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1、<p> 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p> 姓 名: 院 (系):信息系專 業(yè) : 班 級(jí):</p><p> 課程設(shè)計(jì)題目: 傳感器測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) </p><p> 課程設(shè)計(jì)要求:設(shè)計(jì)一個(gè)放大器系統(tǒng),當(dāng)電阻值變化±1%時(shí),放大電路能夠產(chǎn)生±
2、6V的輸出電壓。要求偏差為0時(shí)輸出為0,偏差為1%時(shí)輸出為6V,偏差為-1%時(shí)輸出為-1V,誤差不超過(guò)±2%。</p><p> 設(shè)計(jì)任務(wù)總述:對(duì)設(shè)計(jì)題目進(jìn)行分析,根據(jù)設(shè)計(jì)的要求先確定基準(zhǔn)電壓源:為測(cè)量電橋提供一定精度要求的7.0V基準(zhǔn)電壓,然后修改電路,進(jìn)行參數(shù)計(jì)算.,測(cè)量當(dāng)電阻值變化±1%時(shí),放大電路能夠產(chǎn)生±6V的輸出電壓;要求偏差為0時(shí)輸出為0,偏差為1%時(shí)輸出為6V,偏差為
3、-1%時(shí)輸出為-6V,誤差不超過(guò)±2%;最后電路仿真實(shí)驗(yàn)。</p><p> 工作計(jì)劃及安排:熟悉課題要求,查找相關(guān)資料;甄選資料的相關(guān)內(nèi)容,初步確定設(shè)計(jì)方案;尋找參考電路,修改電路,進(jìn)行參數(shù)計(jì)算.調(diào)試(仿真),如不成功,返回第2步整理數(shù)據(jù);撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。</p><p> 成績(jī)指導(dǎo)教師簽字___________________年 月 日 </p&g
4、t;<p> 摘要: 設(shè)計(jì)一個(gè)放大器系統(tǒng),當(dāng)電阻值變化±2%時(shí),放大電路能夠產(chǎn)生±8V的輸出電壓。要求偏差為0時(shí)輸出為0,偏差為2%時(shí)輸出為8V ,偏差為-2%時(shí)輸出為-8V,誤差不超過(guò)±5%。</p><p> 一、電路結(jié)構(gòu)及原理說(shuō)明:</p><p> 該電路由四部分組成:基準(zhǔn)電壓源電路、測(cè)量電橋電路、放大電路、電平轉(zhuǎn)移電路。<
5、;/p><p><b> 電路框圖如下所示:</b></p><p> 1.基準(zhǔn)電壓源:為測(cè)量電橋提供一定精度要求的7.5V基準(zhǔn)電壓,采用5.6V穩(wěn)壓管與同相比例運(yùn)算電路結(jié)合實(shí)現(xiàn)。</p><p> 2.測(cè)量電橋電路:當(dāng)電橋的所有阻值都相同時(shí),輸出電壓為零。當(dāng)有一電阻發(fā)生變化時(shí)將會(huì)有電壓輸出。此電路可以等效為傳感器測(cè)量電路,測(cè)取的溫度變化量并
6、將其轉(zhuǎn)化成電壓變化。</p><p><b> 3.放大電路:</b></p><p> 放大電路用于將測(cè)溫橋輸出的微小電壓變化(ΔV)放大,使其滿足性能要求。放大電路采用兩個(gè)同相電壓跟隨器(作為輸入緩沖器)與兩級(jí)放大器組成,其中第一級(jí)放大器為差動(dòng)放大器,第二級(jí)放大器為可以方便調(diào)節(jié)的反相比例運(yùn)算電路。</p><p><b>
7、電平轉(zhuǎn)移電路:</b></p><p> 二、測(cè)量電路和參數(shù)計(jì)算</p><p><b> 1、基準(zhǔn)電源電路</b></p><p> 基準(zhǔn)源輸出電壓為V+=6.0V,穩(wěn)壓管電壓為5.6V,取穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流為1~1.2mA。</p><p><b> 根據(jù)基準(zhǔn)源電路有</b>&
8、lt;/p><p><b> 得到:</b></p><p> 選RJ2=5kΩ,可得RJ1=71.43kΩ。</p><p> 由于 </p><p> 若取IF=1mA,則有</p><p> 得到RJF=0.4kΩ。</p>
9、<p> 電阻R3和R4的計(jì)算:</p><p> 由穩(wěn)壓管開始啟動(dòng)的條件:</p><p> 設(shè)VS、RJ3、RJ4組成的電路向穩(wěn)壓管提供的電流為0.2mA,</p><p> 若流過(guò)R4的電流也為0.2mA:則由下式:</p><p> 可得RJ4=31.5kΩ</p><p> 因?yàn)榱鬟^(guò)R
10、J3電阻的電流為0.4mA,所以</p><p> 取VS=10,得到:</p><p><b> 驗(yàn)證</b></p><p><b> 這是一個(gè)啟動(dòng)電路。</b></p><p><b> 2、測(cè)量電橋的計(jì)算</b></p><p> 式中
11、V+是電橋的基準(zhǔn)電壓。由于Vo1與電壓V成正比,因此V應(yīng)該由基準(zhǔn)電壓源電路提供。</p><p> 取V=6.0V,電橋的R1=R2=R3=R4=100kΩ。</p><p> 這里δ=0.02,V+=6.0V。</p><p><b> 3、放大電路的計(jì)算</b></p><p> 如果對(duì)于Vo1=0.03V時(shí)
12、,輸出電壓為6V,則有放大倍數(shù)為6/0.03=200.0倍。</p><p><b> 則對(duì)于放大器有</b></p><p> 一般希望RY4/RY3和RY2/RY1 有相同的數(shù)量級(jí)。</p><p> 令R11=10kΩ,R21=100kΩ,則1+2R21/R11=21,R41/R41=10.159</p><p&
13、gt; 若令R31=5kΩ,則R41=47.619KΩ</p><p> 其中R21=R22,R31=R32,R41=R42</p><p><b> 4、電平轉(zhuǎn)移電路</b></p><p><b> 聯(lián)立解得,得到,。</b></p><p> 取R5=96kΩ,R6=4kΩ,得V1=
14、0.4166V。</p><p> 取RG=1kΩ,RF=4kΩ。</p><p><b> 三、電路仿真</b></p><p> 1:基準(zhǔn)電壓源的單獨(dú)仿真</p><p> 經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試,最終選擇 RJ2=31.02kΩ,此時(shí)輸出電Vout=7.5V。</p><p> 2、測(cè)溫電橋
15、的單獨(dú)仿真</p><p> 當(dāng)四個(gè)電阻都相等時(shí),理論上電橋輸出應(yīng)為0,實(shí)際存在偏差,輸出為-0.074nV。</p><p><b> 當(dāng) </b></p><p> 在基準(zhǔn)電壓為7.5的時(shí)候,對(duì)于R3阻值在99KΩ,101KΩ時(shí)的分別仿真 </p><p> 3: 放大電路的單獨(dú)仿真</p>&
16、lt;p> 在R3=99KΩ時(shí)的仿真</p><p> 在R3=101KΩ時(shí)的仿真</p><p><b> 4.</b></p><p><b> 4:整體電路仿真</b></p><p> 在R3阻值改變時(shí),輸出電壓變化,R3=99KΩ時(shí) 輸出電壓為6.028V;當(dāng)R3=10
17、1KΩ時(shí),輸出電壓為-5.968V,這2數(shù)值都在誤差允許范圍內(nèi)。</p><p><b> 5:誤差產(chǎn)生的分析</b></p><p> 雖然在仿真時(shí)用的是理想的元器件但是,在計(jì)算放大倍數(shù)是RY1,RY2,RY3,RY4取了近似值,導(dǎo)致結(jié)果輸出不是+6V和-6V。</p><p> 四、主要元件參數(shù)和元件列表</p><
18、;p> 注:圖中RY2,RY5即為計(jì)算放大倍數(shù)時(shí)的“RY2”;RY3,RY6即為計(jì)算放大倍數(shù)時(shí)的“RY3”,RY7,R5即為計(jì)算放大倍數(shù)時(shí)的“RY4”,RY1不變。</p><p><b> 總結(jié)</b></p><p> 通過(guò)本次模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì),鞏固了模擬電子技術(shù)課程中學(xué)習(xí)的理論知識(shí),例如同相比例電路﹑反相比例電路﹑實(shí)際運(yùn)放﹑穩(wěn)壓管等知識(shí);<
19、/p><p> 通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)中尋找實(shí)際元件參數(shù),鍛煉了自己閱讀技術(shù)資料的能力;</p><p> 初步掌握了Multisim2001用于模擬電子技術(shù)的仿真方法,初步了解了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方法;</p><p> 通過(guò)參閱參考文獻(xiàn),了解了更多關(guān)于鉑電阻測(cè)溫傳感器的知識(shí);</p><p> 本次課程設(shè)計(jì)還有相當(dāng)多的不足和缺點(diǎn),例如:仿真設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)
20、有考慮穩(wěn)定對(duì)其他元件的影響;仿真是沒(méi)有具體對(duì)實(shí)際運(yùn)放進(jìn)行失調(diào)電壓和失調(diào)電流的調(diào)零;選取某些電阻時(shí)使用的虛擬電阻,沒(méi)有采用實(shí)際電阻,缺乏實(shí)用性;對(duì)誤差的分析比較簡(jiǎn)單,希望通過(guò)本次課程設(shè)計(jì),進(jìn)一步掌握計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的能力,對(duì)本試驗(yàn)題目做進(jìn)一步改進(jìn)。</p><p><b> 六﹑ 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1]. 太原理工大學(xué)信息工程學(xué)院自動(dòng)化系. 模擬電
21、子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書. 太原理工大學(xué). 2007.5</p><p> [2]. 周凱. EWB虛擬電子實(shí)驗(yàn)室—Multisim 7 & Ultiboard 7電子電路設(shè)計(jì)與運(yùn)用. 電子工業(yè)出版社. 2006</p><p> [3]. 華成英. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版). 高等教育出版社. 2006</p><p> 摘要: 設(shè)計(jì)一個(gè)放大器系統(tǒng),
22、當(dāng)電阻值變化±2%時(shí),放大電路能夠產(chǎn)生±8V的輸出電壓。要求偏差為0時(shí)輸出為0,偏差為2%時(shí)輸出為8V ,偏差為-2%時(shí)輸出為-8V,誤差不超過(guò)±5%。</p><p> 一、電路結(jié)構(gòu)及原理說(shuō)明:</p><p> 該電路由四部分組成:基準(zhǔn)電壓源電路、測(cè)量電橋電路、放大電路、電平轉(zhuǎn)移電路。</p><p><b> 電
23、路框圖如下所示:</b></p><p> 1.基準(zhǔn)電壓源:為測(cè)量電橋提供一定精度要求的7.5V基準(zhǔn)電壓,采用5.6V穩(wěn)壓管與同相比例運(yùn)算電路結(jié)合實(shí)現(xiàn)。</p><p> 2.測(cè)量電橋電路:當(dāng)電橋的所有阻值都相同時(shí),輸出電壓為零。當(dāng)有一電阻發(fā)生變化時(shí)將會(huì)有電壓輸出。此電路可以等效為傳感器測(cè)量電路,測(cè)取的溫度變化量并將其轉(zhuǎn)化成電壓變化。</p><p>
24、;<b> 3.放大電路:</b></p><p> 放大電路用于將測(cè)溫橋輸出的微小電壓變化(ΔV)放大,使其滿足性能要求。放大電路采用兩個(gè)同相電壓跟隨器(作為輸入緩沖器)與兩級(jí)放大器組成,其中第一級(jí)放大器為差動(dòng)放大器,第二級(jí)放大器為可以方便調(diào)節(jié)的反相比例運(yùn)算電路。</p><p><b> 電平轉(zhuǎn)移電路:</b></p>&
25、lt;p> 二、測(cè)量電路和參數(shù)計(jì)算</p><p><b> 1、基準(zhǔn)電源電路</b></p><p> 基準(zhǔn)源輸出電壓為V+=7.5V,穩(wěn)壓管電壓為5.6V,取穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流為1~1.2mA。</p><p><b> 根據(jù)基準(zhǔn)源電路有</b></p><p><b>
26、 得到:</b></p><p> 選RJ2=30kΩ,可得RJ1=88.1kΩ。</p><p> 由于 </p><p> 若取IF=1mA,則有</p><p> 得到RJF=1.9kΩ。</p><p> 電阻R3和R4的計(jì)算:</p&
27、gt;<p> 由穩(wěn)壓管開始啟動(dòng)的條件:</p><p> 設(shè)VS、RJ3、RJ4組成的電路向穩(wěn)壓管提供的電流為0.2mA,</p><p> 若流過(guò)R4的電流也為0.2mA:則由下式:</p><p> 可得RJ4=31.5kΩ</p><p> 因?yàn)榱鬟^(guò)RJ3電阻的電流為0.4mA,所以</p>&l
28、t;p> 取VS=10,得到:</p><p><b> 驗(yàn)證</b></p><p><b> 這是一個(gè)啟動(dòng)電路。</b></p><p><b> 2、測(cè)量電橋的計(jì)算</b></p><p> 式中V+是電橋的基準(zhǔn)電壓。由于Vo1與電壓V成正比,因此V應(yīng)該由
29、基準(zhǔn)電壓源電路提供。</p><p> 取V=7.5V,電橋的R1=R2=R3=R4=100kΩ。</p><p> 這里δ=0.02,V+=7.5V。</p><p><b> 3、放大電路的計(jì)算</b></p><p> 如果對(duì)于Vo1=0.0375V時(shí),輸出電壓為8V,則有放大倍數(shù)為8/0.0375=213
30、.33倍。</p><p><b> 則對(duì)于放大器有</b></p><p> 一般希望RY4/RY3和RY2/RY1 有相同的數(shù)量級(jí)。</p><p> 令R11=10kΩ,R21=100kΩ,則1+2R21/R11=21,R41/R41=10.159</p><p> 若令R31=5kΩ,則R41=50.79
31、3Kω</p><p> 其中R21=R22,R31=R32,R41=R42</p><p><b> 4、電平轉(zhuǎn)移電路</b></p><p><b> 聯(lián)立解得,得到,。</b></p><p> 取R5=96kΩ,R6=4kΩ,得V1=0.4166V。</p><p
32、> 取RG=1kΩ,RF=4kΩ。</p><p><b> 三、電路仿真</b></p><p> 1:基準(zhǔn)電壓源的單獨(dú)仿真</p><p> 經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試,最終選擇 RJ2=31.02kΩ,此時(shí)輸出電Vout=7.5V。</p><p> 2、測(cè)溫電橋的單獨(dú)仿真</p><p>
33、; 當(dāng)四個(gè)電阻都相等時(shí),理論上電橋輸出應(yīng)為0,實(shí)際存在偏差,輸出為-0.074nV。</p><p><b> 當(dāng) </b></p><p> 在基準(zhǔn)電壓為7.5的時(shí)候,對(duì)于R3阻值在99KΩ,101KΩ時(shí)的分別仿真 </p><p> 3: 放大電路的單獨(dú)仿真</p><p> 在R3=99KΩ時(shí)的仿真<
34、;/p><p> 在R3=101KΩ時(shí)的仿真</p><p><b> 4.</b></p><p><b> 4:整體電路仿真</b></p><p> 在R3阻值改變時(shí),輸出電壓變化,R3=99KΩ時(shí) 輸出電壓為6.028V;當(dāng)R3=101KΩ時(shí),輸出電壓為-5.968V,這2數(shù)值都在誤
35、差允許范圍內(nèi)。</p><p><b> 5:誤差產(chǎn)生的分析</b></p><p> 雖然在仿真時(shí)用的是理想的元器件但是,在計(jì)算放大倍數(shù)是RY1,RY2,RY3,RY4取了近似值,導(dǎo)致結(jié)果輸出不是+6V和-6V。</p><p> 四、主要元件參數(shù)和元件列表</p><p> 注:圖中RY2,RY5即為計(jì)算放大
36、倍數(shù)時(shí)的“RY2”;RY3,RY6即為計(jì)算放大倍數(shù)時(shí)的“RY3”,RY7,R5即為計(jì)算放大倍數(shù)時(shí)的“RY4”,RY1不變。</p><p><b> 總結(jié)</b></p><p> 通過(guò)本次模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì),鞏固了模擬電子技術(shù)課程中學(xué)習(xí)的理論知識(shí),例如同相比例電路﹑反相比例電路﹑實(shí)際運(yùn)放﹑穩(wěn)壓管等知識(shí);</p><p> 通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)中
37、尋找實(shí)際元件參數(shù),鍛煉了自己閱讀技術(shù)資料的能力;</p><p> 初步掌握了Multisim2001用于模擬電子技術(shù)的仿真方法,初步了解了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方法;</p><p> 通過(guò)參閱參考文獻(xiàn),了解了更多關(guān)于鉑電阻測(cè)溫傳感器的知識(shí);</p><p> 本次課程設(shè)計(jì)還有相當(dāng)多的不足和缺點(diǎn),例如:仿真設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮穩(wěn)定對(duì)其他元件的影響;仿真是沒(méi)有具體對(duì)實(shí)際運(yùn)
38、放進(jìn)行失調(diào)電壓和失調(diào)電流的調(diào)零;選取某些電阻時(shí)使用的虛擬電阻,沒(méi)有采用實(shí)際電阻,缺乏實(shí)用性;對(duì)誤差的分析比較簡(jiǎn)單,希望通過(guò)本次課程設(shè)計(jì),進(jìn)一步掌握計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的能力,對(duì)本試驗(yàn)題目做進(jìn)一步改進(jìn)。</p><p><b> 六﹑ 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1]. 太原理工大學(xué)信息工程學(xué)院自動(dòng)化系. 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書. 太原理工大學(xué). 2007.
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