仪器仪表电路课程设计精选.docxVIP

绪论在科技发达的今天，传感器的用途越来越广泛，在工业，交通行业等诸多领域都会有很大的用处，而且，由于科技的日益发展，现代工业对传感器的要求越来越高，要求传感器不仅要多功能，更要精度高。测控电路在传感器的精度、准确度、正确度方面都有很大的影响。对于测控电路首先要求它具有高精度，要求测量装置能够准确地测量被测对象的状态与参数，这是获得高质量产品、推进科技发展的基础，也是精确控制的基础，使被测对象能够精确地按照要求运行。为了实现高精度，测控电路必须有低噪声与高抗干扰能力、低漂高稳定性、线性与保真度好等特点。在整个测控系统中，测控电路是最灵活的部分，它具有便于放大、便于转换、便于传输、便于适应各种使用要求的特点。设计好测控电路，对于测控系统具有很重要的意义，红啊的测控电路可以是整个的测控系统的精度提高，误差减小。而本次课程设计中各个部分所采用的是双运放高共模抑制比放大电路、开关式相敏检波电路、压控电压源型二阶RC低通滤波器电路、直流放大电路。方案论证本次课程设计的初始条件为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0—40mVP-P，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。在此初始条件下所设计的电路应该具有如下功用：（1）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；（2）由于测量现场工况复杂且传感器输出信号由长线引出到后续处理电路，要考虑抑制干扰信号；（3）由于两次级线圈几何、电、磁等因素的不对称，即使铁芯处于中间位置，也得不到零输出，总存在驱动信号的正交输出或高频输出，在电路上还要考虑抑制差动变压器的这一所谓零点残余电压。方案一：设计一个交流驱动器，驱动差动变压传感器来产生一个输入信号，之后经过放大，相敏检波，再经过整流得到直流电压，最后再经过直流放大后得到预期结果。方案二：用一个函数发生器来产生一个正弦输入信号，之后经过放大，相敏检波，低通滤波和直流放大后得到预期结果。经过比较后，可知方案一实现起来比较困难，而且用二极管整流电路来将交流电变为直流电，容易使低频的输入信号丢失，使得产生的结果不是理想的结果。方案二相对于方案一来说较为简单，容易实现，且用低通滤波器可以滤去高频噪声，留下低频的有用信号。所以，本次仪器仪表课程设计最终采用方案二来实施。第一章放大电路设计1.1三运放高共模抑制比放大电路参数的计算来自传感器的信号通常都伴随着很大的共模电压，所以放大电路一般采用差动输入集成运算放大器来抑制共模信号，但必须要求外接电路完全平衡对称、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的共模抑制比可达100~120dB。所以，本次课程设计采用的放大电路为三运放高共模抑制比放大电路。电路图如图1-1所示。三运放高共模抑制比放大电路是由三个集成运算放大器组成，其中、是两个性能一样的同相输入通用集成运算放大器，构成平衡对称差动放大输入级，用来进一步抑制、的共模信号，并适应接地负载的需要。图1-1三运放高共模抑制比放大电路由此可以求得，于是，输入级的输出电压，即运算放大器、的输出之差为其差模增益为所以，当、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相关，而其共模输出、失调及其漂移都在两端互相抵消，因此电路具有良好的共模抑制能力，同时也不必要求外部的阻抗匹配。但是，为了消除、偏置电流的影响，通常取。另外，这种电路还具有增益调节能力调节可以改变增益而不影响电路的对称性。由上述内容可以得知，三运放高共模抑制比电路的各个阻值可以取，。第三级放大器的放大倍数,要使三运放高共模抑制比放大电路的放大倍数为100，所以，可以取,。1.2三运放高共模抑制比放大电路的搭建三运放高共模抑制比放大电路的电路仿真图如图1-2所示，仿真结果如图1-3所示。由图1-3可以得出，50Hz,20mV的交流电压经过高共模抑制比放大电路后，输出电压为1.959V接近于2V，所以可以认为电压被放大了100倍，仿真结果正确。所以可以得出，三运放高共模抑制比放大电路设计师正确的。图1-2高共模抑制比放大电路仿真图图1-3三运放高共模抑制比放大电路仿真结果第二章相敏检波电路设计在精密测量中，进入传感器的除了输出的测量信号外，还往往有各种噪声，传感器的信号又十分微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分离出来对于提高电路的测量精度有很大的影响，为了便于区别信号和噪声，需要对信号进行调制，之后再解调。从已调信号中检出调制信号的过程称为解调或检波。解调的方法可以分为包络检波和相敏检波。包络检波原理简单