模数电设课程设计直流稳压电源的设计.doc

课程设计报告设 计 题 目： 直流稳压电源的设计 数字电子时钟设计 学 院 名 称： 电子与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气091 姓 名： 学号： 09407040131 指 导 教 师： 2011年 1月 15日直流稳压电源的设计一、 设计内容、任务、要求设计一个1A直流稳压电源，要求如下： a).电源带短路保护；b).电压5V8V可调；c).用分立元件设计。二、 电路设计 直流稳压电源电路由降压电路、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，以下分别说明各部分电路的设计。a) 降压电路的设计降压电路部分由一变压器构成，将220V交流电降至所需的15V左右.b) 整流滤波电路的设计直流稳压电源采用二极管桥式电路作为电压信号的整流部分，以达到全波整流的目的。滤波部分采用两电容并联，以得到较为平整的直流电压信号。整流电路的任务是将交流电变为脉动的直流电流。利用二极管的单向导电性，可以将方向和大小交变的电流变换为脉动的直流电流。二极管桥式整流电路由电源变压器和4个整流二极管组成，4个二极管连接成“桥”式结构。两个二极管与阴极连接，哪个二极管的阳极电位高，哪个二极管优先导通。一个二极管导通后，另一个二级管因承受反向电压而截止；又有两个二极管与阳极连接，哪个二极管的阴极电位低，哪个二极管优先导通，一个二极管导通后，另一个二极管因承受反向电压而截止。桥式整流克服了全波整流要求二极管耐压高的缺点，同时保留了全波整流输出电压高、脉动系数小的优点，它的缺点是多用了两个二极管。为了获得平稳的直流电，在整流电路的后面还需要增加滤波电路，滤波电路由电抗元件组成，这里的滤波部分采用两电容并联。从阻抗的角度看，电容器对交流信号和直流信号的阻抗不同，与负载并联的电容对直流信号相当于开路，而对交流信号阻抗很小，所以脉动直流电流中的绝大部分交流分量从电容上经过，而绝大部分直流分量从负载上经过，使负载两端的电压比较平滑。从能量的角度来看，由于电容器有储能作用，与负载并联的电容，在电源供给的电压升高时，它就把能量储存起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压较为平滑，即电容具有平波作用。电容不断地充、放电，使得负载得到一个脉动较小的锯齿波电压。加了电容器后，输出电压的脉动成分降低了，输出电压的平均值提高了。c) 稳压电路的设计保护环节：T3起短路保护的作用；取样环节：由R3,RW,R4组成的分压电路构成，它将输出电压U0分出的一部分作为取样电压U4送到比较放大环节。基准电压：由稳压二极管DZ和电阻R2构成的稳压电路组成，它为电路提供一个稳定的基准电压UDZ,作为调整，比较的标准。比较放大环节：由T2和R1构成的直流放大器组成，其作用是将取样电压U4与基准电压UDZ之差放大后去控制调整管T1。整流环节：由工作在线性放大区的功率管T1组成，T1的基极电流IB1受比较放大电路输出的控制，它的改变又可使集电极电流IC1和集、射电压UCE1改变，从而达到自动调整稳定输出电压的目的。d) 直流稳压电源总电路图 带有短路保护的直流稳压电源电路图三、 元器件a) 变压器一个b) 整流滤波电路部分：二极管（4个）、1000F/25V电解电容、普通电容c) 稳压电路部分电阻：3.3K（1个）、 1K（4个）、 510（2个）、 10（1个）电位器：703 10K（1个） 发光二极管（1个）稳压管：C2V7 ST 2.7V（1个）三极管：S9014 NPN型硅晶体管（2个）2SD313 NPN型功率晶体管（1个）d) 查资料获得部分元器件参数、外观及引脚排列：如S9014、2SD313、稳压管：C2V7 ST四、 参数计算a) 发光二极管工作电流为10mA，故R=510；b) 稳压管工作电压选2.7V，工作电流为5mA，则R2=510c) R3、RW、R4构成条压电路，R3=1K，R4=1K，RW=10Kd) R1为 T1偏置电阻，R1=1Ke) Ub34V,则R5=3.3K，R6=1K五、 元器件好坏的判断方法a).发光二极管好坏的判断：用万用表测量，大致判断发光二极管的好坏。用万用表的红黑表笔分别测二极管两向的电阻，若正向电阻几乎为零，反向电阻无穷大，则二极管大约是好的，只要在看它能不能发光即可。将两块相同的万用表串联起来，其中一块表的“+”表笔接待测管的负极，另一块表的“”表笔接待测管的正极。两块表同时打到档位高点的电阻档，正常情况下，接通后二极管就能正常发光。若亮度很低甚至不发光，可将两表的电阻档位打得低一点，若仍很暗甚至不发光，则说明该管性能不良或已损坏。要注意的是，不能一开始就将两块表的电阻档位打得很低，以免电流过大，损坏发光二极管。b).三极管好坏的判断：用万用表的电阻档分别测任意两个引脚间的电阻，若管子是好的就只有一对脚电阻低，如果电阻都是小的的话就是烧掉了。如果在测量中找不到公共的b极，该三极管也为坏管子。c).稳压管好坏的判断：稳压管也具有单向导电性，其判断方法和二极管一样六、 制作调试a) 电路的制作1. 观察电路原理图根据要求合理布局，最大限度减少叉线和飞线，降低干扰，形成合理、美观、简洁的接线布局。2. 焊接电路前先检查各元器件的质量，是否能正常工作，读出色环电阻阻值，注意三极管的引脚排列，判断二极管、发光二极管以及电解电容的极性。3. 焊接时分级安装，分层焊接。按照直流稳压电源四级电路分级安装。 4. 元件焊接完成后，用导线将各元件合理连接起来。注意接线顺序，尽量不要使线相互交错。 b) 电路的调试1. 调试之前，不要通电，先检查电路连线是否正确，各元件引脚是否焊接正确，各焊点是否符合要求，有无漏接的导线、漏焊的元件，有无元件短路，有无假焊、虚焊等现象。2. 接入电路前，将电位器的滑片调至电位器最上端位置，以免电压过大烧坏负载电阻。接通电源后，先观察电路有无异常现象，如器件冒烟，出现异味等。若有，则立即断电检查，检查后无误再接通电源，测定各参数是否符合要求。 3. 调试时出现的问题及解决方法： 电源通电后，LED不亮，后发现LED的正级只是焊上没有借入电路。接通电源后，过一会儿负载电阻RL会发热且出现冒烟和难闻的气味的现象，经分析是由于电阻上的电流过大引起的，电路本身并没有错误。c) 参数测定短路电流I；Ui 8V12V变化时空载电压U0、负载电压UL的变化值。保持载电阻RL接通状态1、 将输入端接入12V直流电压，调节变阻器RW使输出负载电压UL1为5V。2、 将输入端接入10V直流电压，不动变阻器RW测量输出负载电压UL2。3、 将输入端接入8V直流电压，不动变阻器RW测量输出负载电压UL3。将负载电阻RL剪短4、 输入接入12V直流电压，测量空载电压U01。5、 输入接入10V直流电压，测量空载电压U02。6、 输入接入8V直流电压，测量空载电压U03。输入电压Ui 12V10V8V空载电压U05.20V5.05V4.80V负载电压UL5.00V4.80V4.55V七、 分析a) 数据分析由测定参数可知，稳压电源的空载电压、短路电流以及负载电压。同时可知Ui 8V12V变化时U0、UL随Ui的变化及关系。1. Ui 8V12V变化时U0、UL的变化值Ui= 8V U0=4.75V UL=4.55VUi= 10V U0=5.05V UL=4.80VUi= 12V U0=5.20V UL=5.0V 当输入电压增加时，空载输出电压U0也会有所增加，负载输出电压UL也会有所增加。当输入电压相同时，空载输出电压U0大于负载输出电压UL。U0，UL与Ui的关系接近于线性关系。2. 短路电流I=11mAb) 误差分析1. 所选用的电子元器件标示的参数与其真实参数之间有误差。2. 焊接时链接各个元器件之间的导线有电阻，带入一定的误差。3. 参数测定过程中三极管会发热，影响其静态工作点会产出误差。4. 校准时输入12V输出通过调节RW使输出为5V调RW时有误差。c) 部分元器件引脚排列、参数说明1. S9014外观及引脚排列主要参数表S9014实物图S9014引脚图 Vcbo60VVceo50VVebo5VIc150mA主要参数2. S9014特性曲线3. 2SD313外观及引脚排列主要参数表 2SD313实物图 2SD313引脚图4. 2SD313特性曲线5. 稳压管C2V7 ST ,其外观、特性曲线、主要参数 稳压管的外观及引脚图 稳压管的特性曲线八、 总结或体会 通过直流稳压电源的设计，我学会和理解了很多的专业知识。在制作直流稳压电源时得用到很多电子元器件比如：电位器；电阻；发光二极管；稳压管；三极管S9014；三极管2SD313 等等。通过此次学习我知道了关于三极管2SD313的一些知识、它的3个引脚排列、它的样子极其一些具体的参数；明白了发光二极管的正负极判断等等。我终于搞懂了怎样能进行快速而准确的焊接，确保在焊接的时候不会出现短路，断路的现象。元器件焊接好之后元器件之间的连接导线要十分注意，因为在焊接好后是很难改变的，改变后部但影响外观，也可能损坏元器件，连接好后的导线做到横平竖直，有些导线为了防止短路要在线路板反面焊接，我们可以先在书上按顺序把实物元器件摆放好，然后再在线路板上连接。在焊接的过程中，要快准，因为如果不快的话高温可能损坏元器件。这次试验更加加深了对我们这专业的认识，它不仅让我们学到理论知识，还一定程度上锻炼了我们的动手能力，使我们学到了再课堂上学不到的东西，受益匪浅。 在试验的过程中也让我意识到一些问题，我们平时仅仅学习理论知识，所以动手能力还比较欠缺，所以我们应该加强对这方面的锻炼，更好地做到理论和实践相结合总之这次实习我学到了很多，受益匪浅，也感谢老师的认真教导。数字电子时钟设一 设计目的及任务要求用中、小规模集成电路设计一台能显示日、时、分、秒的数字电子钟，要求如下：1. 由晶振电路产生1Hz标准秒信号。2. 秒、分为0059六十进制计数器。3. 时为0023二十四进制计数器。4. 周显示从1日为七进制计数器。5. 可手动校时：能分别进行秒、分、时、日的校时。只要将开关置于手 动位置，可分别对秒、分、时、日进行手动脉冲输入调整或连续脉冲输入的 校正。6. 整点报时：整点报时电路要求在每个整点前呜叫五次低音（500Hz）， 整点时再呜叫一次高音（1000Hz二 元器件1. 直流稳压电源2. 集成电路块：CD4060、74LS7400、74LS192、74LS248及门电路3. 晶振：32768 Hz4. 电容：100F/16V、22pF、322pF之间5. 电阻：200、10K、22M6. 电位器：2.2K或4.7K7. 数显：共阴显示器LC5011-118. 开关：单次按键9. 三极管：805010. 喇叭：1 W /4，8三 电路设计数字电子钟是一种用数字显示秒、分、时、日的计时装置，并且可以手动调整时间，可以整点报时。 数字电子钟的电路组成方框图如图1所示。图1 数字电子钟框图由图1可见，数字电子钟由以下几部分组成：石英晶体振荡器和分频器组成的秒脉冲发生器；校时电路；六十进制秒、分计数器，二十四进制（或十二进制）计时计数器；秒、分、时的译码显示部分等。1. 参考电路2. 分析A) 秒脉冲发生器的设计脉冲发生器是数字钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量，本设计选用晶体振荡器发出的脉冲经过整形、分频获得1Hz的秒脉冲。如晶振为32768 Hz，通过15次二分频后可获得1Hz的脉冲输出，电路图如图2所示。图2 秒脉冲发生器B) 计数器译码显示部分秒、分、时、日分别为60、60、24、7进制计数器、秒、分均为60进制，即显示0059，它们的个位为十进制，十位为六进制。时为二十四进制计数器，显示为0023，个位仍为十进制，而十位为三进制，但当十进位计到2，而个位计到4时清零，就为二十四进制了。a. 计数器部分b. 计数器采用74LS192四位十进制计数器，译码显示部分所有计数器的译码显示均采用BCD七段译码器，显示器采用共阴或共阳的显示器。Q4 Q3 Q2 Q1显示1 0 0 0日0 0 0 110 0 1 020 0 1 130 1 0 040 1 0 150 1 1 06表1.1 状态表C) 校时电路在刚刚开机接通电源时，由于日、时、分、秒为任意值，所以，需要进行调整。置开关在手动位置，分别对时、分、秒、日进行单独计数，计数脉冲由单次脉冲或连续脉冲输入。D) 整点报时电路当时计数器在每次计到整点前六秒时，需要报时，这可用译码电路来解决。即当分为59时，则秒在计数计到54时，输出一延时高电平去打开低音与门，使报时声按500Hz频率呜叫5声，直至秒计数器计到58时，结束这高电平脉冲；当秒计数到59时，则去驱动高音1KHz频率输出而鸣叫1声。图4 参考电路四 元器件介绍1. 74LS192的介绍图3 74LS192的引脚排列及逻辑符号 建议操作条件： Symbol 符号Parameter 参数最小典型最大UNIT 单位VCCSupply Voltage 电源电压54 4.5 5.0 5.5 V744.755.05.25TAOperating Ambient Temperature Range操作环境温度范围54 5525 125 7402570IOHOutput Cur