稳压电源与变送器电路设计.doc

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：通信工程小组：19组姓名学号：09024226 尹燃；09024227 吴萌指导老师：贾惠忠完成日期：2011.10.24大纲： 电子工程设计全部三个阶段的任务是设计小型温度测量与控制系统 - 典型电子系统。包括采集温度，传感，变送，A/D转换，单片机处理，D/A转换，驱动，控温几个部分。 其中第一阶段主要完成电源，变送器的设计与制作，调试。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。完成将市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 ）。 通过protel99se对电源，变送器进行原理图设计，PCB版图设计。并进行元件插放、焊接。分别对电源输出三个电压进行检测；变送器输出电压对0、50、100三个温度进行测试，调节相应电位器，反复测量使结果尽量接近于线性。 经不断调试及排障，是电路基本达到了设计指标要求，误差在允许范围内。目录一背景、需求 二方案、原理 （一）电源部分 （二）变送器部分三焊接、调试、测试（一）电源部分1.调试原理与方法2.过程及数据误差3.误差分析及解决（二）变送器部分1.调试原理与方法2.过程及数据3.误差及解决四出现问题及解决方法五体会与建议七参考文献一课题背景及需求分析 电子工程设计任务为满足完成以完整的，含有完整硬件及软件的温控系统。 电子工程设计全部三个阶段的任务是设计小型温度测量与控制系统 - 典型电子系统。需求分析：包括采集温度，传感，变送，A/D转换，单片机处理，D/A转换，驱动，控温几个部分。完成温度采集，传感，信号变换，电脑处理最终达到控温的效果。指标：温度测量范围：0100 。温度测量误差：2 其中第一阶段主要完成电源，变送器的设计与制作，调试。电源：为后续电路提供电能；变送器和传感器（AD590）：共同完成温度电流电压的转换。其中电源设计关键在于输出电压的校准，变送器着重于3个温度的校准，线性化。二设计方案的选择及原理（一）电源部分1.原理图2.组成：变压器、整流器和稳压器三大部分组成。（1）变压器：将市电交流电压变为所需要的低压交流电。即上图中T1，T2变压器部分。电路图如下：（2）整流器：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。本实验采用桥式全波整流电路。a.方案一：半波整流电路b.方案二：全波整流电路：可以看作是由两个半波整流电路组合成的。变压器次级线圈中间需要引出一个抽头，把次组线圈分成两个对称的绕组，从而引出大小相等但极性相反的两个电压e2a、e2b，构成e2a、D1、Rfz与e2b 、D2 、Rfz ，两个通电回路。c.方案三：桥式整流电路的工作原理如下： 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。最终电路选择方案三：桥式整流电路。整流后，经电容滤波：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。 （3）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。采用三端集成稳压电路a.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。具体分为78xx，79xx系列。b.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UiUO为37V。三端稳压器属于功率半导体器件，一般需要加装散热片。3原理分析及计算220V市电经变压器变压后，得到50HZ正弦交流电压。输入到整流桥输入端，正负半周分别导通得到恒为正的直流电压，经电容滤波，减小波动，再经三端稳压器得到所需稳定直流电压。（二）变送器部分1.原理图： 2.原理说明：（1） AD590特性变送器特性（2） 运算放大器 特性计算得： （3）运算放大器 特性计算得：（3）运算放大器输出平移特性：（4）最终原理分析及计算： 通过原理图中第一个运放，将AD590电流信号变为电压信号，通过第二级运放，输出05V电压。其中，R2微调零电位器，R9为调5V电位器。三组装（焊接），调试与测试组装与焊接：根据protel99se绘制原理图，并分别绘制电源及变送器的PCB版图。在插件布局时，尽量使电路中逻辑相邻元件靠近，以减少线数量。焊接时，尽量多利用了电路板本身导通的焊点，及电阻，元件的插针。第二，注意镀锡以保证无短路。第三，连线起始点与终点距离适当，保证与其他不想相连焊点的有一定距离。（一） 电源部分1. 调试原理及方法（1）将查过线的电源板插于试验台相应位置，打开试验台电源。观察1-2分钟，看+5，+12，-12V电源指示灯是否亮。（2）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。2.调试过程及数据 按上述方法操作，观察一定时间，+5，+12，-12V电源指示灯亮，数字万用表测电源数据误差在允许范围内（都为0.3V内）。3.误差及解决（二）变送器部分1.调试原理及方法（1）将测试通过的电源板及变送器板插于试验台相应位置，打开试验台电源。观察1-2分钟，看+5，+12，-12V电源指示灯是否亮。（2）将温度设于0度，用万用表测输出端（右端第四排）电压，调节电位器R2（见原理图），使示数为0V。将温度调到100度。测输出，调节R9使示数为5V。同理，调温度为50度，看显示数是否为2.5（满足线性）。（3）反复测量，调节，使三个温度值接近于线性。并记录电压值。2.调试过程及数据 按照上述方法，最终得到误差允许的电压值，且基本满足线性。数据：050100电压U（V）0.022.525.0253.误差及解决可见，三个温度的电压值，都高于标准0.02V左右，零点调节存在问题。经进一步调零，数据基本满足要求。四出现问题及解决（方法总结）1. PCB板图设计的软件比较复杂，上手很慢，布局不合理，线的连接点总是不合格，画了很多次都及不了格。解决：加班加点，反复画了五六次终于得了7分。2. 分工的时候不太合理，两个人一起焊板，一起画图，导致时间不够用。解决：用课下的时间追上进度。3. 用锤子敲排针的时候敲歪了，导致板焊好以后根本差不进去。解决：用钳子一根一根正过来，再从新敲。4. 焊接的时候，一个焊点要接很多根线，导致比较近的焊点短路。解决：用导线将其中一个焊点引到空焊点。5. 调试传送器的时候，找不到合适的滑变值，拧了好多圈，却变化不大。解决：用定值电阻试出大概的范围，再用滑变一点点调试。6. 变送器设时，AD590输出电流为273-373uA，要求集成运放输出为0-5V解决：须将电流变换为0100uA。7. 用万用表调准5V和0V以后，用温度计一试相差很多。8. 解决：变送器调试时，零点和100度点的数据应逐渐逼近线性，而不是单独准求一个点的校准。为满足线性，使零点和100度的电压值逐渐接近0V和5V。 1.逐级排查法:如电源+12v无输出。应从7812输出端起，逐级用数字万用表测量输出电压，若某一部分无问题，则说明问题出现与其相邻的后一级。又如变送器部分：若无输出电压，可从第二个运放输出端起，逐级向AD590输入检查。2.检查问题时。应从最基本的问题检查起，如电源，接地。芯片等，无必要从新查线，必要时逐级排查。（四）结论：通过第一阶段实践，成功设计和制作了温控系统中的电源和变送器，电源电压及变送器输出电压满足设计指标，误差在允许范围。五体会与建议09024226：体会： 这次实验的顺利完成，首先要感谢老师的指导和搭档吴萌的帮助。 本次实验是以生活中常遇到的实际内容为基础开始的，通过这次实验，我认识到了本专业实际应用的一个侧面，而且了解到怎么把零散的理论知识糅合成一个系统，从而设计出可实际应用的成品。我切实的感觉到，通信其实很生活，很实用，它无处不在，只是以前自己不懂而已。 本次实验过程中，我们在PCB图的制作上遇到了很大的困难，花了很多时间和精力还是没有做出很好的成果，但是焊接的电源板和变送器板都很快就通过了。这说明我们在理论知识方面还是很欠缺，尤其是需要加强用计算机软件辅助实验的能力。我会在今后的课上课下的学习中，注意锻炼，尽力弥补。 本次实验是对我的学习态度的一次检验。在这个过程中，我曾想过，用别人的图，会很省事。但是，不认真了解课设内容，别人的图根本看不懂，等了解之后，又何必不自己设计一份呢！我深刻的体会到投机取巧没有什么好处，因为参考资料论是有必要的，但是依赖于他人是不能从根本上提高自己的能力。所以，我开始自己发现问题，解决问题，与搭档讨论。这样的结果是我的独立思考能力与学习能力有了一定的提高。还有严谨的治学态度与踏实的学风，这是非常重要的，为此我也吃了不少亏，长了不少教训。 本次实验还加强了我的团队合作能力，动手能力，自主学习能力。在与吴萌的合作中，我深深地体会到怎样相互帮助，相互督促，怎样取长补短，最终达到1+12的效果。我们亲自动手焊接，连线，并共同解决了许多想不到却无法避免的问题。另外，我想我们明白了解决问题的根本方法，就是自主的，有目的去学习更多的知识。当然我们也有不足之处，就是过度依赖同伴，导致分工不合理，时间不够用。合作并不是单纯的什么都一起做，而是要分开做自己擅长的部分，以达到更好地效果。 最后，这次实验的成功让我们感到了前所未有的满足和由衷的喜悦。再次感谢老师的指导，和吴萌对我的帮助。建议：这次课时间紧，任务重，我们只能选择制图和焊板其中之一来做，但是两种技能都很重要。希望以后有机会可以两者都锻炼一下。09024227:体会： 这次课设我体会颇深，用到了很多专业基础知识，它使我对课上学到的专业知识有了更深的理解。过去在模电课上学的许多知识，我都只能算是知道，根本谈不上理解，更不用说实践应用了，学的知识只能解几道计算题，而无法把他们应用于实际，甚至根本不知道它与实际有什么联系，所以根本提不起课堂学习的兴趣。虽然有实验课，但都是按实验书上的步骤去机械的做，根本没有自己的思考想象的空间。本学期的课设，使我遇到了许多实际问题，这就迫使我再次打开课本有针对性的深入学习旧的知识，理论知识在实践中得以应用，使我对理论知识有了更深的理解和认识，而不仅仅限于去解几道计算题。 这次课设让我深刻体会到活学活用的重要性，最好的设计不是全新的设计，而是通过对一个小细节的改善使设计趋于完美。设计电路时理论与实际的差距很大。就像我们设计变送器时，选择用滑动变阻器，以为会更方便，但实调试时，反而用定值电阻确定范围更节省时间。另外，一份整洁的电路图，在实际焊接中可能会遇到很大的麻烦，这只有通过实际操作上的灵活运用和实践经验的积累来解决。 “在课设的过程我还认实践是检验真理的唯一标准。，我们发现以前学的很多知识在动手操作的过程中都立体丰富了许多，同时也补充了很多我们所不知道的细节，比如驱动板，在课本