文档介绍：: 设计思路:Pt1000 铂电阻测温系统是以铂电阻为敏感元件, 其电阻值的变化可反映外界温度变化。通过信号调理电路测量铂电阻上的电信号, 即可得到该温度下的铂电阻阻值, 再根据铂电阻的分度表即可知道当前的测量温度。设计温度测量调理电路时可将 Pt100 0 铂电阻作为负载元件, 通过测量其两端电压即可得到不同温度下对应的电压信号的关系。再经过后续 A/D 转换电路和显示而得到相应温度显示。而本文只着重讨论基于铂电阻的温度测量调理电路设计,其他后续处理显示电路不再赘述。二. 电路总体设计铂电阻的温度测量调理电路设计主要完成信号的采集与转化工作。当外界温度变化铂电阻值随之而改变,为测得相应精确的电压信号的变化值,则需要一个稳定的恒流源来供电和一个相应的信号调理电路。利用恒流源驱动铂电阻,即可将温度变化转换成铂电阻的电压变化,而信号调理电路则用来精确测量铂电阻上的电压变化。其结构框图如下所示: 图( 1 )调理电路整体框图三. 电路各部分环节设计 1. 恒流源设计恒流源是输出电流保持不变的电流源,而理想的恒流源为: a) 不因负载( 输出电压) 变化而改变。 b) 不因环境温度变化而改变。 c) 内阻为无限大。因此设计恒流源最关键的是满足上述三点要求。常用设计恒流源的方法为: 燕山大学课程设计说明书 1) MOSFET 管设计镜像电流源。 2) 运算放大器和 MOS 管集成设计恒流源。 3) 运算放大器设计恒流源。(1)MOS 管设计镜像电流源选用参数尽可能相同的 1 3 ~ Q Q 三个特性相同的 MOSFET 构成以下电路: 由于 1 3 ~ Q Q 特性相同, 且工作在放大区,当 MOSFET 的0??时, 输出电流为: ' 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 ( / ) ( ) ( ) D n GS T n GS T I W L K V V K V V ? ???有上式可知电流源的表达式需要确定的 1Q 三个参数即:本证导电因子 1nK ,栅源电压1 GSV ,开启电压 1TV 。而栅源电压 1 GSV 确定相对繁琐。电流输出与负载 LR 无关, 且输出电阻 1 o ds r r ? ?∞。(2 )运算放大器和 MOSFET 管集成设计恒流源。在运算放大器和 MOSFET 集成设计电路中避免的 BJT 的基电极分流影响而, 采用的 MOSFET 管的栅极电流 0 GI?。这种电流源电路具有低噪声的特性, 多用于要求低噪声的场合。具体电路图设计如下图所示: 燕山大学课程设计说明书上图运算放大器为电压跟随器,因此电流输出 outI 的表达式为: / out s G s REF s I I I I V R ? ???(0 GI?) 只需确定好电压基准 REF V 后,通过改变 sR 的值即可得到需要的电流输出。 3) 运算放大器设计恒流源由于集成运放参数受温度影响相对于晶体管和场效应管较小,因此在温度波动较大的场合用集成放大器比较容易满足设计要求。并且由集成运放构成的恒流源具有稳定性更好、恒流性能更高的优点,采用双运放设计恒流源如下图所示: 燕山大学课程设计说明书其中双运放采用 OP07AZ 型低噪声、低失调、高精度运算放大器, 输入电压范围大,共模抑制比高. 能保持极好的线性和增益精度. A1U 为同相放大器, A2U 为反相器; 1V 为 A1U 的输出, 2V 为 A2U 的输入。其中匹配电阻满足: 1 2 3 4 , R R R R ? ?时有以下关系: 3 2 1 ( ) 2 REF V V V ? ? 2 1 3 2 1 (1 ) REF R V V V V R ? ? ?? 1 2 REF out ref ref V V V I R R ?? ?因此可通过调整电阻 refR 的阻值来调整需要的电流 outI 的大小。该电路需要注意以下问题: 其中 2V 肯定会随负载的变化而变化, 从而就会影响恒流源的稳定性。为确保 outI 不随负载变化, R1, R2, R3, R4这4 个电阻的选取原则是失配要尽量的小, 且每对电阻的失配大小方向要一致。实际中,可以对大量同一批次的精密电阻进行筛选,选出其中阻值接近的 4