cd基于基本的传感器原理实现转换电路仿真及电荷放大器电路的设计与焊接

精品文档---下载后可任意编辑 本课程设计基于基本的传感器原理实现转换电路仿真及电荷放大器电路的设计与焊接。设计内容及要求如下： 内容及安排： 1. Multisim仿真软件学习； 2.转换电路仿真调试及序理分析：（1）基本电路（2）低频功率放大器（3）沟通电桥电路（4）整流电路（5）二阶低通滤波电路（6）二阶帯通电路（7）比例放大电路（8）直流差动电桥放大电路（9）单臂直流电桥电路（10）二阶有源低通滤波电路 3.电荷放大器电路设计与焊接； 4.电路测试及考核。 要求:（1）仔细学习仿真软件； （2）分析各转换电路的原理及其相关的结果并进行调试； （3）撰写报告，进行总结。 关键字Multisim仿真软件转换电路电荷放大器 第二章引言 传感器技术是利用各种功能材料实现信息检测的一门综合技术学科,是在现今科学领域中实现信息化的基础技术之一。现代测量、控制与自动化技术的飞速进展，特别是电子信息科学的进展，极大地促进了现代传感器技术的进展。同时我们也看到，传感器在日常生活中的运用越来越广泛，可以说它已成为了测试测量不可或缺的环节。因此，学习、讨论并在实践中不断运用传感器技术是具有重大意义的。 随着传感器的应用与进展，其种类也在不断地增加。其中一些比较常见的有电阻应变式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、光电式传感器等，其中应用最广泛的是电阻应变式传感器。 电阻应变式传感器（straingauge type transducer ）以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器。电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。 第3章基本原理 3.1传感器基本原理 国家标准CB7665-87对传感器的定义是：“能感受规定的被测量并根据一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，是实现自动检测和自动控制的首要环节。 传感器一般由敏感元件、转换元件、信号转换电路三部分组成，其工作机理是基于各种效应和定律，由此启发人们进一步探究具有新效应的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器件，这是进展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重要途径。结构型传感器进展得较早，目前日趋成熟。结构型传感器，一般说它的结构复杂，体积偏大，价格偏高。物性型传感器大致与之相反，具有不少诱人的优点，加之过去进展也不够。 3.2 应变片测量原理 电阻应变片（金属丝、箔式或半导体应变片）粘贴在测量压力的弹性元件表面上，当被测压力变化时，弹性元件内部应力变形，这个变形应力使应变片的电阻产生变形，根据所测电阻变化的大小来测量未知压力，也实现本次设计未知质量的检测。 设一根电阻丝，电阻率为ρ，长度为l,截面积为S，在未受力时的电阻值为 R=ρ ----- ① 图一金属丝伸长后几何尺寸变化 如图一所示，电阻丝在拉力F作用下，长度l增加，截面S减少，电阻率ρ也相应变化，将引起电阻变化△R，其值为 ∆R/R=—∆S/S＋∆ρ/ρ ----② 对于半径r为的电阻丝，截面面积S=，则有△s/s=2∆r/r。令电阻丝的轴向应变为ε=∆l/l，径向应变为∆r/r=－µ(∆l/l)= －µε，ε由材料力学可知，为电阻丝材料的泊松系数，经整理可得 ∆R/R=（1+2µ）+∆ρ/ρ) ----③ 通常把单位应电所引起的电阻相对变化称为电阻丝的灵敏系数，其表达式为 K≈(1+2µ) ----④ 从④可以明显看出，电阻丝灵敏系数K由两部分组成：受力后由材料的几何尺寸受力引起(1+2µ)；由材料电阻率变化引起的(∆ρ/ρ) ε-1。对于金属丝材料，(∆ρ/ρ) ε-1项的值比(1+2µ)小很多，可以忽略，故K=1+2µ。大量实验证明，在电阻丝拉伸比例极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即为常数。④可写成 ∆R/R=Kε ----⑤ 第四章电路仿真与分析 基本的电路原理的仿真 直流叠加定理 叠加定理验证电路 先测R3两端的电压36.666V,这个电压为V1和I1共同作用的结果。 叠加定理验证电路 1 将I1断开，V1单独供电的验证电路，R3两端为3.333V. 叠加定理验证电路2 将V1短路，I1单独供电的验证电路，R3两端为33V。 叠加定理验证电路3 结果分析 V1和I1共同作用时R3两端的电压为，V1和I1单独工作时R3两端的电压分别为和，这两个数值之和等于前者，符合叠加定理的描述。 戴维南定理 戴维南定理仿真电路 分别测量流过R4的电流和R4两端的电压，万用表显示 IR4=16.667 mA UR4=3.333 V 戴维南定理仿真电路 1 断开负载R4，测量原来R4的电压为6V。 戴维南定理仿真电路 2 将直流电压源用导线替换掉，测原R4两端的电阻，测量结果为160Ω.。 戴维南定理仿真电路3 R4左边的电路等效为原R4两端电压和电阻串联形式，再与R4相连接。这时测量R4流过的电流和R4两端的电压分别为 IR4’=16.667 mA UR4’=3.333 V 戴维南定理仿真电路 4 结果分析前后步骤测量的两组数字基本一致，从而验证了戴维宁定理的正确性。 低频功率放大器 ⑴闭合开关J1，观察放大器工作于乙类工作状态时的输出和输入电压波形（下图1所示）。 ⑵断开开关J1，观察输出和输入波形（下图2所示），与上述步骤观察的内容进行比较。 图1 交越失真的波形 图2 不失真的输出波形 沟通电桥电路 结果仿真 仿真分析 沟通电桥平衡要满足两个条件。即相对两臂复阻抗的模之积相等，并且其副角之和相等。所以沟通电桥的平衡比直流电桥的平衡要复杂得多。对于纯电阻沟通电桥，由于应变片连接导线的分布电容，相当于在应变片上并联了一个电容，如图，所以在调节平衡时，除使用电阻平衡装置外，还要使用电容平衡装置。 整流电路 结果仿真 仿真结果分析 R1是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1~D4结成电桥的形式，固有桥式整流电路之称。在桥式整流电路中，二极管D1·D3和D2·D4是两两轮流导通的。在电源的正负半周内电流