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標(biāo)題: 恒流源+UA741+TC7107來模擬AD590電流源工作的Proteus仿真電路圖 [打印本頁]

作者: shiver0112 時間: 2023-2-28 10:51
標(biāo)題: 恒流源+UA741+TC7107來模擬AD590電流源工作的Proteus仿真電路圖
由于仿真器件庫里沒有AD590，而AD590是電流變化器件，控制輸入的恒流源的電流變化來模擬AD590在不同溫度下的電流值，通過運放的運算放大處理將電流值轉(zhuǎn)化成電壓值，通過TC7107采樣顯示出來，設(shè)置當(dāng)溫度大于100度時報警器亮燈報警
仿真原理圖如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下載）

（1）了解常用的集成溫度傳感器AD590的基本原理，主要特性。
（2）掌握溫度的實際監(jiān)測和控制；
（3）通過本次設(shè)計掌握溫度監(jiān)測系統(tǒng)的硬件實踐方法；
（4）熟悉仿真軟件的使用方法；
（5）鞏固所學(xué)知識，培養(yǎng)綜合應(yīng)用知識能力，鍛煉動手能力和實際工作能力。

本設(shè)計的主要內(nèi)容
本溫度控制器采用的控制方法為降壓法。具體思想為：AD590溫度傳感器通過電流的測量得到所需的溫度值。而使此電流經(jīng)過一電位器即可將此電流值轉(zhuǎn)化為一定電壓值，但此電壓值相對于0℃時具有一定的偏移量。于是，通過一差分放大電路即可將此電壓偏移量平移掉，使其電壓值即為此時的溫度值，然后將此電壓值送入顯示單元，顯示數(shù)據(jù)；同時，將此電壓值送入比較器，通過比較器輸出的高低電壓來控制三極管的飽和導(dǎo)通與截止，進而控制發(fā)光二極管的亮與滅，以此代表電源開關(guān)狀態(tài)。
設(shè)計要求：
（1）測量和控制溫度范圍：0℃～100℃；
（2）控溫精度：≤0.5℃；
（3）加熱功率：1KW 220V 50HZ。

AD590溫度控制器設(shè)計工作原理

2.1系統(tǒng)工作流程圖

如圖所示為數(shù)字溫度計的原理框圖。其工作原理是將被測的溫度信號通過傳感器轉(zhuǎn)換成溫度變化的電壓信號，此電壓信號經(jīng)過放大電路后，通過模-數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，最后將數(shù)字量送顯示電路，用4位LED數(shù)碼管顯示。

圖2-1 電路流程圖

2.2系統(tǒng)原理框圖及電路圖

圖2-2 總電路圖

3 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計原理

3.1溫度傳感器

3.1.1 AD590主要特性

由于本電路是基于模擬AD590設(shè)計的，AD590是利用PN結(jié)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。這種器件在被測溫度一定時，相當(dāng)于一個恒流源。該器件具有良好的線性和互換性，測量精度高，并具有消除電源波動的特性。即使電源在5～15V之間變化，其電流只是在1μA以下作微小變化。

AD590集成溫度傳感器進行溫度～電流轉(zhuǎn)換。它是一種電流型二端器件，其內(nèi)部已作修正，具有良好的互換性和線性。有消除電源波動的特性。輸出阻抗達10MΩ，轉(zhuǎn)換當(dāng)量為

。器件采用B－1型金屬殼封裝。

主要特性參數(shù)如下：

工作電壓：4～30V 工作溫度：-55～+150℃

保存溫度：-65～+175℃ 正向電壓：+44V

反向電壓：-20V 焊接電壓（10秒）：300℃

靈敏度：1μA/K

3.1.2 集成溫度控制器AD590的工作原理

AD590是一個集成溫度傳感器，在制造時按K氏度標(biāo)定，即在0℃時，AD590的電流為273μA，溫度每增加1K氏度，電流隨之增減1μA，AD590的外形電路如下圖3.1.2.1所示，它采用金屬外殼三腳封裝形式，其中1腳為電源正端V+；2腳為電流輸出端1；3腳為傳感器輸入端并與管殼相連，一般被測溫度就是管殼溫度。AD590在0℃時的電流不一定正好等于273μA，偏離越多價格越低，但每度電流能夠保證1μA，將一電阻與AD590串聯(lián)即可將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，為了明確起見還應(yīng)有一電位器串入，如果串入10KΩ電阻，溫度每變化1K，電壓變化10mV，且于溫度的變化成正比，即轉(zhuǎn)換當(dāng)量10mV/K。當(dāng)電源電壓在V=4μV～30V之間時，其電流將隨溫度的大小而線性地變化。由于電源電壓的變動亦會影響AD590的電流輸出，但隨電源電壓的變大，其電壓變動所造成的影響將變小，因此一般建議采用較高電源電壓，AD590對溫度T的端電流關(guān)系式為：

I（T）=I（0）=1μ/℃*T（℃）=273.2μA+TμA

V（T）=I（T）*R=273.2*R+T*R

電壓輸出V（T）與溫度T呈線性關(guān)系

3.2轉(zhuǎn)換與放大電路

3.2.1 差分偏移電路

K～℃變化環(huán)節(jié)即放大偏移電路，如圖3.2.1

AD590的電流值對應(yīng)絕對溫度，而在溫控應(yīng)用中需要采用攝氏溫度，因此要把℃時的273μA在10KΩ電阻的電壓降2.73平移掉，即℃=K-273，K～℃的變換通過差分運算電路來實現(xiàn)。

電路中所有的集成運放均采用UA741。

將從溫度傳感器傳出來的電壓Va（T）（利用RW0調(diào)整使RW0+R1=10KΩ，即Va（T）=273.2μA*10KΩ+T*10KΩ=2.732V+10TmV經(jīng)過一電壓跟隨器來降低壓降電路所造成的負(fù)載效應(yīng)，由電壓跟隨器出來的電壓為Vb（T），則Vb（T）=Va（T）；

再其次為差分放大器，可知：

Vc（T）=（Vb（T）-Vref）*R5/R3=Vb（T）-Vref=2.73V+10TmV-Vref

若設(shè)計Vref=2.732V且R3=R5=10KΩ 則Vc（T）=10TmV

圖3-2差分偏移電路

3.2.2 比較器

這個環(huán)節(jié)有運算放大器按照比較器方式來實現(xiàn)，比較器的一個輸入端接溫度信號，另外一個輸入端接溫度給定電壓信號,本實驗研究溫度范圍不超過100℃，要保證溫度給定電壓信號為1v。當(dāng)溫度電壓小于給定電壓時，比較器輸出正飽和電壓值，使開關(guān)不接通，加熱器不斷加熱：當(dāng)溫度電壓等于給定電壓時，比較器輸出在正負(fù)飽和電壓之間來回跳動，使開關(guān)不斷接通和斷開；對于有接點的開關(guān)，往往會產(chǎn)生火花，此時采用滯回比較器。

3.2.3 開關(guān)模擬電路

可采用有接點的繼電器開關(guān)，也可以采用固態(tài)繼電器，單項可控硅或雙向可控硅，為了免除加熱回路的強電對測溫電路的危害，也可采用光電隔離器件。本圖采用發(fā)光二極管LED和三極管構(gòu)成的電路來模擬顯示電路的工作過程。當(dāng)比較器輸出反相對電壓時，三極管截止，二極管截止，不發(fā)光，相當(dāng)于加熱器正在加熱。我們設(shè)定當(dāng)溫度為100℃時，當(dāng)比較器輸出正向電壓時，二極管發(fā)光，提示溫度過高。

3.2.4 電路原理圖

AD590溫度傳感器與放大偏移電路部分如圖所示：

圖3-4部分電路原理圖

3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路

TC7107是一種高性能、低功耗的三位半A\D轉(zhuǎn)換器，同時包含有七段譯碼器、顯示驅(qū)動器、參考源和時鐘系統(tǒng)。TC7107可直接驅(qū)動共陽極LED數(shù)碼管。TC7107將高精度、通用性和真正的低成本很好的結(jié)合在一起，它有低于10uV的自動校零功能，零漂小于1uV/℃，低于10pA的輸入電流，極性轉(zhuǎn)換誤差小于一個字。真正的差動輸入和差動參考源在各種系統(tǒng)中都很有用。在用于測量負(fù)載單元、壓力規(guī)管和其它橋式傳感器時會有更突出的特點。

TC7107的特點：

1. 保持零電平輸入時，各量程的讀值均為零；

2. 1pA典型輸入電流；

3. 很低的噪聲（小于15

Vp-p）；

4. 片上自帶時鐘；

5. 低功耗；

6. 不需外接有源電路。

7. 真正的差動輸入和差動參考電源，直接LCD顯示驅(qū)動。

TC7107AD轉(zhuǎn)換器的管腳排列及其各管腳功能如下：

V＋和V-分別為電源的正極和負(fù)極（或地）

A1-g1,a2-g2,a3-g3：分別為個位、十位、百位筆畫的驅(qū)動信號，依次接個位、十位、百位LED顯示器的相應(yīng)筆畫電極。

Bck：千位筆畫驅(qū)動信號。接千位LEO顯示器的相應(yīng)的筆畫電極。

PM：液晶顯示器背面公共電極的驅(qū)動端，簡稱背電極。
Oscl-OSc3 ：時鐘振蕩器的引出端，外接阻容或石英晶體組成的振蕩器。第38腳至第40腳電容量的選擇是根據(jù)下列公式來決定：Fosl = 0.45/RC

COM ：模擬信號公共端，簡稱“模擬地”，使用時一般與輸入信號的負(fù)端以及基準(zhǔn)電壓的負(fù)極相連。
TEST ：測試端，該端經(jīng)過500歐姆電阻接至邏輯電路的公共地，故也稱“邏輯地”或“數(shù)字地”。
VREF＋ VREF- ：基準(zhǔn)電壓正負(fù)端。
CREF：外接基準(zhǔn)電容端。
INT：27是一個積分電容器，必須選擇溫度系數(shù)小不致使積分器的輸入電壓產(chǎn)生漂移現(xiàn)象的元件
IN＋和IN- ：模擬量輸入端，分別接輸入信號的正端和負(fù)端。
AZ：積分器和比較器的反向輸入端，接自動調(diào)零電容CAz 。如果應(yīng)用在200mV滿刻度的場合是使用0.47μF，而2V滿刻度是0.047μF。
BUF：緩沖放大器輸出端，接積分電阻Rint。其輸出級的無功電流( idling current )是100μA，而緩沖器與積分器能夠供給20μA的驅(qū)動電流，從此腳接一個Rint至積分電容器，其值在滿刻度200mV時選用47K，而2V滿刻度則使用470K。

3.4 數(shù)碼管顯示

在本次設(shè)計當(dāng)中，由于TC7107的特點，它只能驅(qū)動共陽極數(shù)碼管，故我們要選用共陽極七段數(shù)碼管。引腳從左到右依次對應(yīng)TC7107的A1—A7、第八個引腳表示小數(shù)點、最右邊表示共陽極端。

4 電路安裝及測量

4.1電路安裝實物圖

圖4-1電路安裝實物圖

4.2調(diào)試及故障分析

在室溫測試中，接通電源后，芯片發(fā)燙，但是數(shù)碼管不亮，分析原因，不得而知。只有發(fā)光二極管時亮?xí)r滅，分析原因，是因為接觸不良。最終，實物并未成功完成。

5 仿真與調(diào)試

5.1 proteus仿真電路

仿真電路如圖5.1,5.2和5.3所示

其中，圖5.1是溫度未達警戒線80℃的仿真電路；圖5.2是溫度剛好為100℃的仿真電路；圖5.3是溫度超過警戒線100℃的仿真電路。

圖5-1 溫度為80℃的仿真電路

圖5-2是溫度剛好為100℃的仿真電路

圖5-3是溫度為120℃的仿真電路

5.2仿真結(jié)論

即仿真所得的實際結(jié)果與理論基本形同，但有一定誤差。誤差原因在與Vref不能保證完全等于2.73v，而是約等于2.725v。

6 總結(jié)

采用AD590、A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)碼管。通過溫度傳感器AD590采集到溫度信號，經(jīng)過放大電路送A/D轉(zhuǎn)換器，然后直接驅(qū)動數(shù)碼管顯示溫度。在這次設(shè)計當(dāng)中，初步了解了A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理以及數(shù)碼管的連接方法。

在這個設(shè)計中，信號采集電路和A/D轉(zhuǎn)換電路比較重要，要對電路中各個元件數(shù)值進行精確的計算，防止電路輸出變化太大，對測量不利。

附件有文檔及Proteus8仿真元件下載即可
Proteus8里面是沒有AD590芯片的,所以采用此電路模擬其功能

用其他芯片來模擬AD590的仿真.7z (1.54 MB, 下載次數(shù): 27)

作者: heicad 時間: 2023-3-2 14:35
好資料，51黑有你更精彩!!!

作者: 龍小白 時間: 2023-12-29 11:15
講的也很詳細(xì)，好資料。實際驗證電路還需要限流電阻等。謝謝分享

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