设计指标

内蒙古工业大学信息工程学院

课程设计报告(A9)

课程名称： 模拟电子技术 班 级： 学生姓名： 指导教师：

成 绩：

学校代码： 10128 学 号：

内蒙古工业大学信息工程学院课程设计任务书（9A）

课程名称：模拟电子技术专业班级：通信12-1

一、设计题目模拟传感器信号调理电路设计

二、设计目的

1．掌握基本电子电路的分析和设计方法，培养学习专业知识能力。

2．掌握基本电子电路故障识别与诊断基本方法，培养分析问题、解决问题能力。

3．掌握学习总结报告和设计说明书的基本书写方法，培养技术交流能力。

三、设计内容和要求

1．设计内容

选用一个U S=（5-10）mV、I S=100μA、R S=2kΩ的毫伏级缓慢连续变化信号（小直流电压信号）来模拟传感器信号。

（1）设计一个模拟传感器信号调理电路，要求信号调理电路的增益（放大倍数）在2-10倍之间分5档可调。

（2）调理电路的输入电阻不低于1MΩ，输出电阻不高于10Ω。

（3）调理电路有加法运算功能，实现对U S信号的1-2V直流偏移。

（4）设计应体现实用性好、成本低、功耗小特点。

（5）设计实验测试方案，通过实测U O、输入电阻、输出电阻等参数，验证设计的正确性。

2．设计要求

（1）查找资料，比较实现基本功能的几种设计方法（要求至少2种，主要根据器件选型不同来进行对比分析，例如，一种方案是实验室现有可提供器件；一种方案是查找资料得到的性价比更高的器件），理解原理，比较它们的优缺点，完成框架设计。要求从设计任务分析、设计方案选择、选取器件材料、设计制作、测试分析等方面归纳阐述并总结成文，列出参考文献目录清单。

（2）确定电路设计方案，绘制原理框图或流程图，简述所选电路设计方案的工作原理；确定电路结构，给出具体参数。

（3）搭建Multisim仿真电路，完成所设计电路的仿真测试。

（4）进行功能仿真，安装、调试实测电路，完成电路性能指标测试，记录并分析实验测试结果。完成实验报告。

（5）得出结论（是否针对设计任务完成电路设计，通过什么方式验证设计的正确性，设计电路的性能如何，还可以在哪些方面做进一步改进等）。

（6）写出设计说明和实验报告，分析说明实验过程中出现故障的原因及排除方法。

（7）创意设计或自主扩展设计。想一想自己的设计作品具有哪些方面的市场竞争力，是否可以通过进一步拓展和深化，开展项目开发，参加创新性设计，怎样才能销售出去等。

主要参考文献

[1] 童诗白，模拟电子技术基础（第4 版）高等教育出版社2006

[2] 阎石，数字电子技术基础（第5版）高等教育出版社2006

[3] 课程设计专栏，内蒙古工业大学“模拟电子技术”精品课程公共网站

1.1. 设计指标及工作原理

1.设计指标

1）设计一个模拟传感器调理电路。

2）设计应体现实用性好，成本低，功耗小特点。

3）设计参数-----性能指标要求：

①信号调理电路的增益（放大倍数）在2-10，分5档可调；

②调理电路的输入电阻 R i ≥1MΩ, 输出电阻 R 0≤10Ω;

③调理电路有加法远算功能，实现对U S信号的1-2V直流偏移。

2. 模拟传感器的工作原理

根据模拟传感器对性能指标的要求，模拟传感器的原理框图如图1-1所示，由小直流电压信号作为模拟传感器信号，保证输入电阻网络( Ri≥1MΩ)采用晶体管共集电路，加减远算网络采用电压偏移电路，信号放大网络，反馈网络和保证输出电阻网络（Ro≤10Ω)采用电压串联负反馈电路。

图1-1 模拟传感器的原理框图

1.2. 单元电路设计

1. 晶体管共集放大电路

（1）晶体管共集放大电路的工作原理

根据放大电路地组成原则，晶体管应该工作在放大区，即u

BE >Uon,u

CE

≥u BE所以

在图1-2所示的晶体管共集放大电路中，晶体管的输入回路V1,R S , C1等，由于输出电压由发射极获得，故也共集放大电路为射极输出器。

(1)求解Q 点： 32.3(1)CC BEQ BQ b e

V U I A

R R μβ-=

≈++ (1)2EQ BQ I I mA β=+≈

7CEQ CC EQ e U V I R V =-≈ (2)求解放大倍数和输入、输出电阻：

R L =∞时；(1)0.996

(1)e

u

be e R A r R ββ+=≈++

//[(1)]1i b be e R R r R k β=++≈Ω 输出电阻：////371s b be

o e R R r R R β+=≈Ω

+ 图1-2 晶体管共集放大电路（射极输出器）

所以很显然此电路图（共集）只能放大电流不能放大电压，是相比其他晶体管单管放大电路的输入电阻最大，输出电阻最小的电路，又并具有电压跟随的特点。常用于输入输出级。

2. 电压偏移电路（同相求和运算电路） 当多个输入信号同时作用

于集成运放的同相输入端时，就构成了同相求和远算电路，当输入信号为两个，其中一为直流信号，电路就成了另一个的电压偏移电路，如图1-3电压偏移电路（同相求和运算电路）所示。调整电路参数即可完成偏移电压（1—2V ）。

图1-3电压偏移电路（同相求和运算电路）

3.电压串联负反馈电路

集成运放组成的四种组态

负反馈放大电路，由于它们均引 入了深度负反馈。故集成运放 的两个输入端都都有虚断，虚 短的特点，在图1-4所示电压 串联负反馈电路中，由于输入 电压U i 等于反馈电压U f ,R S 的 电流等于R1+1K 的电流，所 以输出电压U O =R 1/R S 。电压 负反馈减小输出电阻。

当调节R1（反馈电阻）阻值 图1-4 电压串联负反馈电路

为0%，放大倍数2倍，R1 的阻值10%，放大倍数4倍，以此下去6倍，8倍，1倍，分5档调。

1.3 整机电路及仿真

整机电路如图1-5所示，通过调整电阻，实现对US 信号的2V 直流偏移，实现电路增益（放大倍数）在2-10倍之间分5档可调，如图1-6所示。

图1-5 整机电路