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1、模拟电子技术课程设计任务书姓名： 专 业：院（系）：信息系 班级：课程设计题目：传感器测量系统的设计课程设计要求：设计一个放大器系统，当电阻值变化1%时，放大电路能够产生 6V的输出电压。要求偏差为0时输出为0,偏差为1%时输出为6V,偏差为-1%时 输出为-1V,误差不超过2%。设计任务总述：对设计题目进行分析，根据设计的要求先确定基准电压源：为测 量电桥提供一定精度要求的7.0V基准电压，然后修改电路，进行参数计算.，测量当 电阻值变化1%时，放大电路能够产生6V的输出电压；要求偏差为0时输出为0, 偏差为1%时输出为6V,偏差为-1%时输出为-6V,误差不超过2%；最后电路仿真 实验。工
2、作计划及安排：熟悉课题要求，查找相关资料；甄选资料的相关内容，初步确定设计方案；寻找参 考电路，修改电路，进行参数计算调试（仿真），如不成功，返回第2步整理数据； 撰写课程设计报告。成绩指导教师签字年 月 日摘要： 设计一个放大器系统，当电阻值变化土 2%时，放大电路能 够产生8V的输出电压。要求偏差为0时输出为0,偏差为2%时输 出为8V ，偏差为-2%时输出为-8V，误差不超过土5%。一、电路结构及原理说明：该电路由四部分组成：基准电压源电路、测量电桥电路、放大电 路、电平转移电路。电路框图如下所示：1. 基准电压源：为测量电桥提供一定精度要求的7.5V基准电压，采 用5.6V稳压管与同相
3、比例运算电路结合实现。2. 测量电桥电路：当电桥的所有阻值都相同时，输出电压为零。当 有一电阻发生变化时将会有电压输出。此电路可以等效为传感器测量电 路，测取的温度变化量并将其转化成电压变化。3. 放大电路：放大电路用于将测温桥输出的微小电压变化（AV）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。4. 电平转移电路：二、测量电路和参数计算1、基准电源电路基准源输出电压为V+=6.0V,稳压管电压为5.6V，取稳压管的稳定电流为11.2mA。根据基准源电路有Vol 二(
4、1 + RJ2)VzRJ 1Vol 。 RJ 2、6.0=(1 +) = 1.07VzRJ 15.6得到：RJ2 二 0.07RJ 1选 RJ2=5kQ ，可得 RJ1=71.43kQ。由于r Vo - Vz 6.0 - 5.6 I =FRR若取IF=lmA，则有1mA =6.0 - 5.6RJF得到 RJF=0.4kQ。电阻R3和R4的计算:由稳压管开始启动的条件:Rt Vs Vz + V 沁 Vz + 0.7R + RDJ 3J 4设V、R、R组成的电路向稳压管提供的电流为S J3 J40.2mA，0. 4mA若流过R4的电流也为0.2mA:则由下式:=5.6 + 0.7 = 0.2mAR
5、J 4可得 R =31.5kQJ4因为流过R电阻的电流为0.4mA，所以J3Vs 6.3.=0.4mARJ 3RJ 3取V=10,得到:SR 3=罟=z验证R 4R3 + R 4Vs =92E10 =枷 Vz+Vd沁 Vz + 0.7 = 6.3V这是一个启动电路。2、测量电桥的计算voi= R2（i兀）-_v=（R1LR2）v 疵gR1LR2）vR 2（1 + 8） + R1 R1 + R 2 +R1 + R 2（1 + 8） +R1 + R 2+式中V是电桥的基准电压。由于Vol与电压V成正比，因此V应该由 +基准电压源电路提供。取 V=6.0V，电桥的 R1=R2=R3=R4=100kQ
6、。vo1=8（聆）（v+）二（4）（v+）二（晋）（6）二 -03v这里6 =0.02，V+=6.0V。3、放大电路的计算如果对于Vo1=0.03V时，输出电压为6V，则有放大倍数为6/0.03=200.0 倍。则对于放大器有VoVol200竺 + 2R21)R31R11般希望RY4/RY3和RY2/RY1有相同的数量级。令 R11=10kQ ， R21=100kQ ，则 1+2R21/R11=21， R41/R41=10.159 若令 R31=5kQ，则 R41=47.619KQ 其中 R21=R22，R31=R32，R41=R424、电平转移电路联立解得，得到m二5/16，b二2/5。VO
7、UT=mVIN+ b = VIN R + R56(R6)(R + R( )(FRGR R + RG) + V (5)( F G)1 R + R R56GR6+ R6)(R + R、F G )RG R5i R + R56、(R + R )G取 R5=96kQ , R6=4kQ，得 V1=0.4166V。取 RG=lkQ ,RF=4kQ。三、电路仿真1：基准电压源的单独仿真RJ27.500U1DC 10MQ经过反复调试，最终选择RJ2=31.02kQ,此时输出电Vout=7.5V。2、测温电桥的单独仿真当四个电阻都相等时，理论上电桥输出应为0，实际存在偏差, 输出为-0.074nV。U1 DCDC
8、DC在基准电压为7.5的时候，对于R3阻值在99KQ , 101KQ时的分别仿真3：放大电路的单独仿真在R3=99KQ时的仿真U22U2DC 1QM在R3=101KQ时的仿真U2DC 10MD4.RGRFU3DC 10MQU3DC 10MO4:整体电路仿真S8.1kQRJ1RJ331.02kQRJ2U11ZQPAMP_3T_VIRTUALRG160kQRF89.92kQ9.25kQ +VS 10VDJ1PFDIODE VIRTUA1.9kQDC 1e-009fl1.02mVZ5.6 VRJ431.5kQ7.500U1R13 SOOkQIRTUALR99SkQR2U22R4 100kQOPAMP
9、 3T VIRTUALR21CTh100kQR22100kQ50.34kQU44+V11.99 VR14200kQ0.992mR31 PAMP 3T VIFHM1-7.910R42 5O.S4kQU2DC 1(H 船在R3阻值改变时，输出电压变化，R3=99KQ时 输出电压为6.028V；当R3=101KQ时，输出电压为-5.968V,这2数值都在误 差允许范围内。5：误差产生的分析虽然在仿真时用的是理想的元器件但是，在计算放大倍数是RY1, RY2，RY3，RY4取了近似值，导致结果输出不是+6V和-6V。四、主要元件参数和元件列表基准电压源测温电桥放大电路运放理想运放运放理想运放运放理想运
10、放VI10VR1100kQRY110kQRJ182.6kQR2100kQRY2124kQRJ229.88kQR3100 土 1kRY310kQRJ39.25kQR4100kQRY5124kQRJ431.5kQRY610kQRJF1.9kQRY7124kQD1虚拟一极管R5124kQ稳压管N4734A注：图中RY2, RY5即为计算放大倍数时的“RY2”； RY3, RY6即为 计算放大倍数时的“RY3”，RY7, R5即为计算放大倍数时的“RY4”, RY1不变。五、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
11、压管等知识；2. 通过在网络中寻找实际元件参数，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。六、参考文献1 .太原理工大学信息工程学院
12、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摘要： 设计一个放大器系统，当电阻值变化土 2%时，放大电路能 够产生8V的输出电压。要求偏差为0时输出为0,偏差为2%时输 出为8V ，偏差为-2%时输出为-8V，误差不超过土5%。一、电路结构及原理说明：该电路由四部分组成：基准电压源电路、测量电桥电路、放大电 路、电平转移电路。电路框图如下所示：1. 基准电压源：为测量电桥提供一定精度要
13、求的7.5V基准电压，采 用5.6V稳压管与同相比例运算电路结合实现。2. 测量电桥电路：当电桥的所有阻值都相同时，输出电压为零。当 有一电阻发生变化时将会有电压输出。此电路可以等效为传感器测量电 路，测取的温度变化量并将其转化成电压变化。3. 放大电路：放大电路用于将测温桥输出的微小电压变化（AV）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。5.电平转移电路：二、测量电路和参数计算1、基准电源电路基准源输出电压为V+=7.5V,稳压管电压为5.6V，取稳压管的稳 定电流为11.2mA。根据基准源电路有Vol 二(1 + RJ2)VzRJ1Vol 二(1+RJ2)二 U = 1.34VzRJ 1
