電子工程設計報告
題目：穩壓電源與變送器電路設計
專業：電子資訊工程
小組：14組
姓名學號：09024129 ；09024126
指導老師：司農
完成日期：2009，10
摘要 電子工程設計訓練是一門新開的實踐教學課程，其宗旨是以課堂教學的形式，根據訓練內容，提出功能和指標，通過訓練，培養每乙個學生的電子工程設計方面的綜合實踐能力，初步了解在完成乙個工程課題時所應具備的基本條件和素質。
電子工程設計全部三個階段的任務是設計小型溫度測量與控制系統 --- 典型電子系統。包括採集溫度，感測，變送，a/d轉換，微控制器處理，d/a轉換，驅動，控溫幾個部分。
其中第一階段主要完成電源，變送器的設計與製作，除錯。電源部分：為其他模組供電。
由變壓器、整流器和穩壓器三大部分組成。完成將市電交流電壓變為所需要的低壓交流電，交流電變為直流電，不穩定的直流電壓經濾波後，變為穩定的直流電壓輸出。輸出+12，-12，+5v直流電壓（包括整流橋，電容濾波，穩壓）。
變送器部分：將輸電流通過整合運放op07轉化為輸出0-5v電壓訊號（對應於0-100）。
目錄第一部分直流穩壓電源設計與實現
一需求分析4
二方案選擇4
三電路設計6
四電源除錯方法及注意事項10
五直流穩壓電源pcb圖11
第二部分變送器設計與實現
一需求分析12
二電路設計12
三注意事項16
四變送器pcb圖17
第三部分體會與總結18
第四部分致謝18
第五部分參考文獻及其他18
第一部分直流穩壓電源設計與實現
一、需求分析
由於元件所限和電路較為簡單，採用統一電路，共三組電源，其中有（+5v，1a）（+12v,1a）（-12v，1a）
二、方案選擇
（1）整合線性穩壓電路
紋波、雜訊小；效率低；實現電路相對簡單，成本低
（2）整合開關穩壓電路
效率高；紋波、雜訊大；實現電路相對複雜，成本較高
交流供電電壓低，輸出功率較小。從實現電路簡單，低成本的角度考慮應選擇整合線性穩壓電路的實現方案。
（一）線性穩壓電路
特點：利用電晶體進行電壓調整
電壓調整電晶體工作在放大區
適用於低壓差、小功率的場合
整合線性穩壓電路（三端穩壓器）
採用帶隙（能隙）基準電壓電路
溫度穩定性好、雜訊小
多種保護措施
過流、斷路、過熱保護
無需其他外圍元件
使用方便無需調整
（二）開關穩壓電路
特點：調整管工作在開關狀態
輸入和/或輸出電流不連續
適用於高壓差、大功率的場合
採用儲能元件維持輸出電壓穩定
電路複雜、外圍元件多、對元件要求高
開關穩壓電路基本型別及其特點
串聯（buck）型
— vo < vi（降壓），輸入電流不連續
併聯（boost）型
— vo > vi（公升壓），輸出電流不連續
電感儲能（buck-boost ）型
— 輸出電壓不限並反向，輸入輸出電流均不連續
cuk型
— 輸出電壓同上，輸入輸出電流均連續
其中：各種開關電源電路均從以上4種基本型電路引申而來，開關電源電路複雜，不易實現。
三、電路設計
原理圖：
220v市電經變壓器變壓後，得到50hz正弦交流電壓。輸入到整流橋輸入端，正負半周分別導通得到恒為正的直流電壓，經電容濾波，減小波動，再經三端穩壓器得到所需穩定直流電壓。
穩壓電源一般由變壓器、整流器和穩壓器三大部分組成。
變壓器：將市電交流電壓變為所需要的低壓交流電。
整流器：將交流電變為直流電。
穩壓器：將不穩定的直流電壓經濾波後，變為穩定的直流電壓輸出。
（一）變壓器
將市電交流電壓變為所需要的低壓交流電。
（二）整流器
整流，就是把交流電變為直流電的過程。利用具有單向導電特性的器件，可以把方向和大小交變的電流變換為直流電。本實驗採用橋式全波整流電路。
1. 半波整流電路
半波整流原理
半波整流電路分析
2．全波整流電路
原理圖全波整流電路等效為由兩個半波整流電路合成。**圈中引出大小相等但極性相反的兩個電壓e2a、e2b，形成2個迴路 e2a、d1、rfz和e2b 、d2 、rfz 。
分析圖3．橋式整流電路
正半週期
負半週期
e2為正半周時，對d1、d3加方向電壓，dl、d3導通；對d2、d4加反向電壓，d2、d4截止。電路中構成e2、dl、rfz、d3通電迴路，在rfz上形成上正下負的半波整流電壓；
e2為負半周時，對d2、d4加正向電壓，d2、d4導通；對d1、d3
加反向電壓，d1、d3截止。電路中構成e2、d2、rfz、d4通電迴路，同樣在rfz上形成上正下負的另外半波的整流電壓。
最終電路選擇方案三：橋式整流電路。整流後，經電容濾波：將整流電路輸出電壓中的波動成分盡可能地減小，改造成接近恆穩的直流電。
濾波電路原理圖 ：
通過電容進行濾波，可以對比濾波前後的波形：
（三）穩壓器
三端整合穩壓電路為固定輸出正壓(或負壓)，有5v、6v、9v、12v、15v、18v、24v共7種。
其中7805穩壓輸出為5v，7812和7912穩壓輸出為12v
為了保證穩壓器能夠正常工作， 要求輸入電壓ui與輸出電壓uo的差值應大於3v。壓差太小，會使穩壓器效能變差，甚至不起穩壓作用；壓差太大，又會增大穩壓器自身消耗的功率，並使最大輸出電流減小。廠家對每種型號的穩壓器都規定了最大輸入電壓值。
一般取ui－uo為3～7v。三端穩壓器屬於功率半導體器件，一般需要加裝散熱片。
下圖為管腳序號示意圖：
四、除錯方法及注意事項
1．現在學生除錯台上進行除錯，
插上電源板後，開啟試驗台電源，如果焊接良好，電源板正常工作，工作台上方三個紅色指示燈亮。
2．故障診斷流程圖：
3．在學生試驗台上除錯完成後，將電源板插到教室前方除錯台上，若整個溫度控制系統執行良好，則說明電源板焊接良好，除錯完成。
4．注意事項
1）電源板焊接完畢，對照原理圖認真檢查一遍然後開始測試；
2）測試時，電源板負責交流電源輸入的右插座與除錯臺標有~9v、~14v的插座連線，左插座懸空；
3）連線完畢後，開啟除錯臺電源遠離電源板1~2分鐘，觀察電路板有無異味或異常響動，如果一切正常可以開始進一步的測試；
4）用數字多用表按電源板左插座直流電源引出定義，檢測+5v、+12v、-12v輸出。
5）若+5v、+12v、-12v輸出不正常，需要重新檢查有無錯焊、漏焊、虛焊，並重複2、3、4的步驟。
6）輸出正常的電源板，替換模板上的電源板後，若模板正常執行，電源板的設計工作結束。否則，檢查電路板的左右插座有無虛焊、脫焊等問題。
五、直流穩壓電源pcb圖
第二部分變送器設計與實現
一、 需求分析
溫度變速器實現乙個具有較高精度和穩定度的直流放大器，是將感測器輸
的訊號轉變成採集電路所需的訊號。為降低誤差，在設計中要考慮電路元器件的溫漂、時漂和雜訊問題，建議用op07運算放大器。溫度變送器輸出電壓0-5v（對應溫度0度—100度）
二、電路設計
採用恆壓補償原理變送器電路
原理圖恆壓補償變送器電路標定方法
設定t = 0℃，調整vr1阻值，改變取樣電壓，使v0=0v
設定t = 100℃，調整vr2阻值，改變放大器增益，使v0=5v
以上操作重複2~3遍，標定工作完成。
特性分析
1．ad592 特性分析
1ua/℃
當t=0℃時 i1=273ua i2-i1=100ua
當t=100℃時 i2=373ua
2. 變送器特性分析
電路圖分析曲線
當t=0℃時 vo=0v
當t=100℃時 vo=5v
綜上得出 5v/100 ℃ = 0.05v/℃
3. 電流→電壓轉換電路方案
⑴ 電阻取樣電路
當t = 0℃時 i = 273ua vi=0.273v
當t = 100℃時 i = 373ua vi=0.373v
⑵ 運算放大器電流→電壓轉換電路
i1=0i0=0vo=r×i0=5v
i2=i0-i1=i0 vo=r×i0=0v t = 0t = 100℃
v1=v2=0i0=100uai0 = 273uai0 = 373ua
vo=r×i0 vo=r×i0=5v vo=13.65vvo=18.65v
4．運算放大器電流→電壓轉換電路的平移方案
（1）ad592的恆流補償電路
t = 0℃ i1 = 273ua i2 = 273ua i = 0ua
t = 100℃ i1 = 373ua i2 = 273ua i = 100ua
（2）平移後的電流→電壓轉換電路特性
v1=v2=0vo=50×(i1- 273)×10-3
i2= +v/r1 = 273uai1 = 273ua(0vo=0v
i = i1- i2=i1- 273ua i1 = 373ua (100vo=5v
5．電阻取樣電路的平移方案
（1）電阻取樣恆壓補償電路
vs= -0.273v t = 0℃ vr = 0.273v vi=vr+vs=0v
t = 100℃ vr = 0.373v vi=vr+vs=0.1v
⑵ 用同相比例放大電路實現設計要求
v1=vi, v0=v1(1+rf/rl)
t=0℃, v1= 0v, vo= v1×(1 + rf /r1)=0v
t = 100℃, 0.1v, vo= 0.1×(1 + rf /r1)=5v
解得：rf /r1=49
穩壓電路 — 為恆流補償電路提供穩定的電壓
穩壓二極體 d1 工作電流取 3ma
限流電阻 r1=（12v-3.3v）/3ma=2.9k
r1 取 3k
恆壓補償電路 — 提供 3.3v 恆定壓降
電阻r2+vr1=3.3v/273ua=12.1
r2 取 10k，vr1 取 5k
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