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模拟电子技术课程设计方案书报告
模拟电子技术基础
课程设计报告
学院:
专业班级: 学号:
学生姓名:
2011 年 12 月 27 日
设计题目:传感器测量系统的设计
设计要求:设计一个放大器系统,当电阻值变化±2%时,放大电路能够产生±8V的输出电压。要求偏差为0时输出为0,偏差为2%时输出为8V,偏差为-2%时输出为-8V,误差不超过±5%。
电路结构及原理说明
本传感器测量系统由四部分组成:基准源电路、测量电桥、放大器电路、电平转移电路。电路的框图如下:
基准源电路:为恒流源提供一定精度要求的7.5V基准电压,采用5.6V稳压管与同相比例运算电路结合实现。
测量电桥:令R3的阻值发生变化,测温桥用于将阻值的变化转化为电压的变化(即ΔV)。
放大电路:放大电路用于将测量电桥输出的微小电压变化(ΔV)放大,使其满足性能要求。
电平转移电路:为便于观测,将放大电路产生的电压转移至要求的水平。
参数计算及元件选择
图一
基准电压源的计算
基准源输出电压为V+=7.5V,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 化得
可解得: 选RJ2=30kΩ,可得RJ1=88.1kΩ
由于
若取IF=1mA,则有,得到RJF=1.9kΩ
电阻RJ3和RJ4的计算:
由稳压管开始启动的条件:
设VS、RJ3、RJ4组成的电路向稳压管提供的电流为0.4mA,稳压管电流1.2mA
若流过R4的电流也为0.2mA:则由下式:
可得RJ4=31.5kΩ
因为流过RJ3电阻的电流为0.4mA,所以
取VS=10,得到:
验证
这是一个启动电路,当启动后,不起作用了。
测温电桥的计算
图二
由图二可知,
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。
若取V=7.5V,电桥的R1=R2=100kΩ。
这里δ=0.02,V+=7.5V。
放大电路的计算
图三
如果对于Vo1=0.0375V时,输出电压为8V,则有放大倍数为8/0.0375=213.33倍。则对于放大器有
一般希望RY4/RY3和RY2/RY1 有相同的数量级。
令RY3=15kΩ,RY4=187kΩ,则RY4/RY3=12.467,RY2/RY1=8.056
若令RY2=200kΩ,则RY1=24.83kΩ
一般情况下,RY1是一个固定电阻串联一个可变电阻。
电平转移电路的计算
由电路结构可决定方程为VOUT=mVIN+b
联立可得:0=m(-8)+b
5=m(8)+b
可解得:m=5/16, b=5/2
又
联立可解得:R1=300kΩ,R2=100kΩ,RF=100kΩ,RG=400kΩ,VREF=2.67V。
电路仿真
基准电压源的单独仿真:
由理论计算可知,输出电压Vout=7.501V,误差为E=(Vout-V)/V×100%=0.001/7.5×100%=0.013%,精确度较高。
测量电桥的单独仿真:
仿真结果如图所示
放大电路及电平转移电路的仿真:
放大电路产生8V电压,对应电平转移电路产生5V电压。
放大电路产生-8V电压,对应电平转移电路产生0V电压。
整体电路仿真:
如图,仿真时,对R3的阻值进行调整,可使测量电桥产生正、负电压的区别,进而通过放大电路进行放大,再通过调节R5的阻值来调节产生的电压的误差大小。
误差产生的分析:
本次仿真产生误差的主要原因为:1.理论分析采用实际运放的性能参数,实际运放的输入电阻,输出电组,失调电流,失调电压等会造成误差;2.没有对运放进行调零设计,仅通过电阻值的调整来调整电路性能,仍有误差存在。
表一:仿真情况
ΔV Vout(V) Vout’(V) 理想输出(V)
基准源电路
测量电桥
放大器电路
Vs
V=7.5V
ΔV
电平转移电路
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