模拟电子技术课程设计报告1

模拟电子技术基础课程设计报告学院：专业班级：学号：学生姓名：2011年12月27日一、设计题目：传感器测量系统的设计设计要求：设计一个放大器系统，当电阻值变化±2%时，放大电路能够产生±8V的V=7.5V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±5%。二、电路结构及原理说明本传感器测量系统由四部分组成：基准源电路、测量电桥、放大器电路、电平转移电路。电路的框图如下：1.基准源电路：为恒流源提供一定精度要求的7.5V基准电压，采用5.6V稳压管与同相比例运算电路结合实现。2.测量电桥：令R3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ΔV）。3.放大电路：放大电路用于将测量电桥输出的微小电压变化（ΔV）放大，使其满足性能要求。4.电平转移电路：为便于观测，将放大电路产生的电压转移至要求的水平。三、参数计算及元件选择图一1.基准电压源的计算基准源输出电压为V+=7.5V，稳压管电压为5.6V，取稳压管的稳定电流为1~1.2mA。根据基准源电路有VzRJRJVo)121(1化得34.16.55.7)121(1RJRJVzVoVs放大器电路基准源电路测量电桥电平转移电路ΔVVSRJ3RJ4DJ1...5.6V0.2mA0.2mA0.4mA..可解得：34.012RJRJ选RJ2=30kΩ，可得RJ1=88.1kΩ由于17.55.6FJFJFVoVzIRR若取IF=1mA，则有JFRmA6.55.71，得到RJF=1.9kΩ电阻RJ3和RJ4的计算：由稳压管开始启动的条件：7.0434VzVVzVsRRRDJJJ设VS、RJ3、RJ4组成的电路向稳压管提供的电流为0.4mA，稳压管电流1.2mA若流过R4的电流也为0.2mA：则由下式：mA2.07.06.544JRJRI可得RJ4=31.5kΩ因为流过RJ3电阻的电流为0.4mA，所以mA4.03.633JRJRVsI取VS=10，得到：kΩ25.94.03.6103JR验证V3.67.073.7105.3125.95.31434VzVVzVsRRRD这是一个启动电路，当启动后，不起作用了。2.测温电桥的计算图二由图二可知，VRRRRVRRRRVRRRRRRVo）212||1())1(212||1(]2121)1(2)1(2[1式中V+是电桥的基准电压。由于Vo1与电压V成正比，因此V应该由基准电压源电路提供。若取V=7.5V，电桥的R1=R2=100kΩ。V0375.0)5.7)(402.0())(4())(21)2||1(1VVRRRRVo这里δ=0.02，V+=7.5V。3.放大电路的计算图三如果对于Vo1=0.0375V时，输出电压为8V，则有放大倍数为8/0.0375=213.33倍。则对于放大器有)1221(3433.2131RYRYRYRYVoVo一般希望RY4/RY3和RY2/RY1有相同的数量级。令RY3=15kΩ，RY4=187kΩ，则RY4/RY3=12.467，RY2/RY1=8.056若令RY2=200kΩ，则RY1=24.83kΩ一般情况下，RY1是一个固定电阻串联一个可变电阻。4.电平转移电路的计算由电路结构可决定方程为VOUT=mVIN+b联立可得：0=m(-8)+b5=m(8)+b可解得：m=5/16,b=5/2又RGRGRFRRRm)212(RGRGRFRRRVREFb)211(联立可解得：R1=300kΩ，R2=100kΩ，RF=100kΩ,RG=400kΩ，VREF=2.67V。四、电路仿真1.基准电压源的单独仿真：由理论计算可知，输出电压Vout=7.501V，误差为E=(Vout-V)/V×100%=0.001/7.5×100%=0.013%，精确度较高。2.测量电桥的单独仿真：仿真结果如图所示3.放大电路及电平转移电路的仿真：放大电路产生8V电压，对应电平转移电路产生5V电压。放大电路产生-8V电压，对应电平转移电路产生0V电压。4.整体电路仿真：如图，仿真时，对R3的阻值进行调整，可使测量电桥产生正、负电压的区别，进而通过放大电路进行放大，再通过调节R5的阻值来调节产生的电压的误差大小。5.误差产生的分析：本次仿真产生误差的主要原因为：1.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；2.没有对运放进行调零设计，仅通过电阻值的调整来调整电路性能，仍有误差存在。表一：仿真情况ΔVVout(V)Vout’(V)理想输出（V）误差(%)-0.037-7.9530.0180/0.0378.0265.01150.22五、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﹑稳压管等知识；2.大致掌握了Multisim9的使用和仿真方法，初步了解了计算机辅助设计的方法；3.本次课程设计还有相当多的不足和缺点，例如：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].苏斌.模拟电子技术应用实践.高等教育出版社.2008[2].夏路易.基于EDA的电子技术课程设计.电子工业出版社.2009[3].华成英.模拟电子技术基础(第四版).高等教育出版社.2009[4].夏路易.单片机技术基础教程与实践.电子工业出版社.2009