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2009年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛(学生组)12009年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛考题(学生组)考题名称:自适应式烘干系统完成时间:4小时一、功能简介电路说明部分二、电路所需器件介绍三、装配及调试说明一、元件筛选与测试(10分)考题目录考题答卷部分二、电路焊接与组装(35分)三、电路调试(40分)电路设计软件PROTEL应用部分(15分)学校:姓名:考号:工位号:2009年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛(学生组)2电路相关说明部分一、功能简介1、功能说明自适应式烘干系统,改变了传统的烘干方式,采用可控硅作为功率驱动器件。该系统通过测量环境温度可以在快速加热、普通加热、缓慢保温加热和停止加热状态下自动切换(这里使用灯泡代替加热器),它的组成原理图如图1所示。2、电路功能简介烘干系统在我们的生活中应用非常广泛,传统的烘干系统,一般是采用接触器或继电器作为功率驱动器件控制加热器,它们只能在启动加热或停止加热之间切换,由于在加热过程中会有热惯性等因素,所以在高精度的烘干系统中使用传统的方式显然无法满足需求了。为了解决以上问题,这里为大家展现一种简单的自适应式烘干系统,自适应式烘干系统的主要特点是,当测量环境温度过低时输出的电压有效值高,加热器迅速加热,当温度靠近预期设定值时,输出电压有效值降低,从而放慢加热速度,对被测环境温度进行微调。这里我们通过延时触发可控硅来调整输出电压的有效值,从而调整加热器的发热量。烘干系统主要由:温度检测放大电路、温度比较电路、交流过零检测电路、可控硅触发延时电路、可控硅触发时间选择电路、可控硅触发电路、电源电路和加热器(用灯泡模拟加热器)所组成。在该电路中我们希望得到一个设定温度为40℃的烘干系统,所以我们设定了以下参数:当热敏电阻测量温度低于30℃时,此时输出电压最高,加热速度最快(灯泡亮度最大)。当热敏电阻测量温度在30℃~35℃之间时,输出电压降低,加热速度放慢使其慢慢地靠近希望值(灯泡亮度降低)。当热敏电阻测量温度在35℃~40℃之间时,输出电压再次降低,加热速度减慢或为系统保温(灯泡亮度降低)。当温度高于40℃时,输出电压为零,灯泡不亮。在对电路功能进行测试过程中,使用灯泡、电烙铁或热风枪对热敏电阻RT1进行加热,可以方便地模拟出温度变化,使其输出电压发生变化(灯泡亮度变化)。2009年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛(学生组)312345678ABCD87654321DCBATitleNumberRevisionSizeA3Date:23-Mar-2009SheetofFile:C:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\第二届电子竞赛\电路文件\竞题.DdbDrawnBy:C13IN1OUT2U4ACD4066BC5IN4OUT3U4BCD4066BC6IN8OUT9U4CCD4066B453122U2ALM339673121U2BLM3398931214U2CLM339D41N4148D51N4148D61N4148R2010kΩQ5100R-8R31100kΩR1710kΩ1234D32W10L1AC12V/5WR1510kΩQ41815R1410kΩR324.7kΩR2847kΩR2133kΩR30100kΩR112.2kΩ34U5BCD40106BC。RT1MF58567U1BLM35832184U1ALM358RESET12Q47Q55Q64Q76Q814Q913Q1015Q111Q122Q133ΦI11ΦO10ΦO9U3CD4060BC10.1uFC20.1uFR102.2kΩR73kΩR11kΩR92kΩQ21815RP15kΩQ11815D12VR21kΩC11220uF/25VC10220uF/16VLED1G+12v+5vR1810kΩR41kΩR61kΩR1310kΩR1610kΩR1910kΩ+5v+5v+5v+5v+5v+5vAC12VLAC12VNC70.1uFC60.1uFR29100kΩC90.1uFLED2RLED3RLED4GR51kΩR31kΩR334.7kΩQ318150.97ms3.9ms7.81msY132.768kHZC1230PC1330Px1x2x1x27.81ms3.9ms0.97ms1234D22W10F12AL1AC12VNL1AC12VN+5VR1210M+5VU7PC817U6PC817R251MΩR271MΩR261MΩ12U5ACD40106BC80.1uFC50.1uFC40.1uFC30.1uF+5V12J1电源端口12J2白炽灯端口AC12VLAC12VNL1L2L1L2AC12VNAC12VL绿红红绿RP210kΩRP310kΩRP410kΩTP-A测试点图12009年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛(学生组)4二、电路所需器件介绍1、运算放大器LM358LM358是二运放集成电路,它采用8脚双列直插塑料封装,其内部包含二组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,二组运算放大器相互独立,引脚及内部方框图如图2所示,LM358具有电源电压范围宽,静态功耗小,可单电源使用,价格低廉等优点,因此被广泛应用于各种电路中。图22、电压比较器LM339LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器,它采用14脚双列直插封装,内部包含四组形式完全相同的电压比较器,内部组成图如图3,该电压比较器的具有,失调电压小,典型值为2mV,电源电压范围宽,单电源为2-36V,双电源电压为±1V-±18V,对比较信号源的内阻限制较宽,因此应用相当广泛。图32009年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛(学生组)53、四重双向开关CD4066BCD4066是一种双向模拟开关,在集成电路内有4个独立的能控制数字及模拟信号传送的模拟开关,内部组成结构见图4。每个开关有一个输入端和一个输出端,它们可以互换使用,还有一个选通端CONTROL(控制端),当选通端为高电平时,开关导通,选通端为低电平时,开关截止。使用时选通端是不允许悬空的。图44、14级二进制计数振荡器CD4060CD4060由一振荡器和14位二进制计数器位组成,组成接通图如图5,引脚图如图6。振荡器的结构可以是RC或晶振电路。CR为高电平时,计数器清零且振荡器使用无效,所有的计数器位均为主从触发器。在输入脉冲φ1和φ0的下降沿计数器以二进制进行计数,在时钟脉冲线上使用施密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。图5图62009年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛(学生组)65、6反相带施密特触发器CD40106CD40106由6个结构相同的输入级具有施密特触发功能的反相器组成,内部结构图管脚图见图7,输入输出真值表见表1。施密特触发器在输入波形的上升段和下降段,它的阀值电压不同。图7表16、MF58热敏电阻MF58为负温度系数(NTC)热敏电阻,其特点是温度越高其电阻值越小。MF58外形图如图8,电路符号如图9,温度-电阻对应值,见表2。图8图9温度(℃)电阻(kΩ)温度(℃)电阻(kΩ)温度(℃)电阻(kΩ)温度(℃)电阻(kΩ)027.622510504.16751.933522.3308.152553.552801.6631018.19356.951603.048851.4381514.81405.843652.614901.2492012.25454.916702.227951.064表2InputsOutputHLLH2009年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛(学生组)7三、装配及调试说明注意:电路焊接完成后,仔细检查无误后,才可通电调试。1、外部接线通过J1接入AC12V电源,为系统提供工作电源;灯泡经过导线连接到J2。2、电路工作原理烘干系统的电路主要由:温度检测放大电路、温度比较电路、交流过零检测电路、可控硅触发延时电路、可控硅触发时间选择电路、可控硅触发电路、电源电路和加热器(用灯泡模拟加热器)所组成。其工作原理如下:温度检测电路:温度检测电路主要由RT1(NTC负温度系数)热敏电阻、U1A组成的同相放大器和U1B组成的缓冲器所组成。当RT1测量环境温度越高,热敏电阻的电阻值越低,温度输出电压TP-A点的电压值越低。温度电压比较电路:由电压比较器LM339和外围电阻构成的电压比较电路,可调电阻RP2、RP3、RP4分别作为3个比较电路的基准参考电压,当TP-A点的电压低于某个比较器的参考电压时,此比较器输出低电压,从而点亮发光二极管,关闭电子开关。交流过零检测电路,当交流电过零时,光耦初级输入电压为零,次级截止,Q4集电极输出高电平,该信号通过具备反相功能的施密特触发器对其整形,输出高电平,使由U3等元件组成的计时器复位;当过零完成后,Q4集电极输出低电平,此时计时器开始计时。可控硅触发延时电路:电路主要由CD4060二进制计数振荡器和晶体振荡器组成,当U3第12脚RESET为高电平时,计时器停止工作,输出全部为低电平,当12脚出现下降沿时,由Y1和U3组成的振荡器开始工作,振荡频率为32.768kHZ,此信号经过U3分频后,分别输出脉宽为:0.97ms、3.9ms和7.81ms的脉冲,供可控硅触发时间选择电路选择。可控硅触发时间选择电路:电路由CD4066电子开关组成,电子开关的控制端C为高电平时,电子开关接通,控制端C为低电平时,电子开关断开,电子开关的控制端与温度比较电路的输出端相接。可控硅触发电路:由电子开关输出的信号通过Q3放大后驱动光耦U7,U7次级导通后,电流经过R17和U7触发可控硅导通。电源电路:电源电路主要由D2、C11组成的整流滤波电路和串联式稳压电源组成。3、调试方法在调试电路时应首先使电源电路正常工作,即使+5V正常;(1)电源电路调试:接通AC12V交流电源,调节RP1使C10两端的电压为5V。2009年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛(学生组)8(2)温度检测放大电路调试:RT1和R21组成串联分压电路,当环境温度改变时RT1两端的电压改变,此信号经过由U1A组成的放大电路放大,再经过由U1B缓冲输出;不同的温度U1B输出不同的电压,当温度为30℃时TP-A点的电压约为1.98V,温度为35℃时TP-A点电压约为1.73V,温度为40℃时TP-A点电压约为1.5V。(3)电压比较电路:该电路由3个结构相同的电压比较器组成,不同的是参考电压不同,当比较器的同相端电压大于反相端时比较器输出高电平,反之输出低电平;调节PR2使U2的4脚电压为1.98V(对应温度为30℃),调节RP3使U2的6脚电压为1.73V(对应温度为35℃),调节RP4使U2第8脚电压为1.5V(对应温度为40℃);假如:当TP-A点的电压低于1.98V时,U2A输出低电平,LED2点亮,U4A电子开关断开。(4)可控硅的触发信号来自电子开关,电子开关由电压比较电路控制,电子开关输入为经过延时的脉冲信号。比如:比较器U2A输出为低电平,此时U4A电子开关断开,经过0.97ms延时的脉冲信号,无法通过电子开关触发可控硅,此时如果比较器U2B输出为高电平,U4B电子开关接通,经过3.9ms延时的信号到了时,可控硅电路被触发。4、调试完成接通电源后,使用灯泡或电烙铁对热敏电阻加热,当热敏电阻上的温度低于30℃时,灯泡亮度最高,LED指示灯全部熄灭,温度每升高5℃灯泡亮度降低一个等级,LED指示灯多点亮1只,当温度高于40℃时灯泡熄灭,LED指示灯全部点亮。2009年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛(学生组)9一、元件筛选与测试(10分)准确清点和检查全套装配材料数量和质量,进行元器件的识别和检测,筛选确定元器件,检测过程中填写下表。(注:质量判定填写“可用”、“断路”、“短路”、“漏电”)所使用的万用表型号为:____________________________元器件识别及检测内容配分评分标准得分电阻器色环标称值(含误差)每支1分共计2分识别错误错不得分。棕黑黑红棕红紫绿橙金电容器数
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