测控电路(交流电桥课程设计)

湖北工业大学

课

程

设

计

课程名称：测控电路课程设计

课题名称：交流电桥的设计

专业班级：13测控1班

姓名：学号：

指导教师：

2016年6月1日~6月6日

目录

1.概述————————————————————3

2.总体方案设计————————————————3

3.电路设计及参数计算—————————————4

a.滤波电路———————————————4

b.电桥差分放大电路———————————8

c.绝对值电路——————————————12

4.硬件设计—————————————————18

5.软件设计—————————————————19

6.总结———————————————————20

一．概述

在这次的课程设计中，老师给我们了多个题目供我们选择，大都是我们我们平时在上课时学习过的，像惯性电路相差计算，交流电桥输出电路，设计一个光电计数电路，设计微积分电路等，我选择了交流电桥的，在制定操作方案的过程中我们遇到了一些问题，去办公室请教了老师，等到了一些指点，我们这个题目要求我们实现如下６个小目标。

1、设计一个方波信号输出电路；

2、把方波信号编程三角信号

3、设计一个交流电桥电路；

4、设计电桥差分放大电路；

5、设计放大信号的绝对值电路；

6、设计绝对值变直流的电路；

二．总体方案设计

我们通过编程利用５１单片机输出一个方波，提供最原始的激励信号，然后通过滤波电路得到正弦信号作为ｖｉ提供给差分放大电路，经过差分放大后的信号作为ｖｏ。利用ｖｉ和ｖｏ作为输入，设计两个半绝对值电路，得到｜２ｖｉ｜，一个反向器得到（－ｖｉ），一个加法器，最后得到｜ｖｉ－ｖｏ｜＋｜ｖｉ＋ｖｏ｜的值，最后利用一个ＲＣ电路对其进行整流，得到绝对值变直流的电路。

三．电路设计及参数计算

在电路设计过程中我们我们将整体电路进行了划分，将其分为三大部分＜１＞滤波部分＜２＞差分放大部分＜３＞绝对值部分，下面我从第一部分讲起。

（１）滤波部分

（仿真滤波电路图）

滤波电路图如上，电阻都选用１ｋ的，ｃ１选用１.０ｕｆ的，ｃ２选用２２０ｕｆ，从以上电路图中可知，我们首先对最原始从单片机产生的方波信号进行了方波整流，注意第一个三极管为ＰＮＰ，第二个为ＮＰＮ管，利用三极管的单向导通性以防止方波的失真现象。然后将这个信号作为ＲＣ电路的信号源，利用ＲＣ电路进行一次滤波，得到三角波信号，然后利用一个带通滤波器得到我们所需要

的正弦激励信号。

计算过程如下：

利用传递函数得到ｖｉ

（Ｖ－Ｖ１）／Ｒ＝Ｃ１＊（ｄＶ１／ｄＴ）＝＞Ｖ１＝（Ｖ＋２．５）／（２＋ＲＣ１ＪＷ）所以有

Ａ（ｗ）＝１／（√４＋（ＲＣ１Ｗ）＾２）

Ψ（ｗ）＝－ａｒｃｔａｎ（ＷＲＣ１/２）再有

（Ｖ１－２．５）／Ｒ＝－（Ｖ１Ｏ－２.５）／Ｒ－Ｃ２＊（ｄＶＯ－２.５／ｄＴ）

Ｖ１Ｏ＊（１＋Ｃ２ＲＳ）＝５－Ｖ１

Ｖ１０＝（５－ＶＩ）／（Ｃ２ＪＷ＋１）

由于Ｖ１０＝ＶＩ，得到后续电路的ＶＩ．

注意本设计中的２．５ｖ电压都是利用电阻分压实现的，中间那点的电压即为２.５ｖ．

如下图

（2.5v偏置电压）

（原始方波信号）

（一次滤波后的三角信号）

（二次滤波后的正弦信号）（２）差分放大电路

（电桥电路）

通过调节Ｒ２１滑动变阻器的大小来改变电桥的平衡状

态。

（电桥差分放大电路）

通过调节滑动变阻器的阻值，使得电桥不平衡，有一个差值，我们利用电桥后面那一部分的电路，将电桥上下中间两点的电压放大，放大倍数可以通过调节三个电阻的大小来改变。

放大倍数＝（Ｒ１３＋Ｒ１４＋Ｒ１５）／Ｒ１４

在本课程设计中我选用了两个１０ｋ和一个１ｋ的电阻，放大了２１倍。然后在两个放大运放后面接一个减法器，将这两个放大了２１倍的信号进行相减，得到他们的差分放大信号。

（减法器）

这两个放大了２１倍的信号进行相减，得到他们的差分放大信号。它们的差分也为原差分的21倍。

（差分信号１）这是在滑动变阻器比较小时。

（差分信号２）

通过调节滑动变阻器阻值，在阻值越接近５０％时，电桥之间电压差为越小，这时波形越接近一条直线。在阻值超过５０％后波形图的峰值反向，距离５０％的值越远，波形图的峰值越大。

（跟随器电路）因为后面的电路设计需要用到vi和vo，但是实际告诉我们如果直接用的话会产生失真现象，所以我们对vi和vo后面设计一个电压跟随器防止失真现象产生

（３）绝对值电路

（绝对值电路）

我们利用二极管的单向导通性来的到ｖｉ的绝对值，当ｖｉ大于０时，只导通下面一路电路R16为2k，这时R16与二极管之间的电压是vi的2倍（），上端电路不导通。当vi小于0时只导通第一路。

（负绝对值）

（绝对值电路va1与va2）

（反向器）

利用反向器得到—vo（差分放大的输出），便于后面计算｜ｖｉ－ｖｏ｜＋｜ｖｉ＋ｖｏ｜

（绝对值电路1+反向器电路）

（绝对值电路+减法器）

（减法器）

我们可以利用如上电路得到我们所需的｜ｖｉ－ｖｏ｜＋｜ｖｉ＋ｖｏ｜的值，计算过程如下图。

要注意的是我们在计算｜ｖｉ－ｖｏ｜＋｜ｖｉ＋ｖｏ｜时，vi前的电阻为0.5r,要满足此公式成立的条件，即vo的幅值要小于vi。

通过调节滑动变阻器的阻值，一旦过了50%的平衡点，最后｜ｖｉ－ｖｏ｜＋｜ｖｉ＋ｖｏ｜的相位会随之发生变化。