模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)---大型貨車制動過熱自動控制系統(tǒng)

1、模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)一-大型 貨車制動過熱自動控制系統(tǒng)題：頻率/電壓變換器學(xué)院:專業(yè):班級:組長:組員:課指導(dǎo)教師:模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)電氣與電子工程學(xué)院 自動化 100303王金玉 20100846 齊兆舉 20100841 陳強(qiáng) 20100824 侯楠 20100832 劉嬪瑤20100836 趙明月時(shí) 間：2012. 6. 252012. 7. 2本課題介紹一種頻率/電壓變換器的設(shè)計(jì)方法，通過本課題要求熟悉集成頻率/ 電壓變換器LM331的主要性能和典型應(yīng)用，掌握運(yùn)算放大器基本電路的原理，并掌握 它們的設(shè)計(jì)、測量和調(diào)整方法。一、設(shè)計(jì)目的1、學(xué)習(xí)頻率/電壓變換器的設(shè)計(jì)方法；2、掌握集成電路

2、LM331的設(shè)計(jì)方法；3、掌握反相器和反相加法器的設(shè)計(jì)方法。二、設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)1、當(dāng)正弦波信號的頻率fi在400Hz4kHz范圍內(nèi)變化時(shí)，對應(yīng)輸出的直流電壓 V0在2V10V范圍內(nèi)線性變化。2、正弦波信號源采用函數(shù)波形發(fā)生器(參見課題三)。3、釆用12V電源供電。三、設(shè)計(jì)說明1. 方案選擇可供選擇的方案有兩種：(1) 用通用型運(yùn)算放大器構(gòu)成微分器，其輸出與輸入的正弦信號頻率成正比。(2) 直接應(yīng)用頻率電壓變換專用集成塊LM331,其輸出與輸入的脈沖信號垂復(fù)頻 率成正比。因?yàn)樯鲜龅?2)種方案的性能價(jià)格比較高，故本課題用LM331實(shí)現(xiàn).2. LM331用作FVC時(shí)的工作原理框K.LM331的

3、原理框圖如圖5-1-1所示。此時(shí)，腳是輸出端（恒流源輸出），腳 為輸入端（輸入脈沖鏈），腳接比較電平。當(dāng)輸入負(fù)脈沖到達(dá)時(shí)，由于腳電平低于腳電平，所以Si（高電平），Q =0 （低電平）。此時(shí)放電管T截止，于是G由Vcc經(jīng)Rt充電，其上電壓Vg按指數(shù)規(guī)律增 大。與此同時(shí)，電流開關(guān)S使恒流源I與腳接通，使CL充電，VCL按線性增大（因 為是恒流源對Cl充電）。經(jīng)過1.1RQ的時(shí)間，V。增大到2/3VCC時(shí)，則R有效（R=l, S=0）, Q =0, Ct.Cl再次充電。然后，又經(jīng)過1.1RQ的時(shí)間返回到6 Cl放電。以后就重復(fù)上面的 過程，于是在Rl上就得到一個(gè)直流電壓V。（這與電源的整流濾波原理

4、類似人并且 V。與輸入脈沖的重復(fù)頻率fi成正比。Cl的平均充電電流為IX （l.IRtCt） XfiCl的平均放電電流為Vo/Rl當(dāng)Cl充放電平均電流平衡時(shí)，得：Vo=ix （l.IRtCt） XfiXRL式中I是恒流電流，I=l90V/Rs式中1.90V是LM331內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓（即2腳上的電壓）。于是得：Vo=2.09RtCtf,Rs可見，當(dāng)Rs、Rt、G、Rl 定時(shí)，V。正比于fi,顯然，要使V。與fi之間的關(guān)系保持 精確、穩(wěn)定，則上述元件應(yīng)選用高精度、髙穩(wěn)定性的。3. LM331用作FVC的典型電路LM331用作FVC的電路如圖5-1-2所示76LM331-O.OluF Ct6.7k

5、Rt1OOK RLV02對于一定的fi,要使V。為一定值,可調(diào)節(jié)Rs的大小。恒流源電流I允許在10 p A-500卩A 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，故Rs可在190kQ -3.8 k Q范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。一般Rs在10kQ左右取用。又因?yàn)閭?20.2mA在此， Vcc=+12V所以 Rx=50k Q 根據(jù)實(shí)際需取 Rx=51kQVo =2.09-5R,C,f 其中，RL=100kH, Ct=0.01uF,Rs取Rs=14kQ則 Vo=fiX10-3V由此得V。與fi在幾個(gè)特殊頻率上的對應(yīng)關(guān)系如表511所示。表5亠1Vo和fi的關(guān)系fi(Hz)4001300220031004000Vo(V)0.4132.23.14.

6、0圖5-1-2中fi是經(jīng)過微分電路470pF和10 k Q加到6腳上的。6腳上要求的觸發(fā)電壓 是脈沖，所以圖5-1-2中的應(yīng)是方波。4. 整機(jī)方框圖和整機(jī)電路圖(1)整機(jī)方框圖如圖513所示。技術(shù)要求的V“(2)整機(jī)電路如5b4所示,GNDR7rAW1.8kft31R12-AVv1kOM324AJC4卄1BH62FR1W1ICQU aw uV -AV1kOR181.8kn15470pFR16 10kO20kf)50%Koy=AR14 20kO丄J丄一-vccD402DZ4.7D302DZ4.7Key-A -7GNDVCC12VR11 -Ws0 4JkO _1_5-1-4C5 lOuFVEE-1

7、2V5. 函數(shù)波形發(fā)生器，比較器電路，反相器和反相加法器的設(shè)計(jì)計(jì)算：上面介紹了 F/V變換器，下面介紹函數(shù)波形發(fā)生器，比較器電路，反相器和反相 加法器。(1)函數(shù)波形發(fā)生器(RC正弦波振蕩電路)要為RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)匹配一個(gè)電壓放大倍數(shù)等于3(即輸出電壓與輸入電壓同相, 且放大倍數(shù)的數(shù)值為3)的放大電路就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路?？紤]到起震條件， 所選放大電路的電壓放大倍數(shù)應(yīng)略大于3。R ,1由公式，,八融， /=4(X)-4000HzRi=lKQ，R2=l8KQ，Ci=C2=20nF R3、R4選取20kw的電位器，來實(shí)現(xiàn)微調(diào)電路，加穩(wěn)壓管可以限制輸出電壓的峰一峰值。函數(shù)波形發(fā)生器電路圖如下:

8、(2)反相器(反相比列運(yùn)算電路)因?yàn)槎际侵苯玉詈?，為減小失調(diào)電壓對輸出電壓的影響，所以運(yùn)算放大器釆用 低失調(diào)運(yùn)放OP07。由于LM331的負(fù)載電阻Ri =100kQ （見圖5-1-2）,所以反相器的輸入電阻應(yīng)為 100 kQ,因而取 Rl=100o反相器的Au=-1,所以 R4=Ri=100kQ平衡電阻 R5=Ri/R4=50 k Q 取 Rs=51 k Q o反相器的電路如圖5-1-6所示：（3）反相加法器（反相求和運(yùn)算電路）用反相加法器是因?yàn)樗阌谡{(diào)整一“可以獨(dú)立調(diào)節(jié)兩個(gè)信號源的輸出電壓而不會相 互影響，電路如圖5-1-7所示。RRV =-21Vllv r6 03 r9 r己知 Vo3=

9、-Vo2= -fiX 10 3V(1)K6K9技術(shù)要求fi=400Hz 時(shí)，V0=2V fi=4000Hz 時(shí)，Vo=10V500+ fi4509450(2)對照式和式，可見應(yīng)有凡 9VK=- V若取 Rio=R9=2O k Q ,貝！J 9R6=9k Q ,用兩個(gè)18 k Q電阻并聯(lián)獲得。平衡電阻 RiiRio/R6/R9=4.7 k Q。參考電壓Vr可用電阻網(wǎng)絡(luò)從12V電源電壓分壓獲取，如圖5亠8所示。Kw212VR=空仝x (-12) = _ 巴R RW2+R2+RJ/R,9若取 R7=lk Q ,則 Rs/R7=0.952 k QRw2+R2=9.3296 k Q取 R2=6kQRw2

10、用5kQ電位器。圖5-1-4中的 C5、C6、C7、C9均為濾波電容，以防止自激和輸出直流電壓上產(chǎn)生 毛刺，電容值均為10uF/16Vo(5)比較器(一般單限電壓比較器)6、仿真過程由于muItisimlO.O軟件中不存在LM331我只能將其省略，分成如下兩 個(gè)模塊正弦波轉(zhuǎn)換為方波模塊：直流正電壓經(jīng)反向器、反向加法器得到符合技術(shù)要求的Vo模塊:由于的軟件中不存在LM331導(dǎo)致我們無法仿真，且實(shí)物未連接成功, 我們組無法測得實(shí)際的波形和真時(shí)的電流電壓值。但經(jīng)計(jì)算理論值如下： 預(yù)測可在400Hz-4kHz內(nèi)的任一頻率上觀察到，圖5-1-4中有關(guān)點(diǎn)的波形：Vii應(yīng)為直流電平心0,幅度0.22Vcc的

11、正弦波。Vi應(yīng)為單極性的正方波，幅度Vcc。Vi2應(yīng)為直流電平Vcc的正負(fù)脈沖。V2應(yīng)為正直流電壓，V3應(yīng)為負(fù)直流電壓，Vo應(yīng)為正直流電壓。圖5-1-4中有關(guān)點(diǎn)的直流電壓：調(diào)節(jié)圖5亠4中的電位器，將函數(shù)波形發(fā)生器的輸出信號頻率fi調(diào)到400HZo此時(shí)： Vo2=0.4V,否則調(diào)整R、i(整機(jī)電路中的標(biāo)號Vo3= -0.4V,否則調(diào)整 R4。Vr= -10/9V,否則調(diào)整 Rw2oVo=2V,否則分別檢査Vr、V3產(chǎn)生的輸入。固定電阻的調(diào)整可用一個(gè)接近要求值的電阻和一個(gè)小阻值的電阻串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。表5亠2有關(guān)點(diǎn)直流電壓V與fi的關(guān)系fi (Hz)4001300220031104000Vo2 (V)0

12、.41.32.23.14.0Vo3 (V)04-1.3-2.2-3.1-4.0Vr (V)-10/9-10/9-10/9-10/9-10/9Vo (V)2.04.0608.010.08.主要元器件LM331：引腳 號引腳名功能1Current Output電流輸出2Ref Current基準(zhǔn)電流3Frequency Output頻率輸出4GND接地5R/C接RC定時(shí)電路6Thresholod閾值7Comparator Input比較輸入8VS電源OOM*12vsREFERS 2araEJi11331Lcoip. mmFREQUDKOOUTPUTrHFESflOLOU-R/CLM331器件管腳圖

13、LM324:輸出1輸入2輸出2 72輸入3可輸出3可輸出4衛(wèi)VEE：Gnd回U輸入4封裝:SOP制造商：IPC-2221A/2222封裝：DIP8制造商：IPC-2221A/22220P07CP：地 181電游；輸入+ 27輸出輸入-36調(diào)省負(fù)電源45調(diào)零封裝：PDIP-8制造商：IPC-2221A/2222UA741:1 - Offset null 12 - Inverting input3 Non-invert!ng input4W5 Offeet null 26O utput7 W8-N.C.9.設(shè)計(jì)總結(jié)與思考如果LM331輸出偏大，LM331的2腳對地有一個(gè)12K電阻和一個(gè)5K電位器串 聯(lián)對地，調(diào)節(jié)電位器即可調(diào)輸出頻率，也就是圖5亠4中的Rs。四、結(jié)論與心得此次課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨(dú)立思考解決問題，出現(xiàn)差 錯(cuò)的隨機(jī)應(yīng)變，和與人合作共同提高，都受益匪淺。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理 論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與 實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提髙自己的實(shí)際動 手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說是困難重重，這畢竟第 一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，但我們能積極的