北工大電子工程設(shè)計(jì)第一階段電源變送器驅(qū)動(dòng)

1、電子工程設(shè)計(jì)報(bào)告 題目:穩(wěn)壓電源與變送器電路設(shè)計(jì) 專業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù) 班級：120232 小組：第6組 組員：王子琦 張靖維 學(xué)號：12023213 12023224 中文摘要 電子工程設(shè)計(jì)課程以小型電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為載體，使學(xué)生了解產(chǎn)品研發(fā)一般過程、掌握產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本方法、積累初步的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，為從工科大學(xué)生向工程師的角色轉(zhuǎn)換做好準(zhǔn)備。本實(shí)驗(yàn)的目的制作一個(gè)小型溫度測控系統(tǒng)。設(shè)計(jì)任務(wù)：非電量到電量信號轉(zhuǎn)換，信號處理，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，人機(jī)交互，數(shù)據(jù)通信過程控制。設(shè)計(jì)要求：溫度測控范圍：0100，控制精度：±2。 本實(shí)驗(yàn)報(bào)告為設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的第一部分，即電源，驅(qū)動(dòng)器和變送器模塊，電源部分

2、：為其他模塊供電。由變壓器、整流器和穩(wěn)壓器三大部分組成。完成將使電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟?，交流電變?yōu)橹绷麟?，不穩(wěn)定的直流電壓經(jīng)濾波后，變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。輸出+12，-12，+5V直流電壓（包括整流橋，電容濾波，78系列芯片穩(wěn)壓）。變送器部分：將輸入273-373電流通過集成運(yùn)放op07轉(zhuǎn)化為輸出0-5V電壓信號（對應(yīng)于0-100 ）。經(jīng)不斷調(diào)試及排障，使電路基本達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，誤差在允許范圍內(nèi)。 目錄1、 課題設(shè)計(jì)12、 需求分析13、 設(shè)計(jì)框架及原理分析24、 制作基本要求及注意事項(xiàng)95、 常見故障分析96、 數(shù)據(jù)與誤差分析107、 文獻(xiàn) 11八、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 11一、課題設(shè)計(jì)

3、1.1設(shè)計(jì)參考方案設(shè)計(jì)并制作一個(gè)小型溫控系統(tǒng)系統(tǒng)的原理框圖為：二、需求分析本階段要求設(shè)計(jì)電源電路，信號處理電路，功率放大電路等模塊。相關(guān)模塊設(shè)計(jì)要求如下：電源模塊 交流輸入：9V、14V×2直流輸出：+5V/1A、±12V/0.5A安裝：獨(dú)立電路板結(jié)構(gòu)2.2.2信號處理模塊測量溫度：0 100輸出電壓：0V 5V測量誤差：滿刻度1%（0.05V或1 ）負(fù)載阻抗：>30K限制條件：0.7V 輸出電壓5.7V安裝：獨(dú)立電路板結(jié)構(gòu)功率放大模塊控制半導(dǎo)體制冷片的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際上是一個(gè)電壓增益為1的功率放大器，要求如下：輸入電壓：-10V +10V輸出電壓：-10V +10V電流

4、輸出能力：>3A 輸入阻抗：>1k負(fù)載阻抗：3.5負(fù)載驅(qū)動(dòng)形式：共地安裝：獨(dú)立電路板結(jié)構(gòu)2.2.4參考元器件 開關(guān)型穩(wěn)壓降壓器LM2576T、穩(wěn)壓集成電路L7812、穩(wěn)壓集成電路L7912、橋式整流器DF06、運(yùn)放OP07、三極管S9012、三極管S9013,功率三極管MJE2955T、功率三極管MJE3055T、其他電容、電阻、二極管等。三、設(shè)計(jì)框架及原理分析3.1 設(shè)計(jì)原理說明小型溫度控制系統(tǒng)包含電源模塊、測溫系統(tǒng)、變送器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器 、單片機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)器、控溫系統(tǒng)。各系統(tǒng)在單片機(jī)的控制下共同完成對溫度控制。本次實(shí)驗(yàn)要完成變送器、驅(qū)動(dòng)器、電源模塊。 3.2電源模塊3.2

5、.1：設(shè)計(jì)：見下圖：3.3變送器模塊3.3.1方案選擇測量溫度這種非電物理量，需要轉(zhuǎn)換成模擬量電信號才能傳輸?shù)綆装倜淄獾目刂剖一蝻@示設(shè)備上，這種將物理量轉(zhuǎn)換成電信號的設(shè)備稱為變送器。這種將物理量轉(zhuǎn)換成電信號的設(shè)備稱為變送器。溫度變送器是一個(gè)具有較高精度和穩(wěn)定度的直流放大器，變送器的線性化電路采用反饋方式。3.3.2原理分析AD592特性：實(shí)驗(yàn)室為我們提供的是傳感器AD592，其主要特征為：供電：+4V+30V 溫度系數(shù)：1A/K 0輸出：273.2A工作溫度：-25+105 非線性誤差： 0.10.5重復(fù)誤差：±0.1時(shí)飄：±0.1/月AD592輸出量為隨溫度變化的電流，抗

6、干擾能力強(qiáng)，信號調(diào)理電路容易實(shí)現(xiàn)。AD592特性曲線如右圖所示，當(dāng)T = 0時(shí)，i1=273uA；T = 100時(shí)，i2=373uA，i2-i1=100uA。電壓轉(zhuǎn)換電路特性由于需將AD592的輸出與電壓相對應(yīng)，故應(yīng)將電流轉(zhuǎn)換為電壓，圖為電壓轉(zhuǎn)換電路及輸出電壓特性曲線，從圖中可知,所以，經(jīng)計(jì)算可得，當(dāng)T = 0時(shí)，i1=273uA,Vo=0V;T = 100時(shí)，i1=373uA，Vo=5V。3.4驅(qū)動(dòng)器3.4.1方案選擇在實(shí)際的系統(tǒng)里，往往要求放大電路的末級輸出一定的功率，以帶動(dòng)后面的負(fù)載。驅(qū)動(dòng)電路是一個(gè)功率放大器, 簡稱功放。驅(qū)動(dòng)電壓為-9V +9V ,驅(qū)動(dòng)電流最大為3A,隨著輸出負(fù)電壓的增

7、加,制冷量增加,隨著輸出正電壓的增加,制熱量增加,從而以控制輸出電壓,達(dá)到控制溫度的目的。3.4.2原理分析當(dāng)ui>0時(shí)，T1導(dǎo)通，T2截止，iL=ie1; 當(dāng)ui<0時(shí)，T2導(dǎo)通，T1截止，iL=ie2。由于每個(gè)管子導(dǎo)通180°，故為乙類功放。本電路設(shè)計(jì)中選擇了9013、9012、MJE3055T、MJE2955T作為功放的放大管。其中當(dāng)輸入電壓為0+9V 時(shí)，9013、MJE3055T導(dǎo)通，當(dāng)輸入電壓為-90V 時(shí)，9012、MJE2955T導(dǎo)通。之所以要選擇復(fù)合管進(jìn)行放大，主要是因?yàn)?013、9012的ICM=0.5A，而電路的輸出電流最大會(huì)達(dá)到3A，此時(shí)，三極管必

8、燒無疑。而MJE3055T、MJE2955T作為大功率三極管，ICM=10A，完全不用擔(dān)心電流過大燒掉管子的問題。但由于功放的前一級為DA輸出，其電流為10mA左右，若想最終放大到3A（即300倍），MJE3055T、MJE2955T的hFE=70又不能達(dá)到要求。所以利用9013、9012的高h(yuǎn)FE(=300)和MJE3055T、MJE2955T的高ICM=(10A)組成了最終的功放電路。原理圖中的二極管主要是為了避免交越失真。4 制作基本要求及注意事項(xiàng)1. 區(qū)分電路板的元件面和焊接面；2. 焊接元件； 先焊小元件 先安裝結(jié)構(gòu)件3. 按要求安裝左右插座引出插針并焊接； 所有插針全部與焊盤焊接不

9、要遺漏 先焊少量插針確認(rèn)安裝到位后再焊其它插針 焊錫不要沾到插針上4. 安裝集成線性穩(wěn)壓電路的散熱片； 將穩(wěn)壓集成電路安裝在散熱片上 確認(rèn)穩(wěn)壓電路安裝位置五常見故障分析：故障現(xiàn)象故障原因無整流輸出或輸出不正常整流橋接錯(cuò)或損壞無穩(wěn)壓輸出或輸出不正常集成穩(wěn)壓電路引腳接錯(cuò)或損壞±12輸出不正常交流輸入中心抽頭漏接輸出波紋大濾波電容漏接保險(xiǎn)管無輸入交流輸入漏接整理橋無輸入保險(xiǎn)管損壞電解電容發(fā)熱或爆裂電解電容極性接反電解電容發(fā)熱或爆裂電解電容耐壓不夠無直流輸出直流輸出漏接六、數(shù)據(jù)與誤差分析6.1穩(wěn)壓電源電路板萬用表黑表皮接地，紅表皮接三個(gè)輸出點(diǎn)來測試三個(gè)輸出的電壓值，數(shù)據(jù)如下：78057812

10、79121+4.96+11.95-12.082+4.98+11.96-12.103+4.99+11.97-12.09平均值+4.97+11.96-12.09分析：由測試結(jié)果可以看出直流電源的穩(wěn)定度接近100%。6.2。變送器模塊 溫度01020304050607080電壓0v0.53v1.05v1.52v2.03 v2.51 v3.01 v3.51 v4.03v溫度90100電壓4.51 v5v6.3驅(qū)動(dòng)器模塊電路板溫度上升時(shí)，指示燈紅燈（加熱）亮，輸出端電壓值升高。溫度下降時(shí)，指示燈綠燈（制冷）亮，輸出端（既電路板右排針從上數(shù)第七管腳）電壓值

11、降低。在調(diào)試臺上調(diào)試時(shí)，輸入10V電壓時(shí)，輸出端輸出電壓+9.1V；輸入-10V電壓時(shí)，輸出端電壓-9.2V。基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。七、 文獻(xiàn)1 清華大學(xué)電子學(xué)教研組編，高等教育出版社，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）2 清華大學(xué)電子學(xué)教研組編，高等教育出版社，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）3 邱關(guān)源主編，高等教育出版社，電路（第四版）8、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)這次課設(shè)實(shí)驗(yàn)歷經(jīng)八周，內(nèi)容包括溫控系統(tǒng)中的電源，變送器，驅(qū)動(dòng)器三塊電路板的焊接和調(diào)試。 在這次實(shí)驗(yàn)中，我的焊接技術(shù)有了更好的提高，在焊接過程中變得更加的成熟和穩(wěn)重，在遇到焊接問題時(shí)能很好地解決。同時(shí)在焊接電路板的過程中對這個(gè)小型溫控系統(tǒng)的原理有了很好的認(rèn)識，每當(dāng)要焊接一個(gè)部分時(shí)，總會(huì)考慮一下這個(gè)焊接的部分具有什么功能，能起到什么樣的作用。同時(shí)在焊接完成后如果遇到問題也能夠很好地解決問題，例如當(dāng)我們調(diào)試變送器時(shí)，變送器整體沒有電壓，則是我們沒有對電路板上所有的針腳進(jìn)行焊接，導(dǎo)致沒有接上電。這次的實(shí)驗(yàn)課中，