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1、模拟电子技术课程设计报告书信息工程学院设计题目:模拟电子技术课程设计指导书（2007版）95页 题目23铝电阻测温元件测温性能指标：若铝测温电阻元件作为电桥的一个桥臂，当测温范围为0200c时，需要放大电路输出05V电压，试设计该放大电路。该测温电桥采用1mA的电流源供电。一、电路结构及原理说明1.恒流源电路：用于产生-1mA的恒定电流，为测温桥供电。本铝电阻测温电路由四部分组成：基准电压源电路、包流源电路、测温桥及放大电路 电路的框图如下：2.3.测温桥及放大电路：珀电阻在 0200c时的阻值发生变化，测温桥用于将阻值的变 化转化为电压的变化（即 AV）;放大电路用于将测温桥输出的微小电压变
2、化（ 川） 放大，使其满足性能要求。放大电路采用两个同相电压跟随器（作为输入缓冲器）与 两级放大器组成，其中第一级放大器为差动放大器，第二级放大器为可以方便调节的 反相比例运算电路。Vout=5V图一电路如图一所示，输出电压 Vout=5V,稳压管选择Uz=3.3V的1N5913B取稳定电流约为2mA选取Vs=12V)根据同相比例电路，有：Vout= (1+R2/R1) VzVz=3.3V ,故有 R2/R1=0.515,选取 R1=33kQ ,得 R2=17kQ令 R4=1.0kQ ,则 Ir4= (Vout-Vz) /R4=1.7mA设 lRkD=0.2mA, WJ lR5=0.4mA,且
3、 R3/(R5+R4)VsVD+Vz=0.7+3.3=4V选才? R5=R3=20 ,满足稳压管工作的条件。2.恒流源的计算+AV图三图二电路如图二所示，经分析可知，Iout=-(R3+R4)V1/R1/R5 ,由于基准电压源 Vout=5V,故选取 R1=R2=10 , R3=R4=20Q ,得 Iout=-1mA。3.测温电桥的计算如图三可知，a、，R2+RwR1+Pt100A V= I|_R1- LR2R1+R2+Pt100+RwR1+R2+Pt100+Rw_ IR1(Rw-Pt100)R1+R2+Pt100+Rw选 R1=R2=100k ,依据 Pt100=0.1(1+at-bt 2-
4、ct 3(t-100)(kQ)其中 a=3.90802e-3 , b=5.80195e-7 , c=0, t 为摄氏温度得出 t=0 C时，Pt100=0.100k Qt=100 C时,Pt100=0.13851k Qt=200 C 时，Pt100=0.17584k Q当 t=0 C时，令 Rw=0.100kQ ,使得 AV=0M t=200 C时，计算得 AV=-0.037868V* U1R3R6图四电路如图四所示，由于性能要求 t=200C时，Vout=5V,又AV=-0.037868V,故放大电路的电压放大倍数为：Au=Vout/ AV=-132.04选取第一级差动放大器的电压放大倍数为
5、Au1=33,令R1=R2=10 ,得R3=R4=330k故第二级放大器的电压放大倍数为 Au2=Au/Au1=4.02,令R5=10kQ ,得R7=40.2kQ ,平 衡电阻 R6=R5/ R7=8kQ。5.由于OP0砒片的温度漂移较小，性能较好，故集成运放选用OP07四、电路仿真1.基准电压源的单独仿真：由理论计算可知，R2=17kQ ,但仿真时放大倍数达不到要求，仅能输出 4.56V,需要增大 R2来增大输出电压，经过反复调试，最终选择 R2=21.6kQ,此时输出电压Vout=5.002V , 误差为 E=(Vout-V)/V X 100%=0.002/5X 100%=0.04% 精确
6、度较高。2 .恒流源的单独仿真:R3 R41=1l=F20ko 一秋期20kQ当单独仿真包流源时，输出电流lout满足性能要求。3 .放大电路的单独仿真：当放大电路接 t=200 C, AV=-0.037868V 时，由理论计算，R6=40.2kQ 时，Vout=5.022V , 精度稍有不足，经过调试，选择 R6=40.0kQ,止匕时 Vout=4.997V,误差 E=(V-Vout)/V X 100%=0.003/5X 100%=0.06% 精度较高。4 .整体电路仿真：如图，仿真时，对R3的阻值进行调整，使恒流源输出电流尽可能接近 -1mA,最终确定 R3=22.7kQ,止匕时I=-1.
7、002mA;对RW1行调整，使 Pt100=100。时，Vout尽量输出为零， 最终确定Rw=10，同时确定R21=40.2kQ,使得Pt=175.84。时，Vout=5.000V。令温度变 化时,Pt100电阻阻值为线性变化，可得下表一，由计算可知，t=200 C时，误差为0%符合性 能要求。近似可得每升高(5-0)/200=0.025V 温度升高一摄氏度。5 .误差产生的分析：本次仿真产生误差的主要原因为：1.集成运放采用实际运放 OP07AH而理论分析采用实 际运放的性能参数，实际运放的输入电阻，输出电组，失调电流，失调电压等会造成误差；3.稳压2.没有对运放进行调零设计，仅通过电阻值的
8、调整来调整电路性能，仍有误差存在;管使用1N5913B是实际稳压管，对基准稳压电路的性能会有影响；4.恒流源设计并不精确,对输出电流的精度产生影响，最终造成输出电压的误差。表一：仿真情况温度t( C)Pt100 阻似 Q)仿真参数Vout理想输出(V)误差(%)0100-1.800mV0/100138.512.539V2.51.56200175.845.000V5.00图六：Pt=175.84 Q时的仿真情况R3R-14-175.84ohmR15 100ohm1l -o.oselv-R11100kohmRi i 10(五、主要元件参数和元件列表基准电压源恒流源测温电桥放大电路运放OP07AH运
9、放OP07AH运放OP07AH运放OP07AHV112VR510k QRw100 aR1610k QR120k QR610k QR11100k QR1710k QR2330k QR710k QR13100k QR18330k QR322.7k QR810k QPt100钳电阻R19330k QR41.0k QR910k QR2010k QR1220k QR1010k QR2140.2k QD1虚拟二极管R228k Q1N5913B稳压管六、 总结1. 通过本次模拟电子技术课程设计，巩固了模拟电子技术课程中学习的理论知识，例如同相比例电路、反相比例电路、实际运放、稳压管等知识；2. 通过在网络中
10、寻找实际元件参数，锻炼了自己阅读技术资料的能力；3. 初步掌握了 Multisim2001 用于模拟电子技术的仿真方法，初步了解了计算机辅助设 计的方法；4. 通过参阅参考文献，了解了更多关于铂电阻测温传感器的知识；5. 本次课程设计还有相当多的不足和缺点，例如：仿真设计时没有考虑稳定对其他元件的影响；仿真是没有具体对实际运放进行失调电压和失调电流的调零；选取某些电阻时使用的虚拟电阻，没有采用实际电阻，缺乏实用性；对误差的分析比较简单，希望通过本次课程设计，进一步掌握计算机辅助设计的能力，对本试验题目做进一步改进。七、参考文献1 . 太原理工大学信息工程学院自动化系 . 模拟电子技术课程设计指导书 . 太原理工大 学. 2007.52 . 周凯 . EWB 虚拟电子实验室 Multisim 7 & Ultiboard 7 电子电路设计与运用 . 电 子工业出版社. 20063 . 华成英 . 模拟电子技术基础（第四版 ）. 高等教育出版社 . 2006
