测控电路课程设计

目录

摘要 (2)

第一章设计的意义 (3)

第二章设计原理 (4)

一、电路设计的理论分析 (4)

二、电路的分模块介绍 (5)

三、总体电路设计 (8)

第三章仿真结果 (10)

第四章心得体会 (13)

参考文献 (13)

摘要

本次课程设计主要设计了交直流电流转换电路，对其原理做出较为详尽的说明，并对电路进行了仿真，并对仿真结果进行分析。通过该课程设计，全面系统的理解了交流直流转换器一般原理和基本实现方法。把死板的课本知识变得生动有趣，激发了学习的积极性。把学过的电子各个方面的知识强化，能够把课堂上学的知识通过自己的设计表示出来，加深了对理论知识的理解。其次，这次课程设计让我基本掌握了multsim软件的使用，明白了软件仿真对设计的重要性。

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第一章设计的意义

本次课程设计为设计一个交流电流转换器，将幅值为0.1mA-0.5mA，频率为50Hz的交流电流信号放大为4-20mA标准的直流电流信号。通过本次设计，我巩固了巩固了以前所学过的电流—电压转换器、电压—电流转换器和低通滤波器的相关知识，通过查阅资料学习了精密整流电路的相关知识，并应用multisim仿真软件对电路进行了仿真。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

第二章设计原理

一、电路设计的理论分析

本次课设要求将幅值为0.1mA-0.5mA，频率为50Hz的交流电流信号放大为4-20mA标准的直流电流信号。由于信号均为电流信号，为了便于信号处理，先通过电压—电流转换器将电流信号变为电压信号；再根据要求需要对信号进行整流、滤波、放大处理；最后将电压信号在变回符合要求的电流信号。总体框图如下：

图1 电路设计总体流程图

二、电路的分模块介绍

1、电流—电压转换器

输入信号源为交变电流源，要得到交流电压信号，这里采用最简单的形式，可以用跨阻放大器来实现。在此电路中，使用的是10kΩ放大器的两端接+（-）15V电源，保证其输出的电压信号。

2、全波整流电路

把交流电变为单向脉冲电，称为整流，将微弱的交流电转换成单向脉动电，则称为精密整流，用精密二极管来实现。本次设计的用精密全波整流电路可以达到要求。下面介绍三种精密全波整流电路。

图一为经典全波整流电路，A1用的是半波整流并且放大两倍，A2用的是求和电路，达到精密整流的目的。（R1=R3=R4=R5=2R2）这种电路有两个优点，一个是可以通过改变R5来改变增益；一个是可以在R5上并联电容进行滤波处理，刚好本次设计的符合要求。

图二应用四个二极管，要求R1=R2。A1是半波整流电路，是负半轴有输出，A2的电压跟随器的变形，正半轴有输出，这样分别对正负半轴的交流电进行整流。

图三匹配电阻要求R1=R2，R4=2R3，优点是具有输入高阻抗。如果在R4并联电容，UO将产生直流衰减。

3、低通滤波电路

将一只电阻与反馈电容并联如下如所示，就构成了一个低通滤波器。

则电路的直流增益：H0=-R2/R1

截止频率：w0=1/R2C f0=1/2πR2C

电容值必须足够大，才能使处理后的剩余输出纹波在规定的范围内。这要求fo必须小于最小的工作频率f min。

4、电流—电压转换器

本次设计可以采用浮动负载或接地负载两种转换电路。下图为浮动负载转换器中的同向输入型，图中电流表测得的电流I0=V/R7。

电流—电压转换器

三、总体电路设计

根据设计要求我设计了三种方案均能达到设计要求，电路图如下：

图1 采用高输入阻抗型电路整流

图2采用经典型电路整流并滤波

图3衰减采用后差分放大器型

经过仿真比较图一方案性能最优，方案二电路更加简洁。下面对方案一进行详细介绍。

峰值0.5mA交流信号经电流电压转换器将交流电流信号转换成交流电压信号，经转换后电压峰值为：

v1=i×R01=0.5×10=5V。

经转换后的交流电压信号经全波整流得到单向脉冲信号（负值）：

v2=-∣v1∣

交流信号进行全波整流后经带增益的低通滤波，就得到一个直流电压，这个电压是已整流信号的均值：

v3=v2×∏×2×(R07+R8)/R06=5×0.6366×255/200=3.58V 电容值必须足够大，才能使处理后的剩余输出纹波在规定的范围内，根据经验公式，当f min=50Hz时，其中电容应满足：

C》1/2π(R07+R8)fmin=14.14nF

经过电压电流转换器，要使输出电流电压符合要求，电阻R08的取值为：R08=v3/20=3.18/20=0.179kΩ

第三章仿真结果

通过multisim仿真软件的仿真电路如下图：

峰值0.5mA交流信号经电流电压转换器将交流电流信号转换成交流电压信号，经转换后电压仿真如下图所示，经转换后电压峰值为5v，与计算结果相吻合。

经转换后的交流电压信号经全波整流得到单向脉冲信号如下：

经滤波后，由于加入滤波电容，电路相应发生延迟，电压是已整流信号的均值，此时仿真结果电压为 3.61V，与计算结果基本相符，通过滤波得到的波形如下：

最终通过电流表的电流的直流分量为20.004mA，相对误差值为0.02%，电流表的交流分量为0.134mA，相对误差为0.67%，基本完成了从交流电转化为

直流电并放大的设计要求，仿真图如下：

第四章心得体会