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峰值检测系统的设计样本.doc

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  • 卖家[上传人]:M****1
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  • 上传时间:2023-09-12
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    • 1、一、设计阐明本设计任务是设计一种峰值检测系统,其核心任务是检测峰值并保持稳定。其框图如图1所示:它由传感器、放大器、采样/保持、采样/保持控制电路、A/D(模数转换)、译码显示、数字锁存控制电路构成。各某些作用如下:传感器:把被测信号量转换成电压量。放大器:将传感器输出小信号放大,放大器输出成果满足模数转换器转换范畴。采样/保持:对放大后被测模仿量进行采样,并保持峰值。采样/保持控制电路:该电路通过控制信号实现对峰值采样,不大于原峰值时,保持原峰值,不不大于原峰值时保持新峰值。A/D转换:将模仿量转换成数字量。译码显示:完毕峰值数字量译码显示。数字锁存控制电路:对模数转换峰值数字量进行锁存,不大于峰值数字量不锁存。传感器放大器采样/保持采样/保持控制电路数字锁存控制电路A/D转换译码显示数字显示表表头图1 峰值检测系统示例方案原理框图二、技术指标1. 放大器输入阻抗Ri1M;频带宽度:0Hz1kHz;共模抑制比:KCMRR70dB。2.测量值用数字显示,显示范畴:00009999; 三、设计规定1. 传感器输出信号为05mV,1mV等效于400kg; 2.依照技术指标通过度析计算拟定电

      2、路形式和元器件参数;3.画出电路原理图(元器件原则化,电路图规范化)。四、实验规定1依照技术指标制定实验方案,验证所设计电路;2进行必要实验数据解决和分析。五、推荐参照资料1. 张福学编著. 传感器应用及其电路精选. 北京:电子工业出版社,1992.六、按照规定撰写课程设计报告指引教师 年 月 日负责教师 年 月 日学生签字 年 月 日成绩评估表评语、建议或需要阐明问题:指引教师签字: 日期:成 绩摘要:本文重要设计了可以检测输入信号峰值电路,该电路分为三某些,第一某些是信号放大电路电路,重要有由三个放大器构成。第二某些是采样保持电路,重要有运放、场效应管和电容电路构成。第二某些是A/D转换及译码显示电路,重要有由A/D转换芯片和数码管构成。该电路具备构造简朴、元器件用量少、成本低特点。在众多此类电路中是比较简朴实用。核心词:放大器、采样/保持、采样/保持控制、数字锁存控制、A/D转换及译码一、概述本设计任务是设计一种峰值检测系统,其核心任务是检测峰值并保持稳定。它由传感器、放大器、采样/保持、采样/保持控制电路、A/D(模数转换)、译码显示、数字锁存控制电路构成。各某些作用如下:传感

      3、器:把被测信号量转换成电压量。放大器:将传感器输出小信号放大,放大器输出成果满足模数转换器转换范畴。采样/保持:对放大后被测模仿量进行采样,并保持峰值。采样/保持控制电路:该电路通过控制信号实现对峰值采样,不大于原峰值时,保持原峰值,不不大于原峰值时保持新峰值。A/D转换:将模仿量转换成数字量。译码显示:完毕峰值数字量译码显示。数字锁存控制电路:对模数转换峰值数字量进行锁存,不大于峰值数字量不锁存。这次课程设计用是计算机软件仿真,计算机软件仿真是运用计算机速度快、存储容量大特点,在计算机这一当代化实验装置上采用数学模仿办法,运用各种软件直接模仿电子线路功能,完毕各种电路性能分析和技术指标测量。本次课程设计,重要用Mutisim10软件来进行电路仿真分析与测试。二、方案设计依照课程设计任务规定可知本电路重要涉及放大器电路、采样/保持电路、采样/保持控制电路、数字锁存控制电路、A/D转换及译码显示几某些。其中放大器电路完毕对输入信号放大,采样/保持电路完毕对信号采样及信号峰值保持功能,A/D转换及译码显示电路重要完毕将输入模仿信号转换为数字信号并数字输出,便于读取。原理框图如图1所示。传感

      4、器放大器采样/保持采样/保持控制电路数字锁存控制电路A/D转换译码显示数字显示表表头图1 峰值检测系统示例方案原理框图三、 电路设计1、放大电路设计:选用电压增益Au=400放大电路完毕系统对小信号放大规定。本次课程设计中所用放大电路为高精度放大电路,尽管放大电路种类繁多,但为了将传感器输出薄弱信号可以有效放大,故而采用高精度放大器,采用高精度放大器类型为RT3288,三个运算放大器分别用U1,U2,U3表达。该电路U1和U2失调电压量值和方向相似,可以互相抵消,减少了某些误差,因此此种电路精度很高。这种高精度放大器对完毕弱信号放大有重要作用。 由于此电路中放大器要完毕400倍放大任务,400倍分为两级放大,因此规定两级放大倍数相乘等于分派等于400即可,选用第一级电压增益Au1为5,分派第二级电压增益Au2为80,可以达到放大规定。放大电路设计如图2所示:图2 高精度数据放大器该放大电路重要由三个运放构成;其中由于U1和U2采用相似运算放大器,使U1和U2失调电压量值和方向相似,可以互相抵消,从而抑制共模信号,与此同步,差模信号得到放大,并且差模放大倍数越大,共模抑制比越高,从而精准

      5、地得到放大性能。其详细放大原理如下:依照集成运放虚短虚断原理有以下算式:,即,因此输出电压公式为。其中,,。设输入电压为=5mv,依照上述公式得出输出电压=2v。2、采样/保持电路设计:说到峰值检测器,咱们想到最简朴电路便是由一种二极管和一种电容构成电路,但咱们懂得,超级二极管有一种缺陷,就是Vi从负电压变成正电压过程中,为了闭合有二极管负反馈回路,运放要结束负饱和状态,输出电压要从负饱和电压值始终到(Vi+V二极管)。这个过程需要耗费时间,如果在这个过程,输入发生变化,输出就会浮现失真。因此,这个电路工作时性能很不抱负,对1nF电容器,100ms后达到稳定峰值,误差达10%。并且,由于没有输入输出缓冲,在实际应用中,电容器中电荷会被其她某些电路负载消耗,导致峰值检测器无法保持信号峰值电压。基于上面因素,咱们有必要对上述电路进行改进,于是,我设计出了下面电路。该图有几种专心之处:(1)采用运放提高直流特性,减小偏置电流OPA128偏置电流低至75fA!;(2)将场效应管当二极管用,可以有效减小反向电流同步增长第一种运放输出驱动力;(3)小电容是防止自激。实际应用中可以用TL082双运放

      6、和1N4148来代替场效应管,性能价格比较高,该某些电路如图3所示:图3 采样/保持控制电路通过电路图咱们可以清晰看到该电路有这样几种模块构成:(1)模仿峰值存储器,即电容器C2,用来记录电压峰值;(2)单向电流开关,即二极管D1;(3)输入输出缓冲隔离,即运算放大器OPA128JM。此外,该电路尚有几种特别之处:(1)采用FET集成运放提高直流特性,从而减小集成运放OPA128JM偏置电流;(2)将场效应管当作二极管使用,可以有效减小反向电流同步增长第一种运放输出驱动能力;(3)小电容是防止自激。3.A/D转换及数字显示系统设计欲完毕模数转换,则需要A/D转换芯片,本课程设计所用A/D转换芯片是ICL7107,ICL7107是专为驱动LED显示屏而设计三位半双积分式A/D转换器,它能直接驱动共阳极LED显示屏,不需另加驱动电路和限流电路,使整机电路简化,显示清晰,亮度高,便于夜间观测,显示屏采用七段共阳极数码管。当模仿信号从模仿信号输入端输入时,通过A/D转换电路后即可将模仿信号转换为数字信号并输出,A/D转换及数字显示电路见图4。图4 A/D转换和数码显示电路四、性能测试一方面测试

      7、放大电路放大功能,一方面输入5mv正弦信号,将信号输入端与放大器输出端一同接入示波器,由于放大器电压增益为400,那么正常状况下输出信号峰值应为2V,打开电路开关用示波器测得数值为理论计算值,观测波形和峰值验证放大电路与否对的,由实际测得数值知该放大电路较好完毕了放大指标。仿真图如图4所示:A通道为输入端,B通道为输出端。图4 放大电路波形仿真图对于采样/保持控制电路成果测试,该课程设计题目规定当有信号输入时,采样/保持控制电路会自动检测输入信号峰值,并显示其峰值,当变化输入信号峰值时,如果输入信号峰值比原信号峰值大,则检测峰值跟随较大峰值,当输入信号峰值比原信号峰值小时候,则检测峰值依然跟随较大峰值。为检测以上规定与否达到原则,分别采用输入信号峰值为5mV时检测,然后变化输入峰值,使其为3mV;再采用输入信号峰值为5mV时检测,然后变化输入峰值,使其为7mV,选用示波器,并将信号源输入信号与电容中保持信号一同接入,观测波形:其中B为输入端,A为输出端。当输入为5mv时,测得输出检测信号电压为1.997V,约等于2V,使输入5mV电压正好放大了400倍,较好完毕了题目规定放大指标。该某

      8、些检测电路输出波形如图5所示; 图5 输入5V时采样波形当输入信号峰值为5mV时,变化输入信号峰值使其为3mv时,输出波形如图6所示;图6 输入3mV时波形阐明:当输入3mV电压时,放大电路放大为1.2V,不大于2V,由于场效应管具备单向导电性,因此此时场效应管处在截止状态,因而电容C2电位不变,因此采样/保持电路要保持原先2V电压,该电路输出电压依然是2V。当输入信号峰值为5mV时,变化输入信号峰值使其为7mv时,输出波形如图7所示。图7 输入7mV时波形当信号源输入7mV电压时,通过放大电路放大为2.8V,不不大于原先2V电压,场效应管导通,电容器C2开始充电,电位增大,因此采样/保持电路要输出电位为2.8V采样信号。此外,当输入信号峰值为5mv时,增大输入峰值为6mv,在增大至8mv,最后减小到3mv,观测起搏器显示与否满足题目规定,成果显示数值依然满足规定,也就是说当输入信号峰值既有增大又有减小时候,示波器检测峰值依然满足课程设计题目规定。输出波形如图8所示。图8 输入信号既有增大又有减小时状况五、结论:通过对输入信号验证,该电路较好完毕了本次课程设计规定。六、性价比本次设计所

      9、使用重要器件是3288RT型放大器,它具备很高输入共模电压和输入差模电压范畴,具备失调电压调节能力和短路保护能力,功率较低,电源电压适应范畴较宽等特点,最重要是价格合理,因此选用该放大器件比较适当。通过测试所设计电路符合课题所提出规定和指标,能把输入小信号放大400倍,并长时间保持峰值,并且采样/保持电路中由于将二极管换成了场效应管使该电路采样性能得到了很大提高,同步稳定性得到了增强。此外,该电路设计思路简朴,电路图可读性好,所用器件在市场上容易找到并且性价比较高,价格比较便宜,制作简朴,很适合将其投入市场。七、课设体会及合理化建议三周电子综合课程设计已经结束了,通过这次电子综合课程设计,我掌握了峰值检测系统原理及电路设计,同步也明白了峰值检测系统性能指标测试办法,并且进一步纯熟了multisim10软件使用,开始做这个课程设计时候我对题目不是很理解,通过教师解说之后使我对题目有了详细理解,在实际设计过程中,遇到了许多问题,但是通过向教师和同窗请教之后便一一解决了,有是自己从中悟出来经验,使自己真理解并学到了许多自己在理论课上学不到东西,感觉自己很有成就感,很高兴。使我学到了许多在课堂上学不到东西。我还理解到:只有亲自上机操作才干学到真知识,我也更加明白了那句话:“纸上谈来终觉浅,深知此事要躬行”意义。但是在实际设计过程中尚有某些地方掌握得不是较好,还需在后来学习和实验中多加练习和体会。作为电气信息类专业大学生,学习并掌握

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