eda 电子设计自动化

一、如图1所示，电路为二级电压串联负反馈的放大电路，其中Vs为V AC/SOURCE，其属性设置为默认值。三极管Q2N3904的模型参数为默认值。试用EWB软件作如下的分析：（1）求直流工作点；（2）求无负反馈（即无电阻Rf）时的输入电阻、输出电阻、电压增益和上限截止频率；（3）当电阻Rf分别为6.2kΩ、15kΩ和30kΩ时的反馈深度，并总结反馈深度对放大电路性能的影响。（25分）

Re1

300Rb4

20k

Rs

200

Rf

6.2k

Vcc

12Vdc

Ce2

10u

Ce1

10u

R5

5k

Q2

Q2N3904

Cb2

2.2u

Rb3

300k

Vout

Q1

Q2N3904

Vs

1Vac

0Vdc

Cb1

2.2u

Vin

Re2

680

Rb1

300k Cb3

2.2u

Re3

820

Rc1

5.1k

R2b

20k

Rc2

5.1k

解：（1）直流工作点

由图知：I CQ1=124.345uA I CQ2=140.332uA

计算知：U CEQ1=V CC-I CQ1(R C1+R E1+R E2)=11.244V

U CEQ2=V CC-I CQ2(R C2+R E3)=11.189V

（2）无负反馈时的输入电阻、输出电阻、电压增益和上限截止频率

a、输入电阻

由图知：Ui=9.865mA Ii=673.469nA

计算得：Ri=Ui/Ii=14.6kΩ

b、输出电阻

由下页图知：Uo=11.665pV Io=2.334fA

计算得：Ro=Uo/Io=5kΩ

C、电压增益

d、上限截止频率

查书得：f=1/（2×3.14×Rs×C)=3.6MhzMhz

Rs=200Ω C=2.2uF

（3）当电阻Rf分别为6.2kΩ、15kΩ和30kΩ时的反馈深度

Af=2.462V/987.371mV=2.5

Af=2.803V/987.371mV=2.8

Af=2.947V/986.945mV=3

反馈深度1+AF=A/Af；

由上可得：Af减小二级电压串联负反馈：Ri=Ri/(1+Af);Ro=Ro*(1+Af);使的Ri 减小Ro增大;

二、设计题。设计一个水温控制系统。（40分）

基本要求：一升水由1kW的电炉加热，要求水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。

达到的性能指标：

①温度设定范围：40～90℃，最小区分度为1℃；

②控制精度：温度控制的静态误差≤1℃；

③用十进制数码显示实际水温；

④能打印实测水温值；

⑤具有通信能力，可接收其他数据设备发来的命令，或将结果传送到其他

数据设备。

完成作业的要求：

（1）根据课堂讲授的设计方法完成本题；给出设计步骤和说明

（2）查阅相关资料，画出原理框图

（3）按照题目的功能要求，设计并画出完整的原理图（利用画图软件），并给出元器件选用说明。

（4）完成PCB图的设计。

设计： 1 总体方案论证

（1）、方案一：此方案是采用传统的模拟控制方法（方案框图如图2-1-1），选用模拟电路，用电位器设定给定值，反馈的温度值与给定的温度值比较后，决定加热或者不加热。器特点是电路简单，易于实现，但是系统所得结果的精度不高并且调节动作频繁，系统静差大，不稳定。系统受环境的影响大，不能实现复杂的控制算法，而且不易实现对系统的控制及对温度的显示，人机交换性能差。

（2）、方案二：采用单片机89c52为核心。采用了温度传感器AD590采集温度变化信号，A/D采样芯片ADC0804将其转换成数字信号并通过单片机处理后去控制温度，使其达到稳定。使用单片机具有编程灵活，控制简单的优点，使系统能简单的实现温度的控制及显示，并且通过软件编程能实现各种控制算法使系统还具有控制精度高的特点。该水温控制系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信号处理、输入、运算到输出控制电炉加热功率以实现水温控制的全过程。以单片微型计算机为核心组成一个专用计算机应用系统，以满足检测、控制应用类型的功能要求。另外，单片机的使用也为实现水温的智能化控制以及提供完善的人机交互界面及多机通讯接口提供了可能，而这些功能在常规数字逻辑道路中往往是难以实现或无法实现的。所以，本例采用以单片机为核心的直接数字控制系统。

比较两种方案，方案二明显的改善了方案一的不足及缺点，并具有控制简单、控制温度精度高的特点。因此本设计电路采用方案二。

2.总体设计

本设计以89c52单片机为核心，采用了温度传感器AD590，A/D采样芯片

ADC0804，可控硅MOC3041及PID 算法对温度进行控制。该水温控制系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信号处理、输入、运算到输出控制电炉加热功率以实现水温控制的全过程。本设计实现了水温的智能化控制以及提供完善的人机交互界面及多机通讯接口，系统由前向通道模块（即温度采样模块）、后向控制模块、系统主模块及键盘显示摸块等四大模块组成。本系统的特点在于采用PC 机及普通键盘实现了多机通信。系统框图如图所示。

3.硬件电路设计与计算

本电路总体设计包括五部分：主机控制部分（89C52）、前向通道（温度采样电路）、后向通道（温度控制电路）、键盘和数字显示部分、微机控制及图形显示。

⑴ 主机控制部分

此部分是电路的核心部分，系统的控制采用了单片机89C52。单片机89C52内部有8KB 单元的程序存储器及256字节的数据存储器。因此系统不必扩展外部程序存储器和数据存储器这样大大的减少了系统硬件部分。

⑵ 温度采样电路

系统的信号采集电路主要由温度传感器（AD590）、基准电压（7812）及A/D 转换电路（ADC0804）三部分组成。电路图如图所示

R2

5K

DB0

18

DB117DB216DB315DB414DB513DB612DB711/CS 1

/RD 2/W R 3/INTR 5V+20CLK R 19CLK IN 4VIN+

6

VIN-7AGND

8

Vref/29DGND 10J6

ADC0804

-2+

3

6

74

18

5

J3

OP07

1

2

J4

4148

1

2J5

4148

R8

10k

C2

150p

VCC

R7

20k

+15-15

R4

30k

R3

81k

2

1

3

Vin GND

OUT J1

7812+151

2

J2

AD590

-15

AGND

R1

30K

R6

5k

R 5

5k

89C52

VCC

+

c1

10u

AD590性能描述 测量范围在-50℃--+150℃，满刻度范围误差为±0.3℃，当电源电压在5—10V 之间，稳定度为1﹪时，误差只有±0.01℃ 。AD590为电流型传感器温度每变化1℃其电流变化1uA 在35℃和95℃时输出电流分别为