电子工程设计报告

'电子工程设计报告题目：稳压电源与变送器电路设计专业：自动化简介本实验报告总共分为三个章节，其内容主要是关于稳压电源，变送器的设计以及驱动电路的原理分析。在其中我主要阐述了电子工程设计的背景，两个电路设计的原理。其中电子工程设计的背景的内容主要是本次设计的目的以及各项要求。电路设计原理里阐述了主要元件的特性及管脚图，稳压电源，变送器和驱动电路的设计原理，还有公式及实验测得数据。最后还有一些关于实验当中焊接的过程的感想与总结。下图是这次电子工程设计的教学模板以及系统框图，本系统虽然早已实际应用多年，但是对于初学反馈调节的本科生而言具有较高的了解价值，同时纵观现今社会发展现实，可以看出在至少将近几十年内还会继续拥有参考研究价值，因此这项实验不会和社会脱节，具有较为广泛的需求基础。下面是所做三个模块的技术要求。1）直流稳压电源：直流稳压电源的元器件见图（1）所示，采用统一电路，共三组电源分别为（+5V，1A）、（+12V，1A）、（5V，1A）。2）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，是将传感器输出的信号转变为采集电路所需要的信号。温度变送器输出电压：0—5V（对应温度0℃—100℃）。温度变送器应具有调零、调满度电位器，以便进行温度校准。温度变送器是一个脉冲放大整形电路。3）驱动电路：驱动电路是一个功率放大器，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，随着输出正电压的竲加，制热量增加，从而以控制输出电压，达到控制温度的作用。 电子工程设计训练教学模板温度测量与控制系统框图训练目的通过对温度或转速控制通信系统的设计,制作,调试,了解信息采集测试,校准,控制及通信的全过程,提高在电子工程设计和实际操作方面的综合能力,初步培养在完成工程项目中所应具备的基本素质和要求。培养研发能力,通过对多个电子电路的设计,初步掌握在给定条件和要求的情况下,如何达到以最经济实用的方法,巧妙合理地去设计工程系统中的某一部分电路,并将其连接到系统中去.培养团队精神,科学的,实事求是的工作方法,提高查阅资料,语言表达能力和理论联系实际的技能. 目录第一章稳压电源的设计与实现一、稳压电源的基本要求二、稳压电源的技术指标及性能（一）稳压电源的组成（二）稳压电源的技术指标（三）稳压电源性能要求三、稳压电源的分部设计及原理（一）整流电路（二）滤波电路（三）三端集成稳压电路四、电源调试方法及注意事项第二章变送器的设计与实现一、变送器的工作原理二、变送器的基本要求三.标定原理及方法四、变送器电路板的调试第三章驱动电路的设计原理第四章实验分析与总结 第一章稳压电源的设计与实现一、稳压电源的基本要求交流供电AC9V、AC15V×2，稳压电源直流输出+5V电压和±12V电压。二、稳压电源的技术指标及性能（一）稳压电源的组成一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成。变压器：将市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器：将交流电变为直流电。稳压器：将不稳定的直流电压经滤波后，变为稳定的直流电压输出。（二）稳压电源的技术指标1、特性指标：如输出电压、输出电流及电压调节范围。2、质量指标：反映一个稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。（三）稳压电源性能要求1、稳定性好当输入电压Usr（整流、滤波的输出电压）在规定范围内变动时，输出电压Usc的变化应该很小。一般要求：由于输入电压变化而引起输出电压变化的程度，称为稳定度指标，常用稳压系数S来表示。S的大小，反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。在同样的输入电压变化条件下，S越小，输出电压的变化越小，电源的稳定度越高。通常S约为：0.01-0.0001。2、输出电阻小负载变化时（从空载到满载），输出电压Usc应基本保持不变。3、电压温度系数小　　当环境温度变化时，会引起输出电压的漂移。良好的稳压电源，应在环境温度变化时，有效地抑制输出电压的漂移，保持输出电压稳定，输出电压的漂移用温度系数KT来表示。4、输出电压纹波小所谓纹波电压，是指输出电压中50赫或100赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示。经过稳压作用，可以使整流滤波后的纹波电压大大降低，降低的倍数反比于稳压系数S。三、稳压电源的分部设计及原理 （一）整流电路　　整流，就是把交流电变为直流电的过程。利用具有单向导电特性的器件，可以把方向和大小交变的电流变换为直流电。整流分为两大方式：半波整流和全波整流。在此次试验中我们选取的是全波整流，采用了全桥式整流电路，原理如下：图1-1全桥式整流电路原理图桥式整流电路的工作原理：e2为正半周时，对D1、D3加方向电压，Dl、D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路，在Rfz上形成上正下负的半波整流电压；e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成e2、D2、Rfz、D4通电回路，同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。（二）滤波电路将整流电路输出电压中的波动成分尽可能地减小，改造成接近恒稳的直流电。常用方法：电容滤波、电感滤波、复合滤波。图1-2滤波电路原理图（三）三端集成稳压电路1、三端集成稳压电路为固定输出正压(或负压)，有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V共7种。本次实验用到的是+5V和正负12V直流电压输出。2、按最大输出电流不同又可分成三个系列： W7800、W317系列的最大输出电流为1.5A；W78M00、W317M系列的最大输出电流为0.5A；W78L00、W317L系列的最大输出电流为0.1A。3、为了保证稳压器能够正常工作，要求输入电压Ui与输出电压Uo的差值应大于3V。压差太小，会使稳压器性能变差，甚至不起稳压作用；压差太大，又会增大稳压器自身消耗的功率，并使最大输出电流减小。厂家对每种型号的稳压器都规定了最大输入电压值。一般取Ui－UO为3～7V。三端稳压器属于功率半导体器件，它作为整机或局部电路的电源，需要输出一定的功率，特别是内部的调整管，供给的是全部负载电流，因此，在使用过程中稳压器件要发热，使芯片温度升高，限制了它的最大功率Pmax。因此一般需要加装散热片。图1-3三端稳压器（78、79系列）管脚序号判断图1-5三端稳压器图1-6整流桥由于在本次试验中用到的电容是电解电容，有正负极之分，我们需要正确辨别电解电容的极性、耐压并焊接，极性不得接反。正、负12V电源整流输出的滤波电容耐压不得低于25V。要正确辨别整流桥的输入、输出引脚，无法辨别的根据整流桥工作原理及内部电路形式用数字多用表测量鉴别，正确辨别稳压电路的输入、输出引脚。实验中我们用LM7805CT芯片提供正5V电压输出，LM7812CT芯片提供正12V电压输出，LM7912CT芯片提供负12V电压输出。 图1-4稳压电源原理图图2-2protel99稳压电源原理图 图1-6protel99实现的PCB图图1-7稳压源实物图图1-8稳压源实物连线 四、电源测试试方法及注意事项万用表黑表皮接地，红表皮接三个输出点来测试三个输出的电压值，其中+5V管脚的输出电压稳定在4.92±0.03V，而-12V管脚的输出电压稳定在-11.96±0.06V，+12V管脚的输出电压稳定在11.94±0.06V左右。三个管脚的输出电压基本符合标准，满足电路输出的要求。测试步骤：1.电源板焊接完毕，对照原理图认真查线一遍然后开始测试。2.测试时，电源板负责交流电源输入的右插座与调试台标有~9V、~15V的插座连接，左插座悬空。3.连接完毕后，打开调试台电源远离电源板1~2分钟，观察电路板有无异味或异常响动，如果一切正常可以开始进一步的测试。4.用数字多用表按电源板左插座直流电源引出定义，检测+5V、+12V、-12V输出。5.若+5V、+12V、-12V输出不正常，需要重新查线检查有无错焊、漏焊、虚焊等，并重复2、3、4的步骤。6.输出正常的电源板，替换模板上的电源板后，若模板正常运行，电源板的设计工作结束。否则，检查电路板的左右插座有无虚焊、脱焊等问题。7.测试结果第二章变送器设计与实现 一、变送器的工作原理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。对热电阻传感器，用正反馈方式校正，对热电偶传感器，用多段折线逼近法进行校正。二、变送器的基本要求系统测量温度范围：0℃-100℃限制条件：输出电压≤5V、输出电压≥0V实现功能：将恒流源AD590输出的电流信号转换成电压信号输出，能够完成放大、调零、调满度的功能，经过换算之后，将绝对无温度转换成相对温度。（一）AD590恒流补偿特性（二）变送器的特性三.标定原理及方法 3、用运放OP07实现电压放大的功能，通过调节相应的滑变，先调零，然后调满度。 图2-1protel99变送器原理图图2-2变送器实物图图2-3变送器实物连线图四、变送器电路板的调试在0℃的时候，调整滑动变阻器使得电路的输出电压为0.0V；在100℃的时候，调整滑动变阻器使得电路的输出电压为5V。以后每增加10℃，输出电压均大概增加0.5~0.6V，经过我们的多次测试，在量程范围内，输出电压的实际值仅仅与理论值相差0.1V左右，误差并不是很明显。 测试方法：1.利用调试台变送器板调试，电源板需要插上2.在调试台变送器插座插上变送器板（注意方向）3.利用调试台键盘输入调试温度。调整电流源输出（模拟AD590电流变化）4.电流源输出电流为：I=273uA+温度值5.温度值为：0摄氏度时放大器输出电压为0V6.温度值为：100摄氏度时放大器输出电压为5V7.测试结果如下：第三章驱动电路的设计原理一、驱动电路(一)基本要求对应测量温度0~100℃输出电压0~5V（二）驱动电路基本形式及工作原理：1.驱动电路的工作原理在实际的系统里，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。2.驱动电路的工作原理图设计 图2-9protel99驱动器原理图（三）驱动电路板功能当温度上升时，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，输出端电压值降低，就基本达到设计要求。第四章实验分析与总结在这八周的实验课程当中，各部分的电路图的设计及设计原理运用到了我们以前所学的模电当中的运放以及一部分电力电子关于整流桥方面的知识，我深刻体会到了学科之间的紧密联系。。在实验连线焊接时，要具备足够的耐心和细心，在焊接变送器设计，未焊接电源线，导致没有结果，检查好久才发现问题所在。实验需要两个人的默契配合才能很好的完成，发挥个人的所长来完成一项任务，要团队精神，更要协作能力，这些锻炼对于以后的工作学习都有一定的意义。我们焊接稳压电源板的时候，由于电路老师直接给出，所以焊接比较顺利，在两个人的配合焊接线之后，在检查电路的基础之上第一次测试就成功了。而第二块变送器电路板由于粗心焊漏了最后一根电压输出线，导致怎么测都不出电压，在多次检测芯片确定芯片是好的之后，有测试了各个焊点都牢固，我们着手电路图开始对照着查线才发现错误所在，所以说做实验需要绝对的严谨性，容不得半点疏忽。焊接的好坏除了老师所讲的焊接技巧之外，保护好焊铁头也尤为重要。 实验中还要住意两点：1.清理烙铁头：在烙铁使用中，应该经常在烙铁棉上清理烙铁头，保持烙铁头清洁，为延长使用寿命烙铁头做了硬化处理，所以不能用硬物强行清除烙铁头表面的氧化物质，以免造成硬化层脱落影响烙铁头的使用寿命。2.剪腿剥线：对于电阻、电容这类引脚比较长的元件，要将引脚剪短。对于导线，要剥除焊接部分的护套。元件引脚长度以在焊接面露出2~3毫米为宜。导线的线头一定要短，对于普通导线由于焊接时塑料护套遇热收缩，更要短。高温导线线头不要超过1毫米，普通导线0.5毫米。焊接稳压电源的电路板的时候虽然线绞得挺好，但焊接时由于烙铁头温度较高把包线又焊化了点显得焊点有点粗糙，在吸取经验以及参考其他同学及老师的悉心指导下，我们不但掌握了焊接技术，更加熟练地掌握了电路的调试方法以及电路的原理，将所学真正运用到实践当中，体会到了实验的乐趣！'