实习报告电路

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任务一:电容传感器电路的仿真(5 天)
一、主要内容及步骤 理解电容传感器电路的主要构成及其工作原理,并应用 multisim
软件对电容传感器电路进行仿真分析,步骤如下: 1、理解电容传感器电路的工作原理。 2、熟悉 multisim 软件的基本使用方法。 3、在 multisim 环境中构建电容传感器电路。 4、对电容传感器电路进行仿真分析。
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此时,设 A=(C7+C4)/C3=,对应输出 1V---4MA. 零点未迁移前当 C4=*90%=时,对应输出 5V---20MA. 此时,设 B=(C7+C4)/C3=,对应输出 5V---20MA. 零点迁移后,设此时迁移至*20%,即 C4= 要求:C4=时,对应输出 1V---4MA.
电容式传感器的工作原理可以用平板电容器来说明。平板电容器是由两个金属极板、
2
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中间夹一层电介质构成的。当忽略边缘效应时,其电容器的电容量为 C=A1*A2*S/D=A*S/D
式中:A1——真空介电常数 A2——相对介电常数 A——电容极板间的介电常数 D——极板间的距离 S——极板正对面积
2
1V1DD LM324M
R5
VDD
47k¦¸ -15V
Key=A 40%
R2
1
10k¦¸
D1 2
C2 R3 5nF 10k¦¸
1N1202C D2
GND
1N12G02NCD
IO1
XSC1
A +_
B +_
Ext Trig +
_
产生正弦波信号,采用文氏桥式 RC 振荡器,起振条件:R5+R2>2R3,振荡频率 F0=1/(2 RC) ,C1、C2 取值在 nf 级,且取在 1~30nf 之间为宜,相对地 C1、C2 取值越小 F0 越大,正弦 信号产生迅速。 D1、D2 作用:为了使输出幅度稳定,同时在运放反向端加入负反馈支路,支路中 D1、D2 起 稳幅作用,当输出幅度增大时,处于导通状态的二极管的正向压降随之增大,正向电阻减小, 使负反馈深度加深,迫使输出减小,达到稳幅的目的。R5 用于调节负反馈的大小,以便使 输出符合设计要求,此处 R5 取 40%左右电阻量适宜,过大过小都会产生振荡发散。 (3)C/V 转换电路(cv)
1kΩ 3
R261kΩ
7 5
1 R27 1kΩ
0
26
2
R28 1kΩ
10 U8
1
3554BM
R31
3.29345kΩ
4
5
0 R30 1kΩ
7 U9
5
0 R37 1kΩ
R32 13
1
6
R34 1kΩ 7
767Ω
2 3554BM
8
XMM6
V1 R33 1kΩ 1V
0
R36
3kΩ 6
9 7 U10
5 1
6
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原因:信号经过 C/V、整流滤波、放大、V/I 环节,输入输出都成线性关系。
对于放大电路(差动比例运算电路):当 R9=R11、R10=R12 时,I02=K*(I03-I01),
K=R12/R11。
(I03-I01)————前向整流滤波电路的输出电压
K———放大倍数
GND
任务二 铂电阻温度变送器制作(6 天)
一、 实验设备和元件
DT9208 万用表一只 ,+5/24V 万能电路板一块 ,镊子一只, 导线若干, XTR106 OPA2277 芯片各一个, 电阻若干,变位器 2 个,电容一个,二极管,三极管各一个,滑动变阻器 5 个,焊烙铁等
二、 实验内容及步骤
1、 回顾两线制变送器的工作原理,理解两线制变送器电路设计的原则。 2、 了解电阻式传感器原理、测量转换线路,熟悉万用表、电路板、电烙铁等功和原材料的
i=Ui/R14=K*Ui (K=1/R) 由于 Ui=1~5V,i=4~20MA 所以 R14=250 欧 图 1:振荡电路产生的正弦波信号
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图 2:振荡电路产生的正弦波与其经 C/V 转换后形成的正弦波信号叠加
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图 3:可变电容量在 10%,90%时放大电路输出信号波形与 V/I 输出电流值
使用方法。 3、 阅读 XTR106 芯片厂家英文资料,掌握芯片基本工作原理。阅读 OPA2277 芯片工作原理。 4、 分析一下电路的工作原理。桥路电阻要求采用 100Ω 电阻,传感电阻模拟 PT100 热电阻
3554BM
2
R35 500Ω
输入信号为整流滤波的输出信号,输出信号为 1~5V 直流电压信号。 当 XHH6 示数不为零时则出现零点迁移,此时改变滑动变阻器 R38 使得 XHH6 示数为零,经减 法器后 R32 导线上无电压,此时由 V1 提供 1V 电压使得输出为 1V(对应 4MA),即达到零点 调整。 零点调整后还要调整放大倍数使得在特定范围得到 1~5V 输出信号。此时即可使用方案二的 方法,通过调节 R31 得到合适的放大倍数,在此次应用中无须附加电压 B,因为在减法器中 已经把迁移量屏蔽掉了!
整流电路的任务是将交流电变换成直流电。二极管具有单向导电特性,可以将交流变换为单
一方向的直流,此处采用桥式整流电路。滤波电路是尽量降低输出电压的波纹,同时还要尽
量保留其中的直流成分,使输出电压更加平滑,接近直流电压。电容器和电感器是基本的滤
波元件,主要利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器两端的电流不能突变的特点,此
欧级以接近理想运放的虚短条件。
(6)V/I 转换电路(vi)
IO1 IO1
VCC
VC1C5V
4
U4A
3
1
12
1V1DD LM324M VDD
-15V
R13
2k¦¸
IO2
R16 1k¦¸ 2
R14 250Ω GND GND
IO2 IO3IO3
XMM1
采用同相输入的电压/电流变换器。
6
设流过 R16 两端电流为 i,同相端输入为 Ui。 则 i*R14=U-=Ui
处采用电容∏型滤波电路。具体操作时:C5、C6 相等且为 nf 级以保证高响应速度,R8 取值
尽量大,才能达到平稳的电压输出信号。
5
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(5)放大电路(fd)
GND
GND
R10 VCC
133k¦¸ VC1C5V
IO3 IO3
R9 4
4
U3A
3
51k¦¸
IO1 IO1
R11 3
2
1
由式可知,要想使电容器的电容量发生变化,有三种方法:改变面积(S)、改变极 距(D)、改变介质(A)
四、具体电路图与分析
(1)总体结构连线图
XSC2
A +_
Ext Trig +
_ B +_
GND
X1
2
1
IO1
zd
XSC# 示波器
XSC4
A +_
B +_
Ext Trig +
_
XSC5
A +_
B +_
Ext Trig +
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五、零点调整与量程调整
方案一:改变 C/V 转换电路中的 C7 和 C3 值,达到零点调整和量程调整。
原因:信号经过 C/V、整流滤波、放大、V/I 环节,输入输出都成线性关系。
R6 200k¦¸
C3
10nF
C7
1.75nF
C4=时,对应输出 5V---20MA. 此时只能调整 C3、C7 的值满足线性关系 设此时调整 C7=X,C3=Y A=(C7+C4)/C3=(X+/Y= B=(C7+C4)/C3=(X+/Y= 解上列方程组可得:X=,Y= 故,将 C7,C3 调整为上面值即可得到正确输出。 (以上方法适用在已知零点偏移量的情况) 若只知道迁移以后的零点输出 Z,则可以由 C=(+X)/10=求得 X=*n%,即 X 为迁移后的 零点位置。再由上面介绍的方法即可求得 C7,C3 的调整值。
例如:若零点迁移前(I03-I01)=X=~1V,K=5
若零点迁移后(I03-I01)=X1=~1V
则 K1=20/3,B=-5/3
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则 Y=20*X/3-5/3——1~5V
应用如下:
如图:为零点调整和量程调整电路
R38
1kΩ Key=C 50%11
V4 1V
0
12 R29
1、交流型 C/V 转换电路
正弦信号Vi对被测电容C2进行激励,激励电流流经由反馈电阻
1
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R3,反馈电容C1,和运放组成的检测器转换成交流电压 Vo。

时,有
此时,输出电压值正比于被测电容值。
2、电路结构图
振荡电路
C/V 转换电路
整流滤波电路
放大电路
V/I 转换电路
在本任务中,除使用指定的C/V转换电路外,其它各部分电路 的实现形式不作限制。 三、电容式传感器的工作原理
4
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R6
200k¦¸ C3
10nF
C7
1.75nF
IO1
C4
IO1
1
VCC
Baidu Nhomakorabea
VC1C5V
4
U2A
3
1
IO2
3
2
8.25nF 90% Key=A
R7 10k¦¸
1V1DD LM324M VDD
-15V
GND
GND
IO2
XSC3
A +_
B +_
Ext T rig +
_
此处我采用了一个补偿电容C7,使得对可变电容地变化范围可控,同时改变C7、C3可以调节
可以通过改变 K 值和添加附加电源达到输出要求
设:输出 I02=Y,输入(I03-I01)=X1,调整后 K=K1
则有 Y=K1*X1+B
所以 K1=K*(MAX(X)-MIN(X))/(MAX(X1)-MIN(X1))
=4/(MAX(X1)-MIN(X1))(调整后放大倍数)
B= 5-K1*MAX(X1) (附加在 I01 端电压值)
R6 200k¦¸
C3
8.75nF
C7
600pF
IO1
C4
IO1
1
VCC
VC1C5V
4
U2A
3
1
IO2
3
2
8.25nF 20% Key=A
R7 10k¦¸
1V1DD LM324M VDD
-15V
GND
GND
IO2
XSC3
A +_
B +_
Ext T rig +
_
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方案二:改变放大电路的放大倍数和添加附加电源,达到零点调整和量程调整。
GND
R10 VCC
133k¦¸ VC1C5V
IO3 IO3
R9 4
4
U3A
3
51k¦¸
IO1 IO1
R11 3
2
1
IO2
IO2
51k¦¸
1V1DD LM324M VDD
-15V R12
如图:
133k¦¸
零点未迁移:I02=K*X=1~5V,(I03-I01)= X
零点迁移后:(I03-I01)范围发生变化,I02=K*(I03-I01)≠1~5V
二、电容传感器电路 电容传感器电路实现了对电容式传感器的电容值的检测。当传感
器电容值变化时电路的输出也会产生相应的变化。在本次仿真研究中 应用 RC 振荡电路产生正弦电压信号,应用交流型电容电压转换电路 实现由传感器电容值到正弦电压信号幅值的转换,应用整流滤波电路 实现交直转换,应用差动及反向放大电路对直流电压信号进行处理, 最后应用电压电流转换电路实现 4—20mA 电流输出。
IO2
IO2
51k¦¸
1V1DD LM324M VDD
-15V R12
133k¦¸
放大电路(差动比例运算电路):当 R9=R11、R10=R12 时,I02=K*(I03-I01),
K=R12/R11。
(I03-I01)————前向整流滤波电路的输出电压
K———放大倍数
具体操作时:K 的取值取决于输入输出信号所需满足的比例关系,R11、R12 的取值最好在千
方案三:改变 V/I 转换电路的 R14 和添加附加电源,达到零点调整和量程调整,原理同
方案二。
16
IO1 IO1
VCC
VC1C5V
4
U4A
3
1
12
1V1DD LM324M VDD
-15V
R13
2k¦¸
IO2
R16 1k¦¸ 2
R14 250Ω GND GND
v1.0 可编辑可修改
XMM1
IO2 IO3IO3
零点和C4地测量范围(具体见第五部分方案一)。具体操作时:R3取值尽量大,C1最好与振
荡电路中电容级别一致,保证较快的响应速度(原因见第二部分讲析)。
(4)直流滤波电路(zllb)
IO1
IO1
2 D3
4
1
1
R8 IO2
IO2
100k¦¸
GND
3 1B4B42
C5 50nF
C6 50nF
GND IIOO33
IO1
C4
IO1
1
VCC
VC1C5V
4
U2A
3
1
IO2
3
2
8.25nF 90% Key=A
R7 10k¦¸
1V1DD LM324M VDD
-15V
GND
GND
IO2
XSC3
A +_
B +_
Ext T rig +
_
如图:C7= C3=10nf C4=(不变) 零点未迁移前当 C4=*10%=时,对应输出 1V---4MA.
_
XMM2
X2
IO1 IO2
34
X3
IO1 IO2 IO3
5 X4
IO1 IO2 IO3
cv
XMM 万用表
zllb
fd
GND 接地端
X65
IO1 IO2 IO3
vi7
(2)振荡电路(zd)
GND
3
v1.0 可编辑可修改
R4 10k¦¸
4
R1
C1 5
10k¦¸
5nF
VCC
VC1C5V
4
U1A
3
1
IO1
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