北工大电子工程设计第一阶段电源+变送器+驱动

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1、北京工业大学课程设计报告（小型温度控制系统）电子工程设计报告题目：小型温度控制系统（第一阶段） 专业：电子科学与技术 小组：第九组 姓名：王丹阳学号：11023224 指导教师：孙慧平 完成日期：2013.05.20中文摘要电子工程设计的任务是完成一套小型的温度测量与控制系统，其中包含有三个阶段。本次实验为第一阶段内容，即完成直流稳压电源模块的设计与实现、传感器信号处理电路模块的设计与实现、控制信号驱动电路模块的设计与实现三个实验内容。本实验通过对三个模块的理论设计与实际调试，逐步掌握了小型电子系统的设计步骤与方法。 本报告针对以上三个模块分别详细给出设计要求、方案选择与讨论、电路设计图及实物

2、、原理分析、电路调试、数据计算及误差分析，完整反映了实验过程。目录1设计题目及课题背景41.1设计题目41.2课题背景42设计技术指标及设计要求42.1 设计任务42.2 设计参考方案52.3 设计要求52.3.1电源模块52.3.2信号处理模块52.3.3功率放大模块52.4 发挥部分62.5 参考元器件63设计框架及原理分析63.1 设计原理说明63.2电源模块63.2.1方案选择63.2.2原理分析73.3变送器模块103.3.1方案选择103.3.2原理分析113.4驱动器123.4.1方案选择123.4.2原理分析124系统的调试及实物图134.1调试顺序说明134.2电源模块134

3、.2.1电源模块调试134.2.2电源模块实物图134.3 变送器模块144.3.1 变送器模块调试144.3.2变送器模块实物图144.4 驱动器模块154.4.1 驱动器模块调试154.4.2驱动器模块实物图155出现的问题分析及解决165.1稳压电源电路板165.2变送器电路板165.3驱动电路板176数据与误差分析176.1稳压电源电路板176.2变送器模块电路板176.3驱动器模块电路板187附录187.1 系统电路的工作原理图187.2 元器件识别方法和检测方法197.3 参考资料208收获和体会20一、设计题目及课题背景1.1设计题目小型闭环温度控制系统1.2课题背景电子工程设计

4、的任务是完成一套小型的温度测量与控制系统，其中包含有三个阶段。本次实验为第一阶段内容，即完成直流稳压电源模块的设计与实现、传感器信号处理电路模块的设计与实现、控制信号驱动电路模块的设计与实现。具体如下：（1）直流稳压电源模块：为其他模块供电，由变压器、整流桥和稳压管三大部分组成。使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，变为定的直流电压输出。输出+5V， +12，-12直流电压。（2）传感器信号处理电路模块：即变送器部分。将输入电流通过集成运放转化为输出0-5V电压信号（对应于0-100），并具有调零、调满度的电位器，以便进行温度校准，减小误差。（3）控

5、制信号驱动电路模块：即驱动器部分。将D/A输出的电流经过放大，通过控制输出电压，达到控制温度的目的。并使电路具有短路保护的功能。 本报告针对以上三个模块分别详细给出设计要求、方案选择与讨论、电路设计图及实物、原理分析、电路调试、数据计算及误差分析，完整反映了实验过程。二、设计技术指标及设计要求2.1 设计任务电子工程设计课程选择“小型温度控制系统”作为具体设计题目。需要完成非电量到电量信号转换、信号处理、数据采集、数据处理、人机交互、数据通信、控制等设计工作，几乎覆盖一般电子系统的所有设计环节。完成上述设计工作涉及传感器、非电测量、模拟电子技术、数字电子技术、计算机原理、接口技术、程序设计、自

6、动控制、通信等知识应用，具有广泛的知识涵盖面。完成“小型温度控制系统”的设计，不需要特殊的电子元器件和专用仪器设备，作为一般的实践教学任务具有较好的可操作性。2.2 设计参考方案系统的原理框图为：2.3 设计要求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：2.3.1电源模块 交流输入：9V、14V2直流输出：+5V/1A、12V/0.5A安装：独立电路板结构2.3.2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：30K限制条件：0.7V 输出电压5.7V安装：独立电路板结构2.3.3功率放大模块控制半导

7、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输出电压：-10V +10V电流输出能力：3A 输入阻抗：1k负载阻抗：3.5负载驱动形式：共地安装：独立电路板结构2.4 发挥部分 在系统功能扩充基础上进行的发挥、创新能力培养。 2.5 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、

8、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方案选择本模块有2种电路方案，分别为线性稳压电路和开关稳压电路。方案图如下：整流滤波电路780578127912+5V+12V-12V9V14V14V整流滤波电路9V14V整流滤波电路整流滤波电路2575-5 Buck型+5V+12V-12V2575-12 Buck型 2575-12 Buck-Boost型 线性稳压电路开关稳压电路优点纹波、噪声小，实现电路简单、成本低效率高缺点效率低纹波、噪声大，实现电路复杂、成本高采

9、用线性稳压芯片LM7805（+5V）,LM7812（+12V）和LM7912（-12V）。由于交流供电电压低，输出功率较小。从实现电路简单，低成本的角度考虑选择集成线性稳压电路方案。3.2.2原理分析综述在电子电路及设备中，一般都需要稳定的直流电源供电。单相交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压。其方框图及各电路的输出电压波形如图所示。电源电压器：将市电交流电压变为所需要的低压交流电，电路图如图所示。整流电路：将交流电压转变为脉动的直流电压的过程。利用具有单向导电性的二极管，可以把方向和大小交变的电流变换为直流电。常见整流电路有两种：单相半波整流电路和单相桥式整

10、流电路。半波整流电路：桥式整流电路：整流原理：u2正半周时,D1、D3导通，D2、D4截止，电流通路如图:u2负半周时,D2、D4导通，D1、D3截止，电流通路如图:u20时u20时，T1导通，T2截止，iL=ie1; 当ui0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-90V 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

11、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。四、系统的调试及实物图4.1调试顺序说明 本实验的调试采取分模块调试的方式进行，等到电源焊接完成后一个模块一个模块的调试。各模块的调