差动变压器的测量与调理电路设计

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1、差动变压器的测量与调理电路设计目录摘要21.引言22.差动变压器式传感器结构及工作原理23.差动放大器的设计33.1设计要求33.2电路设计方案比较33.3电路调试结果44.移相器的设计64.1设计要求64.2电路设计方案比较64.3电路调试结果75.相敏检波器的设计95.1设计要求95.2电路设计方案比较95.3电路调试结果106.低通滤波器的设计116.1设计要求116.2电路设计方案比较116.3电路调试结果137.系统总体PCB图14元器件清单14实习心得14参考文献15摘要本文设计了一个由差动放大器、移相器、相敏检波器和低通滤波器组成的

2、对差动变压器的输出信号进行放大、移相、检波和滤波的信号测量与调理电路。实现了对差动变压器的输出电压信号从-5V到+5V连续线性变化的测量。关键字：差动变压器，信号测量，信号调理1.引言把被测的非电量变化转换为线圈互感量变化的传感器称为互感式传感器。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组都用差动形式连接，故称差动变压器式传感器。可以直接用于位移的测量，还可以测量与位移有关的任何机械量，如振动、加速度、应变、比重、张力和厚度等。差动变压器式传感器输出的是交流电压，若用交流电压表测量，只能反映衔铁拉移的大小，而不能反映移动方向，同时其测量

3、值中将包含零点残余电压。故在实际测量时，通常采用差动整流电路和相敏检波电路。本文用到的差动变压器为绕于有机玻璃上的双层线圈，中间为软磁铁氧体。线性范围：3mm。频率范围1KHz～10KHz。图1-1参考原理框图2.差动变压器式传感器结构及工作原理差动变压器式传感器在测量时，能将被测位移量转换成线圈间的互感变化，其典型结构原理如图2-l所示:1是输入线圈（称一次侧线圈）；2是绕在同一线框上两组结构对称的线圈（称二次侧线圈），它们反向串联组成差动输出形式；3是衔铁，与测量端相连，它的位置变化反映被测位移的变化。理想差动变压器的原理如图2-2所示。当一

4、次侧线圈加人激励电源后，其二次侧线圈N21、N22产生感应电动势U21、U22，式中表示激励电源角频率；M1、M2表示一次侧线圈N1与与二次侧线圈N21、N22之间的互感；I1表示一次侧线圈的激励电流。由于N21、N22反向串联，所示二次侧线圈空载时的输出电压U0为互感系数M1、M2的大小与衔铁位置有关，当衔铁处于中间位置时M1=M2=M，所以U0=0。当衔铁偏离中间位置向上移动时，N21互感增大，M1=M+△M，N22互感减小，M2=M-△M，所以，同理，当衔铁偏离中间位置向下移动时，有。图2-1差动变压器结构示意图图2-2差动变压器原理图1一

5、次侧线圈2二次侧线圈3衔铁4测杆1.差动放大器的设计3.1设计要求设计一个集成运算放大器OP07组成的增益可调的交直流放大器，可接成同相反相差动结构，增益可调范围为1～100倍。1.2电路设计方案比较方案一：经典四电阻式差动放大器图3-1经典四电阻式差动放大器原理图方案二：零漂、增益可调差动放大器图3-2零漂、增益可调差动放大器原理图将差动放大器的、输入端接地，通过调节滑动变阻器W5可以调节差动放大器的零点残余电压至零。通过调节滑动变阻器W2可以调节差动放大器的放大倍数，实现1～100倍增益可调。方案一结构简单，但零漂和增益均不可调，所以选择方案

6、二。1.2电路调试结果图3-3差动放大器仿真图图3-4差动放大器输入信号（刻度50mV/Div）图3-5差动放大器输出信号（刻度5V/Div）差动放大器的输入信号为50mV/1kHz，相位相差180。的两路正弦波，输出信号为5V的正弦波。由图3-4和图3-5可知，输入信号被放大了100倍。1.移相器的设计4.1设计要求其允许输入电压大于10Vpp，允许输入频率大于10KHz，移相范围<20°（5KHz）（随频率而变化），增益为1。1.2电路设计方案比较方案一：RC串联移相电路 图4.1所示所示RC串联电路，设输入正弦信号，其相量。若电容C为一定值

7、，则有R从零至无穷大变化，相位从900到00变化。图4.1RC串联移相电路及其相量图另一种RC串联电路如图4.2所示。图4.2RC串联移相电路及其相量图同样，输出电压的大小及相位，在输入信号角频率一定时，随电路参数的不同而改变。若电容C值不变，R从零至无穷大变化，则相位从00到-900变化。方案二：有源移相器图4-3有源移相器原理图通过调节滑动变阻器W1、W2均可以实现对输入信号相位的调节。方案一结构简单，但当信号源角频率一定时，输出电压的有效值与相位均随电路元件参数的变化而不同，因为希望得到输出电压的有效值与输入电压的有效值相等，所以选择方案二

8、。1.2电路调试结果图4-4移相器仿真图图4-5移相器输入信号与输出信号对比由图4-5可知，输出信号相对输入信号发生了相移。1.相敏检波