仪器仪表电路课设报告

目录

第一章绪论 (2)

1.1概论 (2)

1.2课设任务 (2)

第二章方案论证及选择 (3)

第三章单元电路设计 (6)

3.1放大电路设计 (6)

3.2相敏检波电路设计 (6)

3.3低通滤波器设计 (7)

3.4直流放大器设计 (8)

第四章电路仿真（部分） (9)

5.1开关式相敏检波电路仿真 (9)

5.2低通滤波器仿真 (9)

5.3总电路功能结果仿真 (10)

第五章元器件清单 (11)

第六章小结 (13)

参考文献

第一章绪论

1.1概论

测控技术自古以来就是人类生活和生产的重要组成部分。最初的测控尝试都是来自于生产生活的需要，对时间的测控要求使人类有了日晷这一原始的时钟，对空间的测控要求使人类有了点线面的认识。现代社会对测控的要求当然不会停留在这些初级阶段，随着科技的发展，测控技术进入了全新的时代。

自从迅猛发展的计算机技术及微电子技术渗透到测控和仪器仪表技术领域，便使该领域的面貌不断更新。相继出现的智能仪器、总线仪器和虚拟仪器等微机化仪器，都无一例外地利用计算机的软件和硬件优势，从而既增加了测量功能，又提高了技术性能。由于信号被采集变换成数字形式后，更多的分析和处理工作都由计算机来完成，故很自然使人们不再去关注仪器与计算机之间的界限。近年来，新型微处理器的速度不断提高，采用流水线、RISC结构和cachE等先进技术，又极大提高了计算机的数值处理能力和速度。在数据采集方面，数据采集卡、仪器放大器、数字信号处理芯片等技术的不断升级和更新，也有效地加快了数据采集的速率和效率。与计算机技术紧密结合，已是当今仪器与测控技术发展的主潮流。对微机化仪器作一具体分析后，不难见，配以相应软件和硬件的计算机将能够完成许多仪器、仪表的功能，实质上相当于一台多功能的通用测量仪器。测控技术与仪器专业是信息科学技术的源头，是光学、精密机械、电子、电力、自动控制、信号处理、计算机与信息技术多学科互相渗透而形成的一门高新技术密集型综合学科。它的涉及面广，小到生产过程自动控制，大到火箭卫星的发射及监控。由于对自动控制及精度的严格要求，测控技术与仪器成为不可或缺的专业。

1.2课设任务

测控系统由传感器、电路和执行机构组成。电路时测控系统中最为灵活的部分。可以通过改变电路，达到获得不同信号的目的。此次课设任务就是着重于此。具体任务为：某差动变压器传感器用于测量位移，当所测位移在0 —±20mm范围时（铁芯由中间平衡位置往上为正，往下为负），其输出的信号为正弦信号0—40mVP-P，要求将信号处理为与位移对应的0--±2V直流信号。

第二章方案论证及选择

课设任务是将0-40mVpp转化为0--±2V的直流电，参考0 —±20mm的位移移动，故要考虑正反相的问题。故要在整体电路中考虑相敏检波电路。故整体思路是由正弦振荡电路激发电路工作，将输出通过放大电路进行信号放大，再进入相敏检波电路进行判断正负，最后进入滤波器去除噪声。每块单元电路都有不同类型的电路可供选择。

正弦振荡电路：（1）、RC 正弦波振荡电路：桥式振荡电路、双T 网络式和移

相式振荡电路等类型；（2）、LC 振荡电路等。

放大电路：（1）、反相放大电路；（2）、同相放大电路；（3）差动放大电路；

（4）、高共模抑制比放大电路等等。

相敏检波电路：（1）、相乘式相敏检波电路；（2）、相加式相敏检波电路。 低通滤波器：（1）、一阶滤波；（2）、压控电压源型滤波；（3）、无限增益多

路反馈型滤波等。

选择了以下两种方案：

方案一：

整体电路图如下：

传感器 差分仪放电路 相加式相敏检波压控电压源低通

滤波器

0～ 2V

桥式振荡电路 微分电路

图2-1 方案一整体电路图

方案二：

方案一和方案二都可以实现正弦信号0—40mVP-P ，要求将信号处理为与位移对应的0--±2V 直流信号。方案一中RC 正弦桥式振荡器作为激发电路，但是在实际操作中，由于软件的原因不能正常输出，及时正常输出信号不稳定，故选择了Mulsitim 软件中信号发生器输出5000Hz 、20mv 的信号。相乘式相敏检波电路具有可以鉴别调制信号相位，区别信号与噪声的能力。在开关式相敏检波电路中加入参考信号方波使用芯片提高方波输出的精准度。

综合考虑，方案二电路简单，同样能达到目的。故选择方案二。整体电路图如下：

图2-2 方案二整体电路图

第三章 单元电路设计

3.1放大电路设计 传感器 反相放大电路 开关式相敏检波压控电压源低通

滤波器

0～ ±2V 正弦信号发生器 反相放大电路

电路

图3-1放大单元设计电路图

本单元输入Ui=20mv，设定放大50倍，运用反相放大电路，则闭环增益：

Kf=-R2/R1 (3-1) 式中R2=R4=5kΩ，R1=R2=0.1kΩ，Kf=-50反相增大50倍。同理串联一个增益为-1的反相放大器。最终成功放大50倍。

3.2相敏检波电路设计

图3-2开关式相敏检波电路设计电路图

此单元中，R3=R6=R7=100kΩ，故放大倍数为-1。在Uc=1的半周期，同相输入端接地，Us只从反相输入端输入，放大器的放大倍数为-1，输出信号Uo如图3-3实线所示。在Uo=0的半周期，V截止，us同时从输入端和反相输入端输入，放大器的放大倍数为+1，输出信号uo如图3-3中虚线所示。

图3-3开关式全波相敏检波电路

3.3低通滤波器设计

本单元采用压控电压源型滤波电路组成的低通滤波器。电路图如3-4。

图3-4压控电压源型滤波器

设定fc=1kHz，则C1=0.01μF，则根据式（3-2）

K=100/(fc．C1) (3-2)

式中K——电阻换标系数 fc——截止频率比

则K=108，再根据式（3-3）

Ri=Kri(i=1,2,3) (3-3)