北工大电子工程设计第一阶段电源+变送器+驱动Word格式文档下载.docx
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温度测控范围:
0℃~100℃,控制精度:
±
2℃。
本实验报告为设计实验的第一部分,即电源,驱动器和变送器模块,电源部分:
为其他模块供电。
由变压器、整流器和稳压器三大部分组成。
完成将使电交流电压变为所需要的低压交流电,交流电变为直流电,不稳定的直流电压经滤波后,变为稳定的直流电压输出。
输出+12,-12,+5V直流电压(包括整流桥,电容滤波,78系列芯片稳压)。
变送器部分:
将输入273-373
电流通过集成运放op07转化为输出0-5V电压信号(对应于0-100
)。
经不断调试及排障,使电路基本达到了设计指标要求,误差在允许范围内。
1、课题设计…………………………………1
2、需求分析………………………………………………1
3、设计框架及原理分析…………………………………2
4、制作基本要求及注意事项……………………………9
5、常见故障分析…………………………………………9
6、数据与误差分析………………………………………10
7、文献……………………………………………11
八、实验总结……………………………………………11
一、课题设计
1.1设计参考方案
设计并制作一个小型温控系统
系统的原理框图为:
二、需求分析
本阶段要求设计电源电路,信号处理电路,功率放大电路等模块。
相关模块设计要求如下:
2.2.1电源模块
交流输入:
~9V、~14V×
2
直流输出:
+5V/1A、±
12V/0.5A
安装:
独立电路板结构
2.2.2信号处理模块
测量温度:
0℃~100℃
输出电压:
0V~5V
测量误差:
满刻度1%(0.05V或1℃)
负载阻抗:
>
30KΩ
限制条件:
0.7V≤输出电压≤5.7V
2.2.3功率放大模块
控制半导体制冷片的驱动电路实际上是一个电压增益为1的功率放大器,要求如下:
输入电压:
-10V~+10V
电流输出能力:
3A
输入阻抗:
1kΩ
3.5Ω
负载驱动形式:
共地
2.2.4参考元器件
开关型稳压降压器LM2576T、稳压集成电路L7812、稳压集成电路L7912、桥式整流器DF06、运放OP07、三极管S9012、三极管S9013,功率三极管MJE2955T、功率三极管MJE3055T、其他电容、电阻、二极管等。
三、设计框架及原理分析
3.1设计原理说明
小型温度控制系统包含电源模块、测温系统、变送器、模数转换器、单片机、数模转换器、驱动器、控温系统。
各系统在单片机的控制下共同完成对温度控制。
本次实验要完成变送器、驱动器、电源模块。
3.2电源模块
3.2.1:
设计:
见下图:
3.3变送器模块
3.3.1方案选择
测量温度这种非电物理量,需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上,这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。
这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。
温度变送器是一个具有较高精度和稳定度的直流放大器,变送器的线性化电路采用反馈方式。
3.3.2原理分析
AD592特性:
实验室为我们提供的是传感器AD592,其主要特征为:
供电:
+4V~+30V
温度系数:
1μA/K
0℃输出:
273.2μA
工作温度:
-25℃~+105℃
非线性误差:
0.1~0.5℃
重复误差:
0.1℃
时飘:
0.1℃/月
AD592输出量为随温度变化的电流,抗干扰能力强,信号调理电路容易实现。
AD592特性曲线如右图所示,当T=0℃时,i1=273uA;
T=100℃时,i2=373uA,i2-i1=100uA。
电压转换电路特性
由于需将AD592的输出与电压相对应,故应将电流转换为电压,图为电压转换电路及输出电压特性曲线,从图中可知
所以,经计算可得,当T=0℃时,i1=273uA,Vo=0V;
T=100℃时,i1=373uA,Vo=5V。
3.4驱动器
3.4.1方案选择
在实际的系统里,往往要求放大电路的末级输出一定的功率,以带动后面的负载。
驱动电路是一个功率放大器,简称功放。
驱动电压为-9V~+9V,驱动电流最大为3A,随着输出负电压的增加,制冷量增加,随着输出正电压的增加,制热量增加,从而以控制输出电压,达到控制温度的目的。
3.4.2原理分析
当ui>
0时,T1导通,T2截止,iL=ie1;
当ui<
0时,T2导通,T1截止,iL=ie2。
由于每个管子导通180°
,故为乙类功放。
本电路设计中选择了9013、9012、MJE3055T、MJE2955T作为功放的放大管。
其中当输入电压为0~+9V时,9013、MJE3055T导通,当输入电压为-9~0V时,9012、MJE2955T导通。
之所以要选择复合管进行放大,主要是因为9013、9012的ICM=0.5A,而电路的输出电流最大会达到3A,此时,三极管必烧无疑。
而MJE3055T、MJE2955T作为大功率三极管,ICM=10A,完全不用担心电流过大烧掉管子的问题。
但由于功放的前一级为DA输出,其电流为10mA左右,若想最终放大到3A(即300倍),MJE3055T、MJE2955T的hFE=70又不能达到要求。
所以利用9013、9012的高hFE(=300)和MJE3055T、MJE2955T的高ICM=(10A)组成了最终的功放电路。
原理图中的二极管主要是为了避免交越失真。
4.制作基本要求及注意事项
1.区分电路板的元件面和焊接面;
2.焊接元件;
•先焊小元件
•先安装结构件
3.按要求安装左右插座引出插针并焊接;
•所有插针全部与焊盘焊接不要遗漏
•先焊少量插针确认安装到位后再焊其它插针
•焊锡不要沾到插针上
4.安装集成线性稳压电路的散热片;
将稳压集成电路安装在散热片上
•确认稳压电路安装位置
五.常见故障分析:
故障现象
故障原因
无整流输出或输出不正常
整流桥接错或损坏
无稳压输出或输出不正常
集成稳压电路引脚接错或损坏
12V输出不正常
交流输入中心抽头漏接
输出波纹大
滤波电容漏接
保险管无输入
交流输入漏接
整理桥无输入
保险管损坏
电解电容发热或爆裂
电解电容极性接反
电解电容耐压不够
无直流输出
直流输出漏接
六、数据与误差分析
6.1稳压电源电路板
万用表黑表皮接地,红表皮接三个输出点来测试三个输出的电压值,数据如下:
7805
7812
7912
1
+4.96
+11.95
-12.08
+4.98
+11.96
-12.10
3
+4.99
+11.97
-12.09
平均值
+4.97
分析:
由测试结果可以看出直流电源的稳定度接近100%。
6.2。
变送器模块
温度
0℃
10℃
20℃
30℃
40℃
50℃
60℃
70℃
80℃
电压
0v
0.53v
1.05v
1.52v
2.03
v
2.51
3.01
3.51
4.03v
90℃
100℃
4.51
5v
6.3驱动器模块电路板
温度上升时,指示灯红灯(加热)亮,输出端电压值升高。
温度下降时,指示灯绿灯(制冷)亮,输出端(既电路板右排针从上数第七管脚)电压值降低。
在调试台上调试时,输入10V电压时,输出端输出电压+9.1V;
输入-10V电压时,输出端电压-9.2V。
基本达到设计要求。
七、文献
[1]清华大学电子学教研组编,高等教育出版社,《模拟电子技术基础(第四版)》
[2]清华大学电子学教研组编,高等教育出版社,《数字电子技术基础(第五版)》
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- 北工大 电子 工程设计 第一阶段 电源 变送器 驱动