模拟电子称仿真设计

2017级《模拟电子技术基础》课程大作业报告评分题目：模拟电子称仿真设计学院：电子工程学院班级：1702012姓名：指导老师：李先锐2019年x月x日一.原理框图二.电路简述电路由三个部分组成，分别是压力传感器，仪用信号放大器和滤波器。1.压力传感器惠斯通电桥是由四个电阻组成的电桥电路，这四个电阻分别叫做电桥的桥臂，惠斯通电桥利用电阻的变化来测量物理量的变化，单片机采集可变电阻两端的电压然后处理，就可以计算出相应的物理量的变化，是一种精度很高的测量方式。其电路形式如下图所示。在电桥中有三个电阻阻值是固定的分别为R1，R2，R3，第四个电阻是可变的为Rx，Rx发生变化时，图中B，D两点之间的电压发生变化，通过采集电压的变化就可以知道环境中物理量的变化，而从实现测量的目的。通过欧姆定律可以计算出每个电阻两端的电压。在R1和R2这两个桥臂上，R1，R2将VCC电压分压，R2电阻两端得到的电压即为V1；在R3和Rx这个桥臂上，R3，Rx将VCC电压分压，R3电阻两端得到的电压即为V2。下面分别用欧姆定律计算V1和V2。流过电阻R1和R2的电流I1：I1=VCC/(1+R2)R2两端的电压V1：V1=I1*R2=VCC*R2/(R1+R2)流过电阻R3和Rx的电流I2：I2=VCC/(R3+Rx)R3两端的电压：V2=I2*R3=VCC*R3/(R3+Rx)V1和V2的电压差：由此可以看出：如果4个电阻都相等，即R1=R2=R3=Rx，那么ΔV=0，即电桥处于平衡状态；Rx发生变化会导致△V发生变化。本实验中，Vcc=10V,我们将3个电阻固定为380Ω，另一个电阻模拟压敏电阻，鉴于仿真软件中可变电阻阻值按1%进度调节，为了提高可变电阻阻值变化分辨率，可以用一个大电阻串联一个小可变电阻，即RX=R4+Rx，调节Rx范围使平衡电桥差模输出电压变化范围：0mv当Rx=0时△V=0即R2*R4=R1*R3,R4=380Ω;当Rx=Rmax时△V=12mv即10*380*Rmax/（760*（760+Rmax））=0.012，Rmax=2280/1247，此时得出压力传感器工作点。2.信号放大器仪表放大器电路的典型结构如图所示。它主要由两级差分放大器电路构成。其中，运放A1，A2为同相差分输入方式，同相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗，减小电路对微弱输入信号的衰减;差分输入可以使电路只对差模信号放大，而对共模输入信号只起跟随作用，使得送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比(即共模抑制比CMRR)得到提高。这样在以运放A3为核心部件组成的差分放大电路中，在CMRR要求不变情况下，可明显降低对电阻R3和R4，Rf和R5的精度匹配要求，从而使仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。在R1=R2，R3=R4，Rf=R5的条件下，图1电路的增益为：G=(1+2R1/Rg)(Rf/R3)。由公式可见，电路增益的调节可以通过改变Rg阻值实现。本实验中，平衡电桥差模输出电压变化范围：0mv，通过信号放大器增益使输出电压范围为0V.信号放大器采用3运放构成的仪表放大器,运放选用OP07。令增益G=(1+2R1/Rg)(Rf/R3)=2.5/0.012=625/3，Rf/R3=25/3,1+2R1/Rg=25,R1/Rg=12。取R1=12kΩ，Rg=1kΩ，R3=3kΩ，Rf=25kΩ，此时得出信号放大器工作点。3.滤波器设计2阶RC有源低通滤波器，满足带宽要求：0Hz（DC）20Hz，并对50Hz工频干扰衰减大于15dB。要使满足带宽要求：0Hz（DC）20Hz，即使ωc=2π*20Hz为得出较为平稳的幅频响应，使Q=1/√2要使对50Hz衰减大于15dB，即ω=2π*50Hz时，20lg|H（ω）/H（0）|-15dB列出方程组，取R=8kΩ,C=1μf，R1=80kΩ，此时得出滤波器工作点，滤波器增益Auf=2，与信号放大器级联后总电路增益为5/0.012.三.电路图四.重量与输出电压和压敏电阻阻值关系曲线五.滤波器幅频特性0.010.020.030.040.050.060.00.001.002.003.004.005.006.00M—Uo关系曲线拓展一：若需将量程拓展为0-500kg，分辨率提高为10g，则只需将平衡电桥中可变电阻的最大阻值改为1140/61Ω便可，分辨率的改变可通过实物去等间隔测量获得其质量与电压的关系。附重量与输出电压关系数据表Rx/Ω0.000.020.040.050.070.090.110.130.150.16Uo/V0.000.050.100.150.200.250.300.350.400.45M/kg0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5Rx/Ω0.180.200.220.240.260.270.290.310.330.35Uo/V0.500.550.600.650.700.750.800.850.900.95M/kg5.05.56.06.57.07.58.08.59.09.5Rx/Ω0.370.380.400.420.440.460.480.490.510.53Uo/V1.001.051.101.151.201.251.301.351.411.46M/kg10.010.511.011.512.012.513.013.514.114.6Rx/Ω0.550.570.590.600.620.640.660.680.690.71Uo/V1.511.561.611.661.711.761.811.861.901.95M/kg15.115.616.116.617.117.618.118.619.019.5Rx/Ω0.730.750.770.790.800.820.840.860.880.90Uo/V2.002.052.102.152.212.252.302.352.402.45M/kg20.020.521.021.522.122.523.023.524.024.5Rx/Ω0.910.930.950.970.991.011.021.041.061.08Uo/V2.502.552.602.652.712.752.802.852.902.95M/kg25.025.526.026.527.127.528.028.529.029.5Rx/Ω1.101.121.131.151.171.191.211.231.241.26Uo/V3.003.053.103.153.203.253.303.353.403.45M/kg30.030.531.031.532.032.533.033.534.034.5Rx/Ω1.281.301.321.331.351.371.391.411.431.44Uo/V3.503.553.603.653.703.753.803.853.903.95M/kg35.035.536.036.537.037.538.038.539.039.5Rx/Ω1.461.481.501.521.541.551.571.591.611.63Uo/V4.004.054.104.154.204.254.304.354.404.45M/kg40.040.541.041.542.042.543.043.544.044.5Rx/Ω1.651.661.681.701.721.741.761.771.791.81Uo/V4.504.554.604.654.704.754.804.854.904.95M/kg45.045.546.046.547.047.548.048.549.049.5Rx/Ω1.83Uo/V5.00M/kg50.0