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：

基准电压源测量电桥放大电路

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

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

Vz RJ RJ Vo )1

2

1(1+

=

25.16

.50

.7)121(1==+=RJ RJ Vz Vo 得到：

25.01

2

=RJ RJ 选RJ2=10k Ω，可得RJ1=40k Ω。 由于 JF

JF F R R Vz Vo I 6

.50.7-=-=

R11

R21

R22

R31

R32

R41

R42

vo

vi1

vi2

.

.

.

VS

RJ1 RJ2

RJ3 RJ4

RJF DJ1

Vz

V+

.

.

.

.

R1 R3

R4

R2(1+δ¦)

Vo .

.

.

.

.

.

. .

若取IF=1mA ，则有

JF

R mA 6

.50.71-=

得到RJF=1.4k Ω。

电阻R3和R4的计算： 由稳压管开始启动的条件：

7.04

34

+≈+>+Vz V Vz Vs R R R D J J J

设V S 、R J3、R J4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： mA 2.07

.06.54

4=+=

J RJ R I 可得R J4=31.5k Ω

因为流过R J3电阻的电流为0.4mA ，所以 mA 4.03

.63

3=-=

J RJ R Vs I 取V S =10V ，得到： k Ω25.94

.03

.6103=-=J R 验证

V 3.67.073.7105

.3125.95

.31434=+≈+>=+=+Vz V Vz Vs R R R D 这是一个启动电路。

VS

RJ3

RJ4

DJ1

.

.

.

5.6V

0.2m A

0.2m A

0.4m A

.

.

2、测量电桥的计算

++++≈++=+-+++=V R R R R V R R R R V R R R R R R Vo ）2

12

||1())1(212||1(]2121)1(2)1(2[

1δδδδδ

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=100k Ω。

V 035.0)5.7)(4

02

.0())(4())(21)2||1(

1===+=++V V R R R R Vo δδ 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

)11

21

21(3141428571.1711R R R R Vo Vo +== 一般希望RY4/RY3和RY2/RY1 有相同的数量级。 令R11=10k Ω，R31=5k Ω，则若令:

则R41=44.7621538K Ω R21=89.5243076k Ω 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99K Ω，101K Ω时的分别仿真

3： 放大电路的单独仿真