模拟电子技术课程设计报告书
信息工程学院
设计题目：
模拟电子技术课程设计指导书（2007版）95页 题目23 铂电阻测温元件测温 性能指标：若铂测温电阻元件作为电桥的一个桥臂，当测温范围为0～200℃时，需要放大电路输出0～5V 电压，试设计该放大电路。

该测温电桥采用1mA 的电流源供电。

一、 电路结构及原理说明
本铂电阻测温电路由四部分组成：基准电压源电路、恒流源电路、测温桥及放大电路。

电路的框图如下：
2. 恒流源电路：用于产生-1mA 的恒定电流，为测温桥供电。

3. 测温桥及放大电路：铂电阻在0～200℃时的阻值发生变化，测温桥用于将阻值的变
化转化为电压的变化（即ΔV ）；放大电路用于将测温桥输出的微小电压变化（ΔV ）放大，使其满足性能要求。

放大电路采用两个同相电压跟随器（作为输入缓冲器）与两级放大器组成，其中第一级放大器为差动放大器，第二级放大器为可以方便调节的反相比例运算电路。

二、 参数计算及元件选择
图一
1. 基准电压源的计算
I R4
I R5
I R3
电路如图一所示，输出电压Vout=5V ，稳压管选择Uz=3.3V 的1N5913B ，取稳定电流约为1～2mA ，选取Vs=12V 。

根据同相比例电路，有：
Vout=（1+R2/R1）Vz
Vz=3.3V ，故有R2/R1=0.515，选取R1=33k Ω，得R2=17k Ω 令R4=1.0k Ω，则I R4=（Vout-Vz ）/R4=1.7mA
设I R3=I D =0.2mA ，则I R5=0.4mA ，且R3/(R5+R4)Vs ＞VD+Vz=0.7+3.3=4V 选择R5=R3=20k Ω，满足稳压管工作的条件。

2. 恒流源的计算
图二
电路如图二所示，经分析可知，Iout=-(R3+R4)V1/R1/R5，由于基准电压源Vout=5V ，故选取R1=R2=10k Ω，R3=R4=20k Ω，得Iout=-1mA 。

3. 测温电桥的计算
如图三可知，
ΔV=
选R1=R2=100k Ω，
依据Pt100=0.1(1+at-bt 2-ct 3(t-100)) （k Ω） 其中a=3.90802e-3，b=5.80195e-7，c=0，t 为摄氏温度 得出t=0℃时，Pt100=0.100k Ω
t=100℃时，Pt100=0.13851k Ω t=200℃时，Pt100=0.17584k Ω
当t=0℃时，令Rw=0.100k Ω，使得ΔV=0V ；t=200℃时，计算得ΔV=-0.037868V
4. 放大电路的计算
+ ΔV _
I=1mA
图三
R2+Rw R1+Pt100
I R1-I R2
R1+R2+Pt100+Rw R1+R2+Pt100+Rw I R1(Rw-Pt100)R1+R2+Pt100+Rw
Iout
电路如图四所示，由于性能要求t=200℃时，Vout=5V ，又ΔV=-0.037868V ， 故放大电路的电压放大倍数为：Au=Vout/ΔV=-132.04
选取第一级差动放大器的电压放大倍数为Au1=33，令R1=R2=10k Ω，得R3=R4=330k Ω 故第二级放大器的电压放大倍数为Au2=Au/Au1=4.02，令R5=10k Ω，得R7=40.2k Ω，平衡电阻R6=R5∥R7=8k Ω。

5. 由于OP07芯片的温度漂移较小，性能较好，故集成运放选用OP07。

四、 电路仿真
1. 基准电压源的单独仿真：
由理论计算可知，R2=17k Ω，但仿真时放大倍数达不到要求，仅能输出4.56V ，需要增大R2来增大输出电压，经过反复调试，最终选择R2=21.6k Ω，此时输出电压Vout=5.002V ，误差为E=(Vout-V)/V ×100%=0.002/5×100%=0.04%，精确度较高。

Vout
图四
+ ΔV _
2.恒流源的单独仿真：
当单独仿真恒流源时，输出电流Iout满足性能要求。

3.放大电路的单独仿真：
当放大电路接t=200℃，ΔV=-0.037868V时，由理论计算，R6=40.2kΩ时，Vout=5.022V，精度稍有不足，经过调试，选择R6=40.0kΩ，此时Vout=4.997V，误差E=(V-Vout)/V×100%=0.003/5×100%=0.06%，精度较高。

4.整体电路仿真：
如图，仿真时，对R3的阻值进行调整，使恒流源输出电流尽可能接近-1mA，最终确定
R3=22.7kΩ，此时I=-1.002mA；对Rw进行调整，使Pt100=100Ω时，Vout尽量输出为零，最终确定Rw=100Ω，同时确定R21=40.2kΩ，使得Pt=175.84Ω时，Vout=5.000V。

令温度变化时,Pt100电阻阻值为线性变化,可得下表一，由计算可知，t=200℃时，误差为0%，符合性能要求。

近似可得每升高(5-0)/200=0.025V温度升高一摄氏度。

5.误差产生的分析：
本次仿真产生误差的主要原因为：1.集成运放采用实际运放OP07AH，而理论分析采用实际运放的性能参数，实际运放的输入电阻，输出电组，失调电流，失调电压等会造成误差；
2.没有对运放进行调零设计，仅通过电阻值的调整来调整电路性能，仍有误差存在；
3.稳压管使用1N5913B，是实际稳压管，对基准稳压电路的性能会有影响；
4.恒流源设计并不精确，对输出电流的精度产生影响，最终造成输出电压的误差。

表一：仿真情况
图五：Pt=100Ω时的仿真情况
图六：Pt=175.84Ω时的仿真情况
五、主要元件参数和元件列表
基准电压源恒流源测温电桥放大电路运放OP07AH运放OP07AH运放OP07AH运放OP07AH V112V R510kΩRw100ΩR1610kΩR120kΩR610kΩR11100kΩR1710kΩR2330kΩR710kΩR13100kΩR18330kΩR322.7kΩR810kΩPt100铂电阻R19330kΩR4 1.0kΩR910kΩR2010kΩR1220kΩR1010kΩR2140.2kΩD1虚拟二极管R228kΩ稳压管1N5913B
六、总结
1.通过本次模拟电子技术课程设计，巩固了模拟电子技术课程中学习的理论知识，例
如同相比例电路﹑反相比例电路﹑实际运放﹑稳压管等知识；
2.通过在网络中寻找实际元件参数，锻炼了自己阅读技术资料的能力；
3.初步掌握了Multisim2001用于模拟电子技术的仿真方法，初步了解了计算机辅助设
计的方法；
4.通过参阅参考文献，了解了更多关于铂电阻测温传感器的知识；
5.本次课程设计还有相当多的不足和缺点，例如：仿真设计时没有考虑稳定对其他元
件的影响；仿真是没有具体对实际运放进行失调电压和失调电流的调零；选取某些
电阻时使用的虚拟电阻，没有采用实际电阻，缺乏实用性；对误差的分析比较简单，希望通过本次课程设计，进一步掌握计算机辅助设计的能力，对本试验题目做进一
步改进。

七﹑参考文献
[1]. 太原理工大学信息工程学院自动化系. 模拟电子技术课程设计指导书. 太原理工大
学. 2007.5
[2]. 周凯. EWB虚拟电子实验室—Multisim 7 & Ultiboard 7电子电路设计与运用. 电
子工业出版社. 2006
[3]. 华成英. 模拟电子技术基础(第四版). 高等教育出版社. 2006。