电感电桥测量电感课程设计

电感电桥测量电感

1设计要求

1设计一个电桥测量电感的电路，要求比较准确测出0~10uh的可变电感器接在电路中的电感大小。要求设计思路要清晰。

2掌握以电桥法测量元器件参数电路设计的基本方法与技术。

3独立完成设计任务，绘制原理框图，并先要用仿真软件进行仿真测试。

4制定设计方案并验证，最后写下工作心得。

2 设计方案与论证

2．1设计思路

同电阻电桥测量电阻的方法类似，在一般的电桥测量电感的方法中，同样存在着电桥电源电压不稳定性和非线性的影响问题。为了解决这个问题设计了一个新型的不平衡电桥测量电感电路。

2．2总体方案

先给电桥提供一个5V的交流电压，分别通过电桥引出两路电压并接入高增益、低漂移、低噪声的放大器。从放大器出来的两个电压输入除法器。在除法器中运算后，输出的数值数字电压表测的数值。

设计的总框图如下所示

上图即为所设计新型不平衡电桥测量电感电路的设计框图

3 设计原理及电路图

3.1设计原理

从图中可知 U’

AB =—R

2

/R

1

· E/2 · (wL

x

/2wL)/(1+wL

x

/2wL)

= —R

2

/R

1

· E/2 · (L

x

/2L)/(1+L

x

/2L)

U’

BD =—R

4

/R

3

· U

BD

=—R

4

/R

3

· E/2 · 1/(1+wL

x

/2wL)

= —R

2

/R

1

· E/2 · 1/(1+L

x

/2L)

将U’

AB U’

BD

送入除法电路中则U’

AB

/U’

BD

=U

o

=R

2

R

3

/R

1

R

4

· L

x

/2L 。

电压U

o 与电桥电源电压无关。电压U

o

与被测电感L

x

成正比，这样就实现了电桥

的线性化，并且达到测量L

x 的目的。电压U

o

与电桥四臂电感成反比。

在正弦交流情况下，桥臂阻抗可以写成复数的形式 Z=R+jX=Ze jφ

若将电桥的平衡条件用复数的指数形式表示，则可得

Z

1e jφ1·Z

3

e jφ3=Z

2

e jφ2·Z

4

e jφ4

即 Z

1·Z

3

e j(φ1+φ3)=Z

2

·Z

3

e j(φ2+φ4)

根据复数相等的条件，等式两端的幅模和幅角必须分别相等，故有

Z

1Z

3

=Z

2

Z

4

φ

1+φ

3

=φ

2

+φ

4

上面就是平衡条件的另一种表现形式，可见交流电桥的平衡必须满足两个条件：一是相对桥臂上阻抗幅模的乘积相等；二是相对桥臂上阻抗幅角之和相等。当调节可变电感器时，电桥不平衡，所以输出两组不同的电压送入除法电路。

3.2设计电路图

AD532芯片的介绍：AD532是首款预调整的单芯片乘法器/除法器；无需任何外部调整电阻或输出运算放大器，即可保证±1.0%的最大乘法误差和±10 V的输出电压范围。AD532经过内部调整，易于使用，为设计工程师提供了一种有吸引力的模乘法器替代方案，而且其单芯片结构在尺寸、可靠性和成本上具有显著的优势。此外，AD532可以直接取代其它要求外部调整网络的IC乘法器（如AD530等）。它的封装图如下所示：

AD532外部引脚图

AD532的特性：预调整至±1.0% (AD532K)，无需外部元件，保证最大±1.0%的四象限，误差(AD532K。

技术指标：差分输入，传递函数为(X

1 - X

2

) (Y

1

- Y

2

)/10 V ，单芯片结构，低

成本。

OPAMP_3T的介绍：芯OPAMP_3T片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于具有OPAMP_3T非常低的输入失调电压（对于最OPAMP_3T大为25μV），所以OPAMP_3T在很多应用场合不需要额外的调零措施。同OPAMP_3T 时具有输入偏置电流低（为±2nA）和OPAMP_3T开环增益高（对于OPAMP_3T为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OPAMP_3T特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。

特点：

超低偏移： 150μV最大。

低输入偏置电流： 1.8nA 。

低失调电压漂移： 0.5μV/℃ 。

超稳定，时间： 2μV/month最大

高电源电压范围：±3V至±22V

工作电源电压范围是±3V~±18V；OPAMP_3T完全可以用单电源供电，你说的＋5V,-5V绝对没有问题，用单＋5V也可以供电，但是线性区间太小，单电源供电，模拟地在1/2 VCC. 建议电源最好>8V，否则线性区实在太小，放大倍数无法做大，一不小心，就充顶饱和了。我一直用+12V，-12V双电源供电。