΩ 其中R21=R22，R31=R32，R41=R42 三、电路仿真

1：基准电压源的单独仿真

经过反复调试，最终选择 RJ2=10.84kΩ，此时输出电Vout=7.0V。

2、测温电桥的单独仿真

当四个电阻都相等时，理论上电桥输出应为0

在基准电压为7.0V的时候，对于R3阻值在99KΩ，101KΩ时的分别仿真

3： 放大电路的单独仿真

4：整体电路仿真

经过反复调试，最终选择 R41=45.92kΩ

在R3阻值改变时，输出电压变化，R3=99KΩ时 输出电压为6.001V；当R3=101KΩ时，输出电压为-5.988V，这2数值都在误差允许范围内。 5：误差产生的分析

虽然在仿真时用的是理想的元器件但是，在计算放大倍数是RY1，RY2，RY3，RY4取了近似值，导致结果输出不是+6V和-6V。 四：主要元件参数和元件列表四、主要元件参数和元件列表

五：课设收获：

1. 此次模拟电子技术课程设计，巩固了模拟电子技术课程中学习的理论知识，例如同相比例电路﹑反相比例电路﹑实际运放﹑稳压管等知识；

2. 由于以前也运用过该软件，因此本次课设使我对该软件更加熟悉了。掌握了 Multisim 2012 用于模拟电子技术的仿真方法，学会了计算机辅助设计的方法；

3. 通过在网络中寻找实际元件参数，锻炼了自己阅读技术资料的能力；

4. 本次课程设计还有相当多的不足和缺点，如：对误差的分析比较简单，希望通过本次课程设计，进一步掌握计算机辅助设计的能力，对本试验题目做进一步改进。

5. 对于电路的调试应更加耐心,合理运用二分法进行调试。 六： 参考文献

[1]. 杨欣.Len D M Nokes 电子设计从零开始（第二版）.清华大

学出版社.2010

[2]. 周凯. EWB虚拟电子实验室—Multisim 7 & Ultiboard 7

电子电路设计与运用. 电子工业出版社. 2006

[3]. 华成英. 模拟电子技术基础(第四版). 高等教育出版社.

2006

模拟电子技术课程设计任务书（第一组课题）