差動變壓器的測量與調(diào)理電路設(shè)計(共15頁)

1、差動變壓器的測量(cling)與調(diào)理電路設(shè)計目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc438750350 摘 要 PAGEREF _Toc438750350 h 2 HYPERLINK l _Toc438750351 1.引 言 PAGEREF _Toc438750351 h 2 HYPERLINK l _Toc438750352 2.差動變壓器式傳感器結(jié)構(gòu)及工作原理 PAGEREF _Toc438750352 h 2 HYPERLINK l _Toc438750353 3.差動放大器的設(shè)計 PAGEREF _Toc438750353 h 3 HYPERLINK l

2、 _Toc438750354 3.1設(shè)計要求 PAGEREF _Toc438750354 h 3 HYPERLINK l _Toc438750355 3.2電路設(shè)計方案比較 PAGEREF _Toc438750355 h 3 HYPERLINK l _Toc438750356 3.3電路調(diào)試結(jié)果 PAGEREF _Toc438750356 h 4 HYPERLINK l _Toc438750357 4.移相器的設(shè)計 PAGEREF _Toc438750357 h 6 HYPERLINK l _Toc438750358 4.1 設(shè)計要求 PAGEREF _Toc438750358 h 6 HYP

3、ERLINK l _Toc438750359 4.2電路設(shè)計方案比較 PAGEREF _Toc438750359 h 6 HYPERLINK l _Toc438750360 4.3電路調(diào)試結(jié)果 PAGEREF _Toc438750360 h 7 HYPERLINK l _Toc438750361 5.相敏檢波器的設(shè)計 PAGEREF _Toc438750361 h 9 HYPERLINK l _Toc438750362 5.1 設(shè)計要求 PAGEREF _Toc438750362 h 9 HYPERLINK l _Toc438750363 5.2電路設(shè)計方案比較 PAGEREF _Toc438

4、750363 h 9 HYPERLINK l _Toc438750364 5.3電路調(diào)試結(jié)果 PAGEREF _Toc438750364 h 10 HYPERLINK l _Toc438750365 6.低通濾波器的設(shè)計 PAGEREF _Toc438750365 h 11 HYPERLINK l _Toc438750366 6.1 設(shè)計要求 PAGEREF _Toc438750366 h 11 HYPERLINK l _Toc438750367 6.2電路設(shè)計方案比較 PAGEREF _Toc438750367 h 11 HYPERLINK l _Toc438750368 6.3電路調(diào)試結(jié)果

5、 PAGEREF _Toc438750368 h 13 HYPERLINK l _Toc438750369 7.系統(tǒng)總體PCB圖 PAGEREF _Toc438750369 h 14 HYPERLINK l _Toc438750370 元器件清單 PAGEREF _Toc438750370 h 14 HYPERLINK l _Toc438750371 實習(xí)心得 PAGEREF _Toc438750371 h 14 HYPERLINK l _Toc438750372 參考文獻 PAGEREF _Toc438750372 h 15摘 要本文(bnwn)設(shè)計了一個由差動放大器、移相器、相敏檢波器和低

6、通濾波器組成的對差動變壓器的輸出信號進行放大、移相、檢波和濾波的信號測量與調(diào)理(tio l)電路。實現(xiàn)了對差動變壓器的輸出電壓(diny)信號從-5V到+5V連續(xù)線性變化的測量。關(guān)鍵字：差動變壓器，信號測量，信號調(diào)理引 言把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感量變化的傳感器稱為互感式傳感器。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且次級繞組都用差動形式連接，故稱差動變壓器式傳感器?？梢灾苯佑糜谖灰频臏y量，還可以測量與位移有關(guān)的任何機械量，如振動、加速度、應(yīng)變、比重、張力和厚度等。差動變壓器式傳感器輸出的是交流電壓，若用交流電壓表測量，只能反映銜鐵拉移的大小，而不能反映移動方向，同時其測量值中將包含

7、零點殘余電壓。故在實際測量時，通常采用差動整流電路和相敏檢波電路。本文用到的差動變壓器為繞于有機玻璃上的雙層線圈，中間為軟磁鐵氧體。線性范圍：3mm。頻率范圍1KHz10KHz。圖1-1 參考原理框圖差動變壓器式傳感器結(jié)構(gòu)及工作原理差動變壓器式傳感器在測量時，能將被測位移量轉(zhuǎn)換成線圈間的互感變化，其典型結(jié)構(gòu)原理如圖2-l所示:1是輸入線圈（稱一次側(cè)線圈）；2是繞在同一線框上兩組結(jié)構(gòu)對稱的線圈（稱二次側(cè)線圈），它們反向串聯(lián)組成差動輸出形式；3是銜鐵，與測量端相連，它的位置變化反映被測位移的變化。理想差動變壓器的原理如圖2-2所示。當(dāng)一次側(cè)線圈加人激勵電源后，其二次側(cè)線圈N21、N22產(chǎn)生感應(yīng)電動

8、勢U21、U22， 式中 表示激勵(jl)電源角頻率；M1、M2表示(biosh)一次側(cè)線圈N1與與二次側(cè)線圈(xinqun)N21、N22之間的互感；I1表示一次側(cè)線圈的激勵電流。由于N21、N22反向串聯(lián)，所示二次側(cè)線圈空載時的輸出電壓U0為 互感系數(shù)M1、M2的大小與銜鐵位置有關(guān)，當(dāng)銜鐵處于中間位置時M1=M2=M，所 以U0=0。當(dāng)銜鐵偏離中間位置向上移動時，N21互感增大，M1=M+M，N22互感減小，M2=M-M，所以 ，同理，當(dāng)銜鐵偏離中間位置向下移動時 ，有。圖2-1 差動變壓器結(jié)構(gòu)示意圖 圖2-2 差動變壓器原理圖1一次側(cè)線圈 2二次側(cè)線圈 3銜鐵 4測桿差動放大器的設(shè)計3.

9、1設(shè)計要求設(shè)計一個集成運算放大器OP07組成的增益可調(diào)的交直流放大器，可接成同相反相差動結(jié)構(gòu)，增益可調(diào)范圍為1100倍。電路設(shè)計方案比較方案一：經(jīng)典四電阻式差動放大器圖 3-1經(jīng)典(jngdin)四電阻式差動放大器原理圖方案(fng n)二：零漂、增益(zngy)可調(diào)差動放大器圖3-2 零漂、增益可調(diào)差動放大器原理圖將差動放大器的 eq oac(,1)、 eq oac(,2)輸入端接地，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器W5可以調(diào)節(jié)差動放大器的零點殘余電壓至零。通過調(diào)節(jié)滑動變阻器W2可以調(diào)節(jié)差動放大器的放大倍數(shù)，實現(xiàn)1100倍增益可調(diào)。方案一結(jié)構(gòu)簡單，但零漂和增益均不可調(diào)，所以選擇方案二。電路調(diào)試結(jié)果圖3-3

10、 差動放大器仿真(fn zhn)圖圖3-4 差動放大器輸入(shr)信號（刻度(kd)50mV/Div）圖3-5 差動放大器輸出(shch)信號（刻度(kd)5V/Div）差動放大器的輸入(shr)信號為50mV/1kHz，相位相差180。的兩路正弦波，輸出信號為5V的正弦波。由圖3-4和圖3-5可知，輸入信號被放大了100倍。移相器的設(shè)計4.1 設(shè)計要求其允許輸入電壓大于10Vpp，允許輸入頻率大于10KHz，移相范圍20（5KHz）（隨頻率而變化），增益為1。電路設(shè)計方案比較方案一：RC串聯(lián)移相電路圖4.1所示所示RC串聯(lián)電路，設(shè)輸入正弦信號，其相量 。若電容C為一定值，則有R從零至無窮大

11、變化，相位從900到00變化。圖4.1 RC串聯(lián)(chunlin)移相電路(dinl)及其相量圖另一種RC串聯(lián)(chunlin)電路如圖4.2所示。圖4.2 RC串聯(lián)移相電路及其相量圖同樣，輸出電壓的大小及相位，在輸入信號角頻率一定時，隨電路參數(shù)的不同而改變。若電容C值不變，R從零至無窮大變化，則相位從00到-900變化。方案二：有源移相器圖4-3 有源移相器原理圖通過調(diào)節(jié)滑動變阻器W1、W2均可以實現(xiàn)對輸入信號相位的調(diào)節(jié)。方案一結(jié)構(gòu)簡單，但當(dāng)信號源角頻率一定時，輸出電壓的有效值與相位均隨電路元件參數(shù)的變化而不同，因為希望得到輸出電壓的有效值與輸入電壓的有效值相等，所以選擇方案二。電路調(diào)試結(jié)果

12、圖4-4 移相器仿真(fn zhn)圖圖4-5 移相器輸入(shr)信號與輸出信號(xnho)對比由圖4-5可知，輸出信號相對輸入信號發(fā)生了相移。相敏檢波器的設(shè)計(shj)5.1 設(shè)計(shj)要求設(shè)計(shj)一極性反轉(zhuǎn)電路構(gòu)成的檢測電路。允許最大輸入電壓小于10Vpp，所需最小參考電壓：0.5Vpp，可檢波電壓頻率大于10kHZ。電路設(shè)計方案比較方案一：全波相敏檢波器圖5-1 全波相敏檢波器原理圖方案二：開關(guān)式全波相敏檢波電路圖5-2 開關(guān)(kigun)式全波相敏檢波電路原理圖選擇(xunz)方案二。5.3電路(dinl)調(diào)試結(jié)果圖5-3 相敏檢波器仿真圖圖5-4相敏檢波器仿真(fn zh

13、n)結(jié)果(ji gu)圖當(dāng)相敏檢波器的輸入與參考輸入端的信號(xnho)同相時，輸出為正極性半波；反之，當(dāng)相敏檢波器的輸入與參考輸入端的信號反相時，輸出為負極性的半波。低通濾波器的設(shè)計6.1 設(shè)計要求設(shè)計一個由50Hz陷波器和RC電路組成的有源濾波器。電路設(shè)計方案比較方案一：無源低通濾波器圖6-1 無源低通濾波器原理圖方案(fng n)二：有源低通濾波器圖6-2 有源低通濾波器原理圖有源濾波器在通頻帶內(nèi)對信號進行了放大，使濾波器具有(jyu)更大的靈活性，并且有源濾波器的Q值優(yōu)于無源濾波器。并且(bngqi)，有源濾波器的截止頻率的理論值跟實驗值偏差很小，而無源濾波器的截止頻率的理論值跟實驗值

14、偏差比較大。所以選擇方案二。6.3電路(dinl)調(diào)試結(jié)果圖6-3 低通濾波器仿真(fn zhn)圖圖6-4 輸入(shr)信號分別為10Hz、50Hz、100Hz和500Hz時的輸出信號對比由圖6-4可知(k zh)，該低通濾波器對50Hz的信號(xnho)和高頻信號有較好的抑制作用。系統(tǒng)總體PCB圖元器件清單序號名稱型號數(shù)量備注1寬帶運算放大器OP0712寬帶運算放大器LF35343二極管1N414814電容若干5電阻若干實習(xí)(shx)心得一周的實習(xí)(shx)讓我看到了自身的不足(bz)，也收獲了寶貴的經(jīng)驗教訓(xùn)。從設(shè)計一個小型系統(tǒng)時要考慮的方方面面到真正動手搭接面包板時需要注意的各個細節(jié)，

15、電子設(shè)計的每一個環(huán)節(jié)都是整體中密不可分的一部分，必須經(jīng)過全局考慮和仔細思索，這里面還有很多知識值得虛心學(xué)習(xí)。除了知識方面啟發(fā)，這次實習(xí)也讓我看到了自己的不足。我們的團隊分工合作不夠明朗，導(dǎo)致我們浪費了許多時間。這主要是因為隊員之間的交流不夠，造成彼此分工不明確，工作效率低下。這些都是我在后續(xù)學(xué)習(xí)中需要注重改進提高的。最后，本次實習(xí)給我的啟發(fā)是：要想真正掌握電氣專業(yè)的知識技能，僅僅依靠現(xiàn)行的課堂學(xué)習(xí)是遠遠不夠的，不能僅僅滿足于掌握理論知識，還應(yīng)該在課后學(xué)習(xí)一些專業(yè)軟件，用它們來做仿真測試，加深自己對于知識的理解；同時還要多動手，多調(diào)試一些電路，熟悉各種元器件的特性，積累設(shè)計和分析電路時的經(jīng)驗。總而言之，非常感謝這次實習(xí)給我的反思與啟發(fā)，讓我有機會提高自己的專業(yè)技能。略帶戲謔地說，實習(xí)就是這樣一個過程：誰不曾感覺過苦惱，誰不曾放棄過自己原先的設(shè)想，我們總是在檢線無果狠狠失望過一回，然后突然醒悟般地發(fā)