電子設計與制作

*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,模擬電子系統(tǒng)設計方法,由于模擬電子電路種類繁多，設計方法和步驟也有所差異。在實際設計中主要有以下幾步：,總體方案設計,單元電路設計,參數(shù)計算,元器件的選擇,1,設計電路框圖,信,號,放,大,數(shù),據(jù),處,理,顯,示,信號輸入,2,TCL7135的主要性能特點,1、輸入阻抗達10,9,以上，對被測電路幾乎沒有影響；,2、自動校零；,3、有精確的差分輸入電路；,4、自動判別信號極性；,5、有超、欠壓輸出信號；,6、采用位掃描與BCD碼輸出。,3,4,開關系列：,一、機械開關：,1、常用鈕子電路開關。單刀開關、單刀雙擲開關，雙刀開關，雙刀雙擲開關。多刀多擲開關。即波段開關。,特點：單刀開關，有兩個接線端。一進一出。,單刀雙擲開關，有三兩個接線端。一進兩出?；騼蛇M一出。,雙刀開關，相當于單刀開關并聯(lián)。,雙刀雙擲開關。相當于單刀雙擲開關并聯(lián)。,波段開關屬于立體開關，一個旋鈕控制多組開關。,用途：單刀開關完成通斷功能。各種小功率電源開關。,單刀雙擲開關還能完成通斷轉(zhuǎn)換。大小功率轉(zhuǎn)換或兩處單控。,波段開關完成多組通斷功能轉(zhuǎn)換。功能或范圍選擇控制。萬用表的應用。,防爆開關，防塵、防水、防靜電、防易燃等開關。,5,2、位置開關,行程開關，,位置開關,（又稱限位開關）的一種，是一種常用的小電流,主令電器,。,行程開關符號,行程開關按其結(jié)構(gòu)可分為直動式、滾輪式、微動式和組合式。,1：推桿2：彈簧3：壓縮彈簧4：動斷觸點5：動合觸點,6,3、水銀開關,水銀開關內(nèi)有一定量的水銀，和兩個金屬觸點，是利用水銀的導電性工作。當開關處于一個水平位置時，兩個金屬觸被水銀浸泡，觸點間連通，開關傾斜或倒置時，水銀流動，兩個金屬觸點未被水銀浸泡，觸點間斷開。,4、干簧管開關。,干,簧管(磁簧管、舌簧管)是一種磁敏的特殊開關。它的兩個觸點由特殊材料制成，被封裝在真空 的玻璃管里。只要用磁鐵接近它，干簧管兩個節(jié)點就會吸合在一起，使電路導通。因此可以作為傳感器用，用于計數(shù)，限位等等。,5、繼電器：,7,電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。在繼電器線圈兩端加上額定的電壓，線圈中就會流過電流，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點吸合。觸點閉合與斷開在電路中接通和斷開電路，起到控制作用。,6、接觸器。,交流接觸器廣泛用作電力的開斷和控制電路。交流接觸器利用主接點來開閉電路，用輔助接點來執(zhí)行控制指令。主接點一般只有常開接點，而輔助接點常有兩對具有常開和常閉功能的接點，小型的接觸器也經(jīng)常作為中間繼電器配合主電路使用。,7、斷路器,低壓斷路器又稱自動開關，俗稱“空氣開關”也是指低壓斷路器，它是一種既有手動開關作用，又能自動進行失壓、欠壓、過載、和短路保護的電器。,高壓斷路器又稱高壓開關，它不僅可以切斷或閉合高壓電路中的空載電流和負荷電流，而且當系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過繼電保護裝置的作用，切斷過負荷電流和短路電流。它具有相當完善的滅弧結(jié)構(gòu)和足夠的斷流能力。,8,二、電子開關,1、接近開關,接近開關又稱無觸點,行程開關,，,性能特點,在各類開關中，有一種對接近它物件有“感知”能力的元件,位移傳感器,。利用位移傳感器對接近物體的敏感特性達到控制開關通或斷的目的，這就是接近開關。,功能：,主要用于位移、速度、加速度的測量和控制,種類,9,因為位移傳感器可以根據(jù)不同的,原理,和不同的方法做,成，而不同的位移傳感器對物體的“感知”方法也不同，所以常見的接近開關有以下幾種：,、電容式接近開關,這種開關的測量通常是構(gòu)成,電容器,的一個極板，而另一個極板是開關的外殼。當有物體移向接近開關時，不論它是否為導體，由于它的接近，總要使電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使電容量發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關的接通或斷開?？蓹z測導體，絕緣的液體或粉狀物等。,、霍爾接近開關,霍爾元件是一種,磁敏元件,。利用霍爾元件做成的開關，叫做,霍爾開關,。當磁性物件移近霍爾開關時，開關檢測面上的霍爾元件因產(chǎn)生,霍爾效應,而使開關內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別附近有磁性物體存在，進而控制開關的通或斷。這種接近開關的檢測對象必須是磁性物體。,10,、光電式接近開關,利用光電效應做成的開關叫,光電開關,。將發(fā)光器件與光電器件按一定方向裝在同一個檢測頭內(nèi)。當有反光面（被檢測物體）接近時，光電器件接收到反射光后便在,信號,輸出，由此便可“感知”有物體接近。,、熱釋電式接近開關,用能感知溫度變化的元件做成的開關叫熱釋電式接近開關。這種開關是將熱釋電器件安裝在開關的檢測面上，當有與環(huán)境溫度不同的物體接近時，熱釋電器件的輸出便變化，由此便可檢測出有物體接近。,11,2、模擬電子開關,CD4051：8選1模擬開關，CD4052：雙4選1模擬開關。,特點：速度快，有接觸電阻，有幾十到幾百歐。,3、固態(tài)繼電器,用隔離器件實現(xiàn)了控制端與負載端的隔離。固態(tài)繼電器 的輸入端用微小的控制,信號,，達到直接驅(qū)動大,電流,負載。,固態(tài)繼電器有三部分組成：輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。,4、可控硅,晶閘管在工作過程中，它的陽極A和陰極K與電源和負載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。,可控硅分為直流可控硅和雙向可控硅。,無觸點開關，可控硅一個關鍵用途在于做為無觸點開關。在自動化設備中,用無觸點開關代替通用繼電器已被逐步應用。其顯著特點是無噪音,壽命長。,12,5、光電開關,光電開關（光電傳感器）由于光電開關輸出回路和輸入回路是電隔離的（即電緣絕），所以它可以在許多場合得到應用。,6、霍爾開關,霍爾開關的輸入端是以磁感應強度B 來表征的，當B 值達到一定的程度（如B1）時，霍爾開關內(nèi)部的觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，霍爾開關的輸出電平狀態(tài)也隨之翻轉(zhuǎn)。輸出端一般采用晶體管輸出，和,接近開關,類似有NPN、PNP、常開型、常閉型、鎖存型（雙極性）、雙,信號,輸出之分。,7、光耦,光電耦合器就是我們所說的,光耦,，它的原理是通過發(fā)光,二極管,照射,三極管,從而使得三極管導通和關斷，通過調(diào)節(jié)二極管電壓大小調(diào)節(jié)發(fā)光強度，從而使流過三極管的,電流,變化，常常用光藕是來反饋用。,13,門磁開關,門磁開關主要由開關和,磁鐵,兩部分組成,開關部分由,磁簧開關,經(jīng)引線連接.定型封裝而成;磁鐵部分由對應的磁場強度的磁鐵封裝于塑膠或合金殼體內(nèi).當兩者分開或接近至一定距離后,引起開關的開斷從而感應物體位置的變化,14,1999年全國大學生電子設計競賽試題,題目:數(shù)字式工頻有效值多用表,設計任務,設計并制作一個能同時對一路工頻交流電（頻率波動范圍為50 1Hz、有失真的正弦波）的電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率、功率因數(shù)進行測量的數(shù)字式多用表。參見附圖。,15,16,1 基本要求,（1）測量功能及量程范圍,a、交流電壓：0500V；c、有功功率：025kW；d、無功功率：025kvar；e、功率因數(shù)（有功功率/視在功率）01。為便于本試題的設計與制作，設定待測0500V的交流電壓、050A的交流電流均已經(jīng)相應的變換器轉(zhuǎn)換為05V的交流電壓。,17,（2）準確度,a、顯示為 位（0.0004.999），有過量程指示；b、交流電壓和交流電流：（0.8讀數(shù)5個字），例：當被測電壓為300V時，讀數(shù)誤差應小于（0.8300V0.5V）2.9V；c、有功功率和無功功率：（1.5讀數(shù)8個字）；d、功率因數(shù)：0.01。,（3）功能選擇：,用按鍵選擇交流電壓、交流電流、有功功率、無功功率和功率因數(shù)的測量與顯示。,18,2發(fā)揮部分,（1）用按鍵選擇電壓基波及總諧波的有效值測量與顯示。（2）具有量程自動轉(zhuǎn)換功能，當變換器輸出的電壓值小于0.5V時，能自動提高分辨力達0.01V。（3）用按鍵控制實現(xiàn)交流電壓、交流電流、有功功率、無功功率在測試過程中的最大值、最小值測量。（4）其它（例如擴展功能，提高性能）。,19,說明,1調(diào)試時可用函數(shù)發(fā)生器輸出的正弦信號電壓作為一路交流電壓信號；再經(jīng)移相輸出代表同一路的電流信號。,2檢查交流電壓、交流電流有效值測量功能時，可采用函數(shù)發(fā)生器輸出的對稱方波信號。電壓基波、諧波的測試可用函數(shù)發(fā)生器輸出的對稱方波作為標準信號，測試結(jié)果應與理論值進行比較分析。,20,設計方案,設計可分為三個模塊:,1、數(shù)據(jù)采集,2、數(shù)據(jù)處理,3、數(shù)字顯示,電流信號,程控放大,保持器,電壓信號,程控放大,保持器,模,擬,開,關,轉(zhuǎn),換,單,片,機,鍵,盤,數(shù),碼,管,過零檢測,鎖相倍頻,系統(tǒng)總體框圖,21,數(shù)據(jù)采集：比例放大,PGA103,；數(shù)據(jù)保持,LF398,。,數(shù)據(jù)處理：采用鎖相環(huán)技術倍頻,CD4046,；A/D轉(zhuǎn)換,AD574,；軟件處理，計算。,數(shù)字顯示：數(shù)碼管；,算法：,視在功率：,UI,有功功率：,1/,T,uidt,無功功率：,S,P,功率因數(shù)：,cos,=P/UI,22,AD574是一種常用的12位AD變換芯片，也可以實現(xiàn)8位轉(zhuǎn)換。有兩個模擬信號輸入端，分別為10V輸入端和20V輸入端，各自都既允許單極性輸入，也允許雙極性輸入。但芯片本身是單路工作，只允許一個模擬信號輸入端接入信號。它可以和16位CPU相連接，也可以和8位CPU相連接。只需要適當?shù)母淖兡承┛刂埔_的接法。AD574可以通過簡單的三態(tài)門、鎖存器接口與微機的系統(tǒng)總線相連接，也可以通過編程接口與系統(tǒng)總線相連接。采用查詢STS狀態(tài)可判斷變換是否完成,。,23,直流電源,質(zhì)量指標,（1）電壓調(diào)整率SV,電壓調(diào)整率是表征直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓性能的優(yōu)劣的重要指標，又稱為穩(wěn)壓系數(shù)或穩(wěn)定系數(shù)，它表征當輸入電壓VI變化時直流穩(wěn)壓電源輸出電壓VO穩(wěn)定的程度，當電網(wǎng)電壓作額定變化時，輸出電壓的相對變化。通常用百分比表示。,（2）電流調(diào)整率SI,電流調(diào)整率是反映直流穩(wěn)壓電源負載能力的一項主要自指標，又稱為電流穩(wěn)定系數(shù)。它表征當輸入電壓不變時，直流穩(wěn)壓電源對由于負載電流（輸出電流）變化而引起的輸出電壓的波動的抑制能力，在規(guī)定的負載電流變化的條件下，通常以單位輸出電壓下的輸出電壓變化值的百分比來表示直流穩(wěn)壓電源的電流調(diào)整率。,24,（3）紋波抑制比SR 紋波抑制比反映了直流穩(wěn)壓電源對輸入端引入的市電電壓的抑制能力，當直流穩(wěn)壓電源輸入和輸出條件保持不變時，紋波抑制比常以輸入紋波電壓峰峰值與輸出紋波電壓峰峰值之比表示，一般用分貝數(shù)表示，但是有時也可以用百分數(shù)表示，或直接用兩者的比值表示。,（4）溫度穩(wěn)定性K 集成直流穩(wěn)壓電源的溫度穩(wěn)定性是以在所規(guī)定的直流穩(wěn)壓電源工作溫度Ti最大變化范圍內(nèi)（TminTiTmax）直流穩(wěn)壓電源輸出電壓的相對變化的百分比值。,直流電源極限指標（1）最大輸入電壓是保證直流穩(wěn)壓電源安全工作的最大輸入電壓。,（2）最大輸出電流是保證穩(wěn)壓器安全工作所允許的最大輸出電流。可以并聯(lián)穩(wěn)壓電源。,25,直流穩(wěn)壓電源,直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成。,26,(1)電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。,(2)整流電路：整流電路將交流電壓Ui變換成脈動的直流電壓。常用的整流電路有半波整流、橋式全波整流等。,27,(3)濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓各濾波電容C滿足RL,*,C（35）T/2，或中T為輸入交流信號周期，RL為整流濾波電路的等效負載電阻。,28,(4)穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負載的變化而變化。常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器與可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。常用可調(diào)式正壓集成穩(wěn)壓器有LM317系列，它們的輸出電壓從1.25V37伏可調(diào)，最簡的電路外接元件只需一個固定電阻和一只電位器。其芯片內(nèi)有過渡、過熱和安全工作區(qū)保護，最大輸出電流為1.5A。其典型電路