测控电路 第10章 测控电路设计实例

实验一差动放大器实验实验二信号放大电路实验实验三信号运算电路实验实验四电压比较器实验实验五电阻链分相细分实验实验六幅度调制及解调实验实验七移相电桥实验实验八脉宽调制电路实验实验九调频及鉴频实验实验十开关电容滤波器实验实验十一开关式相乘调制及解调实验实验十二精密全波整流及检波实验实验十三开关式全波相敏检波实验实验十四锁相环单元实验实验十五分频器单元实验实验十六锁相环应用实验––频率合成实验实验十七可控硅触发调压实验测控电路部分实验一差动放大器实验一、实验目的1．加深对差动放大器性能的理解。

2．学习差动放大器的主要性能指标的测试方法。

二、实验原理图1-1是差动放大器的实验电路图。

它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。

当 开关K 拨向左边时，构成典型的差动放大器。

调零电位器Rp 用来调节T 1，T 2管的静态工作点，使得输入信号U i ＝0时，双端输出电压Uo=0。

图1-1差动放大器实验电路图当开关K 拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器。

它用晶体管恒流源代替发射极电阻Re ，可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。

1．静态工作点的估算典型电路： （认为U B1=U B2≈0）；I C1=I C2=½I E 恒流源电路： ；C321C2C1I I I == 2．差模电压放大倍数和共模电压放大倍数当差动放大器的射极电阻R E 足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数A d 由输出端方式决定，而与输入方式无关。

双端输出：R E =∞，W 电位器在中心位置时，Pbe B CiOd R )1(21r R R U U A ββ+++-=∆∆=单端输出：diC1d1A 21U U A ==∆∆EBE EE E R U U I -≈||E3BEEE CC 212E3C3R U U U R R R I I -++≈≈|)|(d i C2d2A 21U U A -=∆∆=当输入共模信号时，若为单端输出，则有ECE p be B C iC1C2C12R R )2R R 2)(1(r R R U U A A -≈++++-=∆∆==ββ若为双端输出，在理想情况下 0U U A iOd2=∆∆=，实际上由于元件不可能完全对称，因此Ac 也不会绝对等于零。

测控电路课程设计目录目录 (1)设计任务与要求 (3)1 .设计内容： (3)本小组选择的题目 (3)红外报警系统的设计与实现 (3)一、课设背景： (3)二、系统设计方案 (4)1、结构框图： (4)2、系统原理与原理图： (4)3、系统的功能 (4)三、传感器选择： (5)热释电红外传感器RE200B (5)选择的原因： (5)工作原理： (5)参数 (6)四、单元电路设计 (6)红外线采集接收电路 (6)红外线采集接收电路电路图 (6)信号的放大处理电路 (7)信号的放大处理电路电路图 (7)信号的比较电路 (7)信号的比较电路电路图 (7)信号的取反电路 (8)信号的取反电路电路图 (8)蜂鸣器报警电路 (8)五、元器件选择 (8)LM741 (8)LM339 (9)HD74LS00P与非门芯片 (10)六、电路接线图 (11)七、调试过程： (12)八、结果（数据、图表等） (12)光照度测量 (14)一、课设背景 (14)二、系统设计方案 (14)1、结构框图 (14)2、系统的功能 (15)3、系统原理与原理图 (15)三、单元电路设计 (15)1.Led发光和光电转换电路 (15)2.I/V转换放大输出电路以及数字表头显示电路 (16)3.比较电路及其发光报警电路 (16)电路接线图 (16)调试过程： (17)结果（数据、图表等） (17)设计任务与要求1.设计内容：室内环境参数测量及安防报警电路设计温度、湿度、照度测量与显示、报警电路设计；破门入室、破窗入室、室内防盗、火灾,燃气泄露等报警电路设计。

2.基本要求：用电路实现，不用软件；用数字表头实现测量值的显示；能够设置环境参数测量值报警上下限，并实现声、光报警；从1和2中各选一项完成；3.提高部分：完成1和2中功能或其它自选功能。

本小组选择的题目室内环境参数测量及安防报警电路设计：我们选择的是分别是光照度测量和红外报警系统的设计与实现。

目录1设计任务 (1)2实验目的和要求 (1)3实验仪器和元件 (1)4电路设计 (1)4.1传感器信号分析 (1)4.2信号处理流程设计 (2)4.3详细电路设计 (2)4.31电荷方法器 (3)4.32电压放大电路设计 (4)4.33峰值检波电路 (4)4.34比较器电路和二极管发光电路 (5)4.35电源去耦电路 (5)5、电路处理流程信号分析： (6)5.1 各处理流程信号分析： (6)5.2 调试过程 (7)5.3 最终测试结果及评价 (7)5.4 传感器信号的进一步讨论 (7)6心得体会 (8)7参考文献 (8)1设计任务利用压电式加速度传感器，设计电路，对振动幅度或加速度进行测量。

并完成以下任务：1、分析传感器输出信号特点及与物理量的关系；2、输出为0-5V直流电压；3、当振动超过一定阈值时，点亮指示灯报警；4、根据实验结果分析输入输出关系；5、进一步分析碰撞检测的方法，并通过实验得到一种碰撞出现的信号特点。

6、撰写设计报告。

2实验目的和要求通过本课程设计的训练，利用所学知识，综合传感、检测、测控电路课程内容，进行系统设计、电路设计与软硬件调试。

锻炼知识的综合运用能力和动手能力。

3实验仪器和元件设备：示波器、电源、信号发生器。

材料：传感器、面包板（实验板）、连接线、电阻、电容、二极管、发光二极管等。

元器件：运算放大器、比较器等。

4电路设计通过对电路的特点进行分析，从传感器的信号特点设计信号检测电路。

压电传感器的输出信号为电荷，那么第一级应该是电荷放大器，其次根据需要加入一定的电压放大电路、滤波电路等。

4.1传感器信号分析压电式传感器是一种典型的有源（或发电型传感器）。

它以某种电介质的压电效应为基础，在外力的作用下，在电介质的表面上产生电荷，从而实现非电量电测的目的。

压力传感器元件是力敏感元件，所以它能测量最终转化为力的那些物理量。

压电式加速度传感器的结构一般有纵向型、横向效应型和剪切效应型三种。

华北水利水电学院机械学院测控电路实验报告实验（一）：信号放大电路实验专业：测控技术与仪器学号：200907030姓名：郭丙康指导教师：宋小娜实验一 信号放大电路实验一、实验目的1．研究由集成运算放大器组成的基本放大电路的功能。

2．了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。

二、实验原理集成运算放大器是一种具有电压放大倍数高的直接耦合多级放大电路。

当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。

在线性应用方面，可以组成反相比例放大器，同相比例放大器，电压跟随器，同相交流放大器，自举组合电路，双运放高共模抑制比放大电路，三运放高共模抑制比放大电路等。

理想运算放大器的特性： 在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件（如表1-1所示）的运算放大器称为理想运放。

表1-1开环电压增益 输入阻抗 输出阻抗 带宽A ud =∞ r i =∞ r o =0 f BW =∞失调与漂移均为零等。

理想运放在线性应用时的两个重要特性：（1）输出电压U O 与输入电压之间满足关系式：U 0=A ud (U +-U -)，而U 0为有限值，因此，(U +-U -)=0，即U +=U -，称为“虚短”。

（2）由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即称为“虚断”。

这说明运放对其前级吸取电流极小。

以上两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。

1．基本放大电路： 1）反向比例放大器电路如图1-1所示。

对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i 1F O U R R U -=，为了减少输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R 2=R 1∥R F图1-1 反向比例放大器 图1-2 同相比例放大器 2）同相比例放大器电路如图1-2所示。

对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i 1FO )U R R 1(U +=，其中R 2= R 1∥R F 。

目录实验一集成运算放大器的基本应用 (1)实验二交流放大器的基本应用 (7)实验三比较器 (11)实验四电桥放大电路 (16)实验五 RC有源滤波器 (22)实验六、锁相环及频率调制与解调电路 (28)实验七、模拟乘法器及调幅与检波电路 (31)实验八半波/全波精密检波整流电路 (34)实验九、相位调制与解调实验 (37)实验十、脉冲宽度调制实验 (41)实验十一压频/频压转换实验 (44)实验十二仪表放大实验 (48)附录一、DRVI使用说明 (50)附录二、电阻色环识别 (52)附录三、实验主板的说明 (53)实验一 集成运算放大器的基本应用一、实验目的：了解集成运算放大器的特性与使用方法；掌握集成运算放大器的基本应用。

二、实验内容：1. 反相放大器反相放大器是最基本的集成运算放大器应用电路。

如图1-1所示：闭环电压增益： 2VF 1A =R R − 输入电阻： Ri=R1 输出电阻： Ro ≈01.1 所需元件与设备：传感器实验主板；放大器OP07（1个）；电阻：10K Ω（棕黑黑红）×2，20K Ω（红黑黑红）×1，51K Ω（绿棕黑红）×1；跳线若干；1.2实验步骤:（1） 选择线路板反相放大器部分；（2） 将R=10K Ω电阻的两端用跳线分别接入R_IN ，构成图1-1反相放大器电路； （3） 接通电源，IN 输入直流电压，在DRVI 中观测电压输出值, 验证闭环电压增益（VF A ）； 注：用DIVI 观测的电压不要超过5V ，DRVI 的操作见附录一，（4） 改变电压的输入，验证闭环电压增益（VF A ）；改变R2的值（改为20K 或51K ），重复上述步骤。

图1-1 反相放大器 图1-2 同相放大器2. 同相放大器同相放大器也是最基本的集成运算放大器应用电路。

如图1-2所示：闭环电压增益： A VF =1+ 12R R 输入电阻： R i =r ic ; r ic 为运放本身同相输入端对地的共模输入电阻，一般为108Ω输出电阻： R o ≈02.1 所需元件与设备：传感器实验主板；放大器OP07（1个）；电阻：10K Ω（棕黑黑红）×2，20K Ω（红黑黑红）×1，51K Ω（绿棕黑红）×1；跳线若干；2.2实验步骤:（1）选择线路板同相放大器部分；（2）将R=10K Ω电阻的两端用跳线分别接入R_IN ，构成图1-3同相放大器电路；（3）接通电源，Vi 输入直流电压，在DRVI 中观测电压输出值，验证闭环电压增益（A VF ）； （4）改变电压的输入，验证闭环电压增益（A VF ）；（5）改变R 2的值（改为20K 或51K ），重复上述步骤。

第十章测控电路设计实例10-1测控电路系统设计通常包括哪些步骤？为什么需要这些步骤？10-2预处理电路中的检波部分环节还有哪些实现方案？10-3预处理电路中为什么要用带通滤波器与陷波器？它们的通带阻带应该怎么选取？品质因数应该怎么选取？10-4在调试过程中，如何确定校正环节的各个参数？10-5控制解耦部分积分环节的设计，除了案例给出的方案，还有哪些可行方案？10-6为什么方案论证阶段需要进行计算机仿真？为什么搭建整个系统后还要进行测试检验？第十一章测控电路设计实例10-1测控电路系统设计通常包括哪些步骤？为什么需要这些步骤？首先清楚所设计测控系统的组成及其各组成部分的功用，工作原理和技术要求，这些是设计的依据和出发点。

随后要考虑怎么实现这些功能并满足其技术要求，为此就要研究它的构成，画出它的框图，进行方案比较。

在确定方案构成后就要对测控系统进行建模并基于该模型对系统的各项性能进行理论分析和仿真验证，这一点对闭环测控系统尤为重要，它为实际系统调试提供方向和原则。

在确定电路的框图和传递函数后就要进行测控电路的具体设计，包括通频带，阻抗匹配，抗干扰，抑制漂移与自激震荡等考虑，以及器件选用，参数计算，电路布局等。

系统构成后还要通过功能与性能测试来检验所搭建的系统是否符合设计指标要求。

10-2预处理电路中的检波部分环节还有哪些实现方案？还可以采用开关解调等方式。

10-3预处理电路中为什么要用带通滤波器与陷波器？它们的通带阻带应该怎么选取？品质因数应该怎么选取？针对放大后的已调信号，需要进一步滤除来自器件、环境中的干扰，因而需要使用带通滤波器进行选频放大。

中心频率为载波的频率，为了保证有用信号都能通过，不需要品质因数过高的Q值进行窄带滤波。

解调出的信号包含载波信号的二倍频信号，需要将其滤除，因而使用陷波器。

陷波器的中心频率设为载波信号频率的二倍，品质因数越高，选频特性越好，但是系统越难以实现，所以需要折中考虑。