差動變壓器激勵電源與測量電路 課程設(shè)計報告

1、物理與信息工程系課 程 設(shè) 計 報 告 課程名稱 專 業(yè) 綜 合 課題名稱 差動變壓器激勵電源與測量電路設(shè)計專 業(yè) 電子信息科學與技術(shù) 年 班 級 08級電科二班 學 號 姓 名 指導教師 2011年 5 月 24 日目 錄1 設(shè)計任務(wù) 3 1.1 差動變差動變壓器激勵源電路 3 1.2 動變壓器測量電路 32 設(shè)計思路與總體圖 32.1 總體框圖 32.2 設(shè)計思路 3 2.2.1 直流穩(wěn)壓源模塊 3 2.2.2 激勵信號源ICL8038芯片模塊 5 2.2.3 差動變壓式傳感器輸出信號的整流及放大模塊 73 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計及Proteus仿真結(jié)果 7 3.1 直流電源硬件電路的設(shè)計及P

2、roteus仿真結(jié)果 7 3.2激勵信號源ICL8038電路的設(shè)計及Proteus仿真結(jié)果8 3.3 整流放大輸出電路的設(shè)計及Proteus仿真結(jié)果 94 實物圖及測試結(jié)果展示 10 4.1直流穩(wěn)壓電源部分測試實物圖 10 4.2 ICL8038正弦信號發(fā)生器部分測試實物及結(jié)果圖 11 4.3 運放電路部分測試實物及結(jié)果圖11 4.4 整流放大部分測試實物及結(jié)果圖125 總結(jié)與體會 12參考文獻 141 設(shè)計任務(wù)1.1 差動變壓器激勵源電路設(shè)計差動變壓器激勵源電路，實現(xiàn)以下功能：1）頻率在1k10khz范圍內(nèi)可調(diào)；2）幅值至少在015v范圍內(nèi)可調(diào)，能更大范圍可調(diào)更好（最大不超過80v）；3）設(shè)

3、計一個電源，輸出+15v、-15v，和+5v、-5v直流電壓。1.2 動變壓器測量電路設(shè)計一個差動變壓器測量電路，實現(xiàn)以下功能：輸出信號實現(xiàn)全波整流并且放大，用直流信號變化反應差動變壓器輸出。2 設(shè)計思路與總體框圖2.1 總體框圖交流電源（220V 50HZ）ICL8038信號源芯片直 流 穩(wěn) 壓 源 整流放大及輸出電路功率及電壓放大電路差動變壓式傳感器實驗模塊圖2.1 電路總體框圖2.2設(shè)計思路：2.2.1直流穩(wěn)壓源模塊該模塊主要由變壓器（220V-15V），整流橋，穩(wěn)壓塊組成，可提供-15V、+15V、-5V、+5V、-12V、+12V直流電壓源。見圖2.1.1 圖2.2 直流穩(wěn)壓電源方框

4、圖組成部分簡介：（1）電網(wǎng)供電電壓交流220V（有效值）50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得需要交流電壓。（2）降壓后的交流電壓，通過整理電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈沖大）。（3）脈沖大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。（4）濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負載RL。78/79XX系列穩(wěn)壓集成塊簡介： 圖2.2.1 78XX系列穩(wěn)壓塊引腳圖 圖2.2.2 典型應用電路圖 圖2.2.3 79XX系列穩(wěn)壓塊引腳圖 圖2.2.4 典型應用電路圖LM7915

5、、LM7815、LM7912、LM7812、LM7905、LM7805四塊穩(wěn)壓集成塊分別形成穩(wěn)定性好的-15V、+15V、-12V、+12V、-5V、+5V直流電壓源。2.2.2 激勵信號源：ICL8038芯片模塊模塊實現(xiàn)功能：為差動變壓器提供幅值從0-15V可調(diào)，頻率從1KHz到10KHz可調(diào)的正弦激勵信號，且接入由三極管組成的功率放大電路，以提供一定功率的信號。芯片介紹： 圖2.2.1 ICL8038管腳圖ICL8038的波形發(fā)生器是一個用最少的外部元件就能生產(chǎn)高精度正弦,方形,三角, 鋸齒波和脈沖波形徹底單片集成電路。 頻率(或重復頻率) 的選定從0.001hz到300khz可以選用電阻

6、器或電容器來調(diào)節(jié), 調(diào)頻及掃描可以由同一個外部電壓完成。ICL8038具有多種波形輸出的精密震蕩集成電路，主要輸出正弦波、三角波、矩形波，輸出頻率可調(diào)。0.001Hz60KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號。輸出波形的頻率和占空比還可以由電流或電阻控制。ICL8038芯片引腳2輸出的正弦信號經(jīng)功率放大電路可為差動變壓器模塊提供一定功率的激勵信號。ICL8038工作原理分析： 圖2.2.2 ICL8038內(nèi)部原理框圖振蕩電容C由外部接入，它是由內(nèi)部兩個恒流源來完成充電放電過程。恒流源2的工作狀態(tài)是由恒流源1對電容器C連續(xù)充電，增加電容電壓，從而改變比較器的輸入電平，比較器的狀態(tài)改變，帶

7、動觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)來連續(xù)控制的。當觸發(fā)器的狀態(tài)使恒流源2處于關(guān)閉狀態(tài)，電容電壓達到比較器1輸入電壓規(guī)定值的23倍時，比較器1狀態(tài)改變，使觸發(fā)器工作狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，將模擬開關(guān)K由B點接到A點。由于恒流源2的工作電流值為2I，是恒流源1的2倍，電容器處于放電狀態(tài)，在單位時間內(nèi)電容器端電壓將線性下降，當電容電壓下降到比較器2的輸入電壓規(guī)定值的13倍時，比較器2狀態(tài)改變，使觸發(fā)器又翻轉(zhuǎn)回到原來的狀態(tài)，這樣周期性的循環(huán)，完成振蕩過程。適當選擇外部的電阻RA和RB和C可以滿足方波函數(shù)等信號在頻率、占空比調(diào)節(jié)的全部范圍。因此，對兩個恒流源在I和2I電流不對稱的情況下，可以循環(huán)調(diào)節(jié)，從最小到最大，任意選擇調(diào)整，所以，

8、只要調(diào)節(jié)電容器充放電時間不相等，就可獲得鋸齒波等函數(shù)信號。正弦函數(shù)信號由三角波函數(shù)信號經(jīng)過非線性變換而獲得。利用二極管的非線性特性，可以將三角波信號的上升成下降斜率逐次逼近正弦波的斜率。2.2.3 差動變壓式傳感器輸出信號的整流及放大模塊差動變壓式傳感器輸出幅值隨銜鐵運動而變化的正弦信號，由于此信號幅值較小，故在信號輸出后端接放大電路，并將交流正弦信號整流，作為直流輸出。設(shè)計中采用先將變壓式傳感器輸出信號經(jīng)整流、濾波網(wǎng)絡(luò)變?yōu)橹绷髟俳佑蒛A741集成運放構(gòu)成的同向比例放大電路，輸出放大了的、穩(wěn)定的直流信號，從而反映銜鐵的運動位移的大小。3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計及Proteus仿真結(jié)果3.1 直流電

9、源硬件電路的設(shè)計及Proteus仿真結(jié)果圖3.1.1 電源電路仿真圖 （a）正電源輸出值 （b）負電源輸出值 圖3.1.2 電源電路仿真圖輸出值提示：在穩(wěn)壓塊7805及7905的前面加一個穩(wěn)壓塊7812、7912的原因是為了防止穩(wěn)壓塊7805、7905從正負15V直接跳到正負5V時工作功率過大而燒壞穩(wěn)壓塊。仿真結(jié)果：各穩(wěn)壓塊輸出端電壓均能達到要求，電容起到良好的濾波效果，輸出電壓穩(wěn)定。3.2 激勵信號源ICL8038電路的設(shè)計及Proteus仿真結(jié)果圖3.2.1 激勵信號源ICL8038及功率放大電路仿真圖圖3.2.2 激勵信號源ICL8038及功率放大電路仿真結(jié)果仿真結(jié)果：二腳有正弦輸出，調(diào)

10、節(jié)8腳外接的變阻可實現(xiàn)正弦信號頻率調(diào)節(jié)，另外三個變阻可實現(xiàn)正弦的占空比與正、負半部分的正弦失真調(diào)節(jié)。3.3、整流放大輸出電路的設(shè)計及Proteus仿真結(jié)果圖3.3.1 整流放大輸出電路仿真圖圖3.3.2 整流放大輸出電路仿真結(jié)果4 實物圖及測試結(jié)果展示4.1 直流穩(wěn)壓電源部分測試實物及結(jié)果圖 （a）5V電源實測圖 （b）12V電源實測圖 （c）15V電源實測圖 （d）-5V電源實測圖 （e）-12V電源實測圖 (f)-15V電源實測圖 圖4.1直流穩(wěn)壓電源實物及測試圖4.2 ICL8038正弦信號發(fā)生器部分測試實物及結(jié)果圖 (a）ICL8038信號源測試實物圖 （b）正弦信號波形圖 （c） I

11、CL8038信號源頻率改變后的測試圖 （d）正弦信號源頻率改變后的波形圖 圖4.2 ICL8038信號源實物及測試圖4.3 運放電路部分測試實物及結(jié)果圖 （a）運放電路輸出測量圖 （b）運放電路輸出，幅值為14.4V 圖4.3 運放電路實物及測試圖 4.4 整流放大部分測試實物及結(jié)果圖 （a）整流放大輸入信號 （b）整流放大后輸出的直流電壓 圖4.4 整流放大電路實物及測試結(jié)果圖 5 總結(jié)與體會理論與實踐的差距對于自己來說可能這次課程設(shè)計的感觸更深。從確定課程任務(wù)，搜集資料到方案初步，短短幾天時間一直處于方案排除中，然而，在再次翻開教材，查閱理論分析，重新理解工作原理，并從嘗試自己分析實用電路

12、到很好的運用，仍是幾天后才有眉目。Proteus仿真時又出現(xiàn)各種問題，理論似乎總與想要的結(jié)果相差很遠，就連最簡單的運放電路都不能如意的運用。又進一步深入理論分析后，才知道仔細分清各種電路的重要性。在仿真及做好電路板之后，剩余的工作就是測試問題。測試的過程體會可謂一言難盡。穩(wěn)壓電源電路測試：電源部分在請教付老師后直接以實驗板上+15V、-15V直流電壓作為整流輸出電壓直接輸入到四路穩(wěn)壓集成塊輸入端，前端接濾波電容，這樣來測試所作的穩(wěn)壓塊的效果。在實驗室測試時，第一次測試，各元器件沒出現(xiàn)異常但只有一個穩(wěn)壓塊輸出正常的電壓，其它部分宣告失敗。檢查電路后，再次檢測，這次出現(xiàn)更大的失誤，兩個電容燒掉了，

13、原因發(fā)現(xiàn)是因為正負電源接反，自然電源部分測試宣告結(jié)束，等更換電容后重新測試。更換電容后，測試發(fā)現(xiàn)78XX穩(wěn)壓塊正電源輸出的直流電源部分正常，15V的穩(wěn)壓塊輸出14.3V電壓。但79XX穩(wěn)壓塊輸出的電壓不正常。斷電檢查電路及實驗仿真圖，討論發(fā)現(xiàn)79XX穩(wěn)壓塊引腳的接法錯誤，其各引腳的接法與78XX穩(wěn)壓塊不同，79XX穩(wěn)壓塊是2腳接輸入，1腳接GND,3腳輸出，而78XX穩(wěn)壓塊是1腳接輸入，2腳接GND,3腳輸出。焊接電路板時未注意引腳的接法。更改線路后再次進行測試時，各穩(wěn)壓塊輸出的直流穩(wěn)壓穩(wěn)定且幅值基本達到要求。ICL8038信號發(fā)生器電路測試：ICL8038信號發(fā)生器仿真成功后，接好電路板。由

14、于穩(wěn)壓電路版測試時失敗，不能提供穩(wěn)定的+15V、-15V直流穩(wěn)壓，顧測試時直接接入實驗室提供的直流電源 。測試時用萬用表交流檔測量ICL8038的2腳輸出的正弦信號的大小，輸出不存在，但用直流檔測量時發(fā)現(xiàn)有直流輸出幅值近13V，電路也存在問題。 斷電檢測電路，變阻方面ICL8038的8腳接的1K的變阻未起到變阻的作用，三端變阻任意兩端的阻值不變，更換變阻；繼續(xù)測試電路時情況差不多，測量穩(wěn)壓二極管兩端電壓時，電壓較小，正反兩端電壓近正負0.8V，7V的穩(wěn)壓二極管未起到穩(wěn)定電壓的作用。更改仿真電路，去掉穩(wěn)壓管后調(diào)試時，輸出沒有影響，故去掉電路板上穩(wěn)壓管后繼續(xù)測試，2腳輸出的信號為3.57V的直流信

15、號，且改變4、5腳及12、1腳外接的三個變阻后輸出幅值有變化，分析可知，此三個變阻中12、1腳外接的兩個用于輸出正弦波失真度調(diào)節(jié)，對輸出電壓幅值存在影響，與測試結(jié)果一致，4、5腳外接的變阻用于調(diào)節(jié)波形占空比，輸出電壓波形幅值變化，與測試結(jié)果一致。整體測試時仍無正弦信號輸出，推測是10腳外接電容（1uf）太大，輸出信號頻率太小。使輸出趨近于直流，故更換10腳外接的電容，再次測試。測試時發(fā)現(xiàn)芯片各輸出腳均為12V左右的直流，推測芯片損壞，更換芯片后測試，2腳輸出的波形正常，頻率可調(diào)，正負端正弦波形失真可調(diào)。達到項目要求！功率放大電路測試：測試由三極管組成的功率放大電路輸入端電壓與輸出端電壓，兩電壓

16、值接近。串聯(lián)電流表測試輸入、輸出端電流時，輸出明顯大于輸入，電路實現(xiàn)了信號功率放大。集成運放電路測試：UA741的3腳輸入端電壓為3.58V，測量輸出端電壓較小，調(diào)節(jié)由引腳6接出的反饋輸出至2腳輸入端的變阻，以改變正比例放大電路放大倍數(shù)，放大輸出信號的幅值。測試時運放電路可以正常工作。注意：注意調(diào)節(jié)時不要使放大倍數(shù)太大，以免使輸出穩(wěn)定于運放的直流工作電壓15V，調(diào)試時也發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)運放放大倍數(shù)過大后，其6腳輸出的電壓穩(wěn)定在14.1V，造成輸出的正弦波形飽和失真。輸出信號整流放大電路：由于此部分電路同運放電路基本類似，整流、濾波后，運放只需實現(xiàn)直流放大，其調(diào)節(jié)及注意事項同集成運放電路測試部分。測試時

17、電路可以正常工作，實現(xiàn)整流放大的功能。在整個設(shè)計過程中，非常感謝 老師的細心指導，對我的方案認真修改，指出方案的可行性與不足，為我的設(shè)計指明方向，省去了大量的仿真工作，并保證了設(shè)計效果。在此，再次表示感謝！在整個電路焊接過程中，感謝組員 同學的耐心配合，基本沒有出現(xiàn)大的問題，連接正常，在修改電路時，張超也很耐心，一步一步細心走線，在文字工作部分，也嚴格按照格式要求仔細修改，對各項工作也提出了寶貴的建議。參考文獻1 譚博學，苗匯靜.集成電路原理及應用（第2版）.北京：電子工業(yè)出版社，2008.12 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ).模擬部分.北京:高等教育出版社,2006.13 白炳良，吳木端.基于ICL8038函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計.電子制作，2008.34 曾祥福.電路設(shè)計protel 99及仿真. 中國鐵道出版社，2000.55 Tierney, J Rader, C.M., and Gold, B.