测控电路课程设计
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2
测控电路部分
一：实验任务、要求及内容
1 任务：利用场效应管的开关特性，实现低频信号的幅值调制与解调，以抑制
噪声干扰，提高信噪比。
2 要求：参考指定的资料，设计出相应的各部分电路，组装与调试该电路，试
验其抗干扰性能。
3 内容：（1）.分析各部分电路工作原理，选择相应的参数。
（2）.画出完整的电路图。
（3）.分析电路实验中产生的故障。
（4）.分析误差原因。
4 电路参数：调制信号：正弦波 频率<500HZ 幅值<0.1v 。
载波：方波
频率：5——10KHZ 幅值：5——7v 占空
比：50%。
调制后信号幅值>5v。
5 时间安排建议：全部时间一周。其中：设计 1-2 天，调试 2-3 天，总结 1 天
空比为 50%。该电路中调节 R1，R2，R3 的阻值和 C 的容值，可以改变振荡频
率；调节 R1，R2 的阻值可以改变方波的幅值。
Βιβλιοθήκη Baidu
知该方波发生电路为调制电路和解调提供开关信号 Ua 和 Ub，进而控制三
极管的导通和截止，并且 Ua 和 Ub 是一对相位相反的方波信号，则可知该电路
后应该接一个反向器用来产生相位相反的信号 Ub。
第二部分：传感器部分
一．差动变压器的工作原理………………………………（13） 二．螺管型差动变压器的结构设计………………………（15） 三．螺管型差动变压器的参数计算………………………（15） 四．差动变压器的误差……………………………………（23）
五：实验总结…………………………………………（28） 六：参考文献…………………………………………（28）
uo
Q C
1[ C
t
0 ic (t)dt Q0 ]
其中 Q0 是 t=0 时电容器已存储的电荷，由 ic=-Ii=-ui/R,得到：
uo
1 RC
t
0 ui (t)dt Uo0
常量Uo0 根据初始条件确定，即 t=0 时， uo （0）=Uo0 =Q0/C.
当输入为常量时，输出为：
uo
(t
)
ui RC
3 导线的可靠性检验：把将要用到的导线全部用万用表检测其通断；
（二）原理方框图：
3
调制 开关型 信号 调制器
放大器
开关型 解调器
低通滤 解调 波器 信号
方波 发生器
（三）方波发生电路：
原理图如下：
C Ic
0.01UF
R1 10K
R2
-
10K
+
Ii
+
-
R3 20K
R4 2.2K
方波发生电路中，积分电路的电压电流关系:
t
U
o0
可见输入为方波时输出为三角波。
ui
R1
R2 UR
R4
-1
UO
+1
R3
上图为迟滞比较电路，该电路用的是同向迟滞比较电路。R1=0 时，ui 接地，
4
UR
接输入，Uo
接输出，门限电压由
UR R2 R3
R3
Uo R2 R3
R2
0
求得：
UR
Uo R3
R2 。Uo
由稳压管确定.由此我们选定电阻
2R GI1= — ————— = —1
（R+R） 当 Ub 为高电平时，Q2 导通，Q1 截止，b 点接地，运算放大器则处于反 向放大状态。其闭环增益为：
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R
2R
GI2 = —————(1 + —— ) = +1
（2 R+R） R
由此可见，当增益为 GI1 时，输出信号为 –Ui, 而当第二种状态时，输出
安排 1 天。
二：实验过程及原理
（一）元器件的可靠性检验：
1.运放的可靠性检验：先用运放搭成跟随器，输入正弦信号，用示波器检验器 是否跟随；之后用运放搭成反向放大器，输入正弦信号看输出幅值与相位；
2.稳压管的匹配：将稳压二极管串联电阻构成稳压电路，接入电源，测其性能 参数，选择稳压值相近的两个稳压管。
方波发生电路的仿真电路如图所示：
方波发生电路产生的方波如下图所示：
5
（四）脉冲平衡调制电路：
脉冲平衡调制电路如下图所示，它由两个电子开关，一个运算放大器和 两个脉冲信号 Ua 和 Ub 组成。电路中电阻均为 5.1KΩ，接方波处的电阻为 2.2KΩ，放大器处的反馈电阻为 10.2KΩ。
根据调制电路的中的香农定理，至少要求载波信号的频率大于 10 倍的 调制信号的频率，解调时才可以较好的将调制信号与载波信号分开，检出调 制信号，并且由乃奎斯特采样定理：为了保留一个频率分量的全部信息，一 个周期的间隔至少抽样两次，即必须保证 Ws>=2*Wm 或者 Fs>=2*Fm。
该电路中输入的正弦波的频率 f=400Hz，此时方波的脉宽为 0.125ms 时， 则有频率 f=4000Hz，满足香农定理的要求，可以防止频率混叠的现象。
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电路中的电子开关用两个晶体管构成。两个输入脉冲信号 Ua 与 Ub 的 幅值和频率相等，相位相反。Ua，Ub 如下图所示：
当 Ua 为高电平时，Q1 导通，Q2 截止，a 点接地，运算放大器则处于同 向放大状态。其闭环增益为：
R1=10KΩ，R2=10KΩ，
R3=30KΩ，R4=2.2KΩ，电容 C=0.01μF，稳压管的稳压值为 5V。
综上所述，该电路前一部分是积分电路，后一部分为滞回比较器。作用：（a）
积分电路：利用 RC 回路的充放电来产生三角波。（b）滞回电路：产生方波，方
波的频率为 f=R3/4*R1*R2*C。计算可以得到：方波的频率 f=7500Hz，方波的占
《测控电路和传感器课程 设计》
设计题目：
测控电路：开关型振幅调制与解调电路的设 计与调试
传 感 器：差动变压器型位移传感器设计
1
目录
第一部分：测控电路
一：实验任务、要求及内容..................................................（3） 二：实验过程及原理.................................................................(3) 三：分析误差原因....................................................................(11) 四：分析电路中产生的故障.................................................（13） 五：实验总结.........................................................................（13）
测控电路部分
一：实验任务、要求及内容
1 任务：利用场效应管的开关特性，实现低频信号的幅值调制与解调，以抑制
噪声干扰，提高信噪比。
2 要求：参考指定的资料，设计出相应的各部分电路，组装与调试该电路，试
验其抗干扰性能。
3 内容：（1）.分析各部分电路工作原理，选择相应的参数。
（2）.画出完整的电路图。
（3）.分析电路实验中产生的故障。
（4）.分析误差原因。
4 电路参数：调制信号：正弦波 频率<500HZ 幅值<0.1v 。
载波：方波
频率：5——10KHZ 幅值：5——7v 占空
比：50%。
调制后信号幅值>5v。
5 时间安排建议：全部时间一周。其中：设计 1-2 天，调试 2-3 天，总结 1 天
空比为 50%。该电路中调节 R1，R2，R3 的阻值和 C 的容值，可以改变振荡频
率；调节 R1，R2 的阻值可以改变方波的幅值。
Βιβλιοθήκη Baidu
知该方波发生电路为调制电路和解调提供开关信号 Ua 和 Ub，进而控制三
极管的导通和截止，并且 Ua 和 Ub 是一对相位相反的方波信号，则可知该电路
后应该接一个反向器用来产生相位相反的信号 Ub。
第二部分：传感器部分
一．差动变压器的工作原理………………………………（13） 二．螺管型差动变压器的结构设计………………………（15） 三．螺管型差动变压器的参数计算………………………（15） 四．差动变压器的误差……………………………………（23）
五：实验总结…………………………………………（28） 六：参考文献…………………………………………（28）
uo
Q C
1[ C
t
0 ic (t)dt Q0 ]
其中 Q0 是 t=0 时电容器已存储的电荷，由 ic=-Ii=-ui/R,得到：
uo
1 RC
t
0 ui (t)dt Uo0
常量Uo0 根据初始条件确定，即 t=0 时， uo （0）=Uo0 =Q0/C.
当输入为常量时，输出为：
uo
(t
)
ui RC
3 导线的可靠性检验：把将要用到的导线全部用万用表检测其通断；
（二）原理方框图：
3
调制 开关型 信号 调制器
放大器
开关型 解调器
低通滤 解调 波器 信号
方波 发生器
（三）方波发生电路：
原理图如下：
C Ic
0.01UF
R1 10K
R2
-
10K
+
Ii
+
-
R3 20K
R4 2.2K
方波发生电路中，积分电路的电压电流关系:
t
U
o0
可见输入为方波时输出为三角波。
ui
R1
R2 UR
R4
-1
UO
+1
R3
上图为迟滞比较电路，该电路用的是同向迟滞比较电路。R1=0 时，ui 接地，
4
UR
接输入，Uo
接输出，门限电压由
UR R2 R3
R3
Uo R2 R3
R2
0
求得：
UR
Uo R3
R2 。Uo
由稳压管确定.由此我们选定电阻
2R GI1= — ————— = —1
（R+R） 当 Ub 为高电平时，Q2 导通，Q1 截止，b 点接地，运算放大器则处于反 向放大状态。其闭环增益为：
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R
2R
GI2 = —————(1 + —— ) = +1
（2 R+R） R
由此可见，当增益为 GI1 时，输出信号为 –Ui, 而当第二种状态时，输出
安排 1 天。
二：实验过程及原理
（一）元器件的可靠性检验：
1.运放的可靠性检验：先用运放搭成跟随器，输入正弦信号，用示波器检验器 是否跟随；之后用运放搭成反向放大器，输入正弦信号看输出幅值与相位；
2.稳压管的匹配：将稳压二极管串联电阻构成稳压电路，接入电源，测其性能 参数，选择稳压值相近的两个稳压管。
方波发生电路的仿真电路如图所示：
方波发生电路产生的方波如下图所示：
5
（四）脉冲平衡调制电路：
脉冲平衡调制电路如下图所示，它由两个电子开关，一个运算放大器和 两个脉冲信号 Ua 和 Ub 组成。电路中电阻均为 5.1KΩ，接方波处的电阻为 2.2KΩ，放大器处的反馈电阻为 10.2KΩ。
根据调制电路的中的香农定理，至少要求载波信号的频率大于 10 倍的 调制信号的频率，解调时才可以较好的将调制信号与载波信号分开，检出调 制信号，并且由乃奎斯特采样定理：为了保留一个频率分量的全部信息，一 个周期的间隔至少抽样两次，即必须保证 Ws>=2*Wm 或者 Fs>=2*Fm。
该电路中输入的正弦波的频率 f=400Hz，此时方波的脉宽为 0.125ms 时， 则有频率 f=4000Hz，满足香农定理的要求，可以防止频率混叠的现象。
6
电路中的电子开关用两个晶体管构成。两个输入脉冲信号 Ua 与 Ub 的 幅值和频率相等，相位相反。Ua，Ub 如下图所示：
当 Ua 为高电平时，Q1 导通，Q2 截止，a 点接地，运算放大器则处于同 向放大状态。其闭环增益为：
R1=10KΩ，R2=10KΩ，
R3=30KΩ，R4=2.2KΩ，电容 C=0.01μF，稳压管的稳压值为 5V。
综上所述，该电路前一部分是积分电路，后一部分为滞回比较器。作用：（a）
积分电路：利用 RC 回路的充放电来产生三角波。（b）滞回电路：产生方波，方
波的频率为 f=R3/4*R1*R2*C。计算可以得到：方波的频率 f=7500Hz，方波的占
《测控电路和传感器课程 设计》
设计题目：
测控电路：开关型振幅调制与解调电路的设 计与调试
传 感 器：差动变压器型位移传感器设计
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目录
第一部分：测控电路
一：实验任务、要求及内容..................................................（3） 二：实验过程及原理.................................................................(3) 三：分析误差原因....................................................................(11) 四：分析电路中产生的故障.................................................（13） 五：实验总结.........................................................................（13）