直流电源与信号发生器的制作 2

1 直流电源与信号发生器的制作直流电源与信号发生器的制作 学学 院 机械与电子工程学院院 机械与电子工程学院 专专 业 电子信息工程业 电子信息工程 班班 级 级 姓姓 名 名 学学 号 号 2 0 1 2 年年 6 月月 20 日日 2 一 实验目的 一 实验目的 1 熟悉集成稳压电源芯片的特点 能合理选择使用 熟悉集成稳压电源芯片的特点 能合理选择使用 2 熟悉掌握信号发生器的使用方法 熟悉掌握信号发生器的使用方法 3 提高电路布局 焊接装配技能 训练识图能力 提高电路布局 焊接装配技能 训练识图能力 4 掌握直流稳压电源的性能测试方法 掌握直流稳压电源的性能测试方法 5 掌握掌握 IN555 的工作原理 的工作原理 6 强化实用电路设计的方和技巧 进一步掌握电子工艺 建立良好的工程强化实用电路设计的方和技巧 进一步掌握电子工艺 建立良好的工程 意识 意识 二 实验原理及内容 二 实验原理及内容 1 总原理图总原理图 3 A 直流稳压电源制作直流稳压电源制作 根据设计要求 串联直流稳压电源的结构如图 1 4 1 所示 主要由变压器 整流电 路 滤波电路 稳压电路和保护电路等组成 图 1 4 1 小功率直流稳压电源方枢图 1 变压器 变压器的作用是将 220V 交流电降压到负载所需要的电压 根据本课题设计要求 变压器选用 220V 输入 15V 输出 功率不小于 10W 的普通型 带中心抽头更好 容 易扩充 2 整流滤波电路 整流滤波电路的结构如下图 1 4 2 所示 220V 交流电压经变压器降压后 其次级 电压变为 U2 经二极管 D1 D4 电容 C 实现桥式整流电容滤波 整流电路的作用是将变压器副边交流 电压 U2变换成脉动直流电 整流电路用 四个二极管构成桥式整流 如果变压器带 中心抽头 也可以用两个二极管构成全波 整流 当然用桥堆也可以 二极管最大整 流电流选用大于 1A 最高反向电压大于 50V 即可 具体型号可上网查找 滤波电路的作用是将来自整流电路的脉动直流进行平波 滤波电路的形式通常有 电容滤波 电感滤波和复式滤波三种 电容滤波适合负载电流较小的场合 电感滤波 适合负载电流较大的场合 而复式滤波一般用在要求较高的场合 本电路负载较小 故选用电容滤波即可 3 稳压电路 稳压电路采用典型串联调整结构 一种带过流保护和指示电路的稳压电路结构如 下图 1 4 3 所示 经过滤波电路平波后的电源纹波仍然较大 对于要求较高的电路和电子设备不能 使用 稳压电路的作用就是将滤波后的直流电源进一步平波 在电源和负载发生变化 允许的范围 时仍然提供恒定电压 对于线性稳压电路 常采用集成稳压电路和分 立元件串联稳压电路等 它们各有优缺点 分别用在不同的场合 本课题主要设计分 图 1 4 2 桥式整流滤波电路 4 立元件串联稳压电路 这种电路可以根据要求得到输出在一定范围可调的直流电源电 压 稳压效果好 输出功率大 系统效率高等优点 B 信号发生器及芯片简介信号发生器及芯片简介 信号发生器又称信号源或振荡器 在生产实践和科技领域中有着广泛的应用 各 种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示 能够产生多种波形 如三角波 锯齿波 矩形波 含方波 正弦波的电路被称为函数信号发生器 函数信号发生器在电路实 验和设备检测中具有十分广泛的用途 例如在通信 广播 电视系统中 都需要射频 高频 发射 这里的射频波就是载波 把音频 低频 视频信号或脉冲信号运载 出去 就需要能够产生高频的振荡器 在工业 农业 生物医学等领域内 如高频感 应加热 熔炼 淬火 超声诊断 核磁共振成像等 都需要功率或大或小 频率或高 或低的振荡器 函数信号发生器的实现方法通常有以下几种 1 用分立元件组成的函数发生器 通常是单函数发生器且频率不高 其工作 不很稳定 不易调试 2 可以由晶体管 运放 IC 等通用器件制作 更多的则是用专门的函数信号 发生器 IC 产生 早期的函数信号发生器 IC 如 L8038 BA205 XR2207 2209 等 它们的功能较少 精度不高 频率上限只有 300kHz 无法产生更高频率的信号 调 节方式也不够灵活 频率和占空比不能独立调节 二者互相影响 3 利用单片集成芯片的函数发生器 能产生多种波形 达到较高的频率 且 易于调试 鉴于此 美国美信公司开发了新一代函数信号发生器 ICMAX038 它克服 了 2 中芯片的缺点 可以达到更高的技术指标 是上述芯片望尘莫及的 MAX038 频率高 精度好 因此它被称为高频精密函数信号发生器 IC 在锁相环 压控振荡 器 频率合成器 脉宽调制器等电路的设计上 MAX038 都是优选的器件 4 利用专用直接数字合成 芯片的函数发生器 能产生任意波形并达到 很高的频率 但成本较高 产生所需参数的电测试信号仪器 按其信号波形分为四大类 正弦信号发生 器 主要用于测量电路和系统的频率特性 非线性失真 增益及灵敏度等 按其不同 性能和用途还可细分为低频 20 赫至 10 兆赫 信号发生器 高频 100 千赫至 300 兆赫 信号发生器 微波信号发生器 扫频和程控信号发生器 频率合成式信号发生 器等 函数 波形 信号发生器 能产生某些特定的周期性时间函数波形 正弦波 方波 三角波 锯齿波和脉冲波等 信号 频率范围可从几个微赫到几十兆赫 除供 通信 仪表和自动控制系统测试用外 还广泛用于其他非电测量领域 脉冲信号 发生器 能产生宽度 幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器 可用以测试线性系 统的瞬态响应 或用作模拟信号来测试雷达 多路通信和其他脉冲数字系统的性能 随机信号发生器 通常又分为噪声信号发生器和伪随机信号发生器两类 噪声信号 发生器主要用途为 在待测系统中引入一个随机信号 以模拟实际工作条件中的噪声 而测定系统性能 外加一个已知噪声信号与系统内部噪声比较以测定噪声系数 用随 机信号代替正弦或脉冲信号 以测定系统动态特性等 当用噪声信号进行相关函数测 量时 若平均测量时间不够长 会出现统计性误差 可用伪随机信号来解决 5 555 芯片是定时器 是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件 一般用双极 性工艺制作的称为 555 用 CMOS 工艺制作的称为 7555 除单定时器外 还有对 应的双定时器 556 7556 555 定时器的电源电压范围宽 可在 4 5V 16V 工作 7555 可在 3 18V 工作 输出驱动电流约为 200mA 因而其输出可与 TTL CMOS 或者模拟 电路电平兼容 NE555 芯片的工作原理芯片的工作原理 555 定时器是一种数字与模拟混合型的中规模集成电路 应用广泛 外加电阻 电 容等元件可以构成多谐振荡器 单稳电路 施密特触发器等 555 定时器原理图及引线排列如图 9 1 所示 其功能见表 9 1 定时器内部由 比较器 分压电路 RS 触发器及放电三极管等组成 分压电路由三个 5K 的电阻构成 分别给 A1 和 A2 提供参考电平 2 3VCC 和 1 3VCC A1 和 A2 的输出端控制 RS 触发器状 态和放电管开关状态 当输入信号自 6 脚输入大于 2 3VCC 时 触发器复位 3 脚输出 为低电平 放电管 T 导通 当输入信号自 2 脚输入并低于 1 3VCC 时 触发器置位 3 脚输出高电平 放电管截止 4 脚是复位端 当 4 脚接入低电平时 则 V0 0 正常工 作时 4 接为高电平 5 脚为控制端 平时输入 2 3Vcc 作为比较器的参考电平 当 5 脚外接一个输入电 压 即改变了比较器的参考电平 从而实现对输出的另一种控制 如果不在 5 脚外加 电压通常接 0 01 F 电容到地 起滤波作用 以消除外来的干扰 确保参考电平的稳 定 555555 定时器的功能介绍定时器的功能介绍 555 定时器的功能主要由两个比较器决定 两个比较器的输出电压控制 RS 触发 器和放电管的状态 在电源与地之间加上电压 当 5 脚悬空时 则电压比较器 A1 的 反相输入端的电压为 2VCC 3 A2 的同相输入端的电压为 VCC 3 若触发输入端 TR 的电压小于 VCC 3 则比较器 A2 的输出为 1 可使 RS 触发器置 1 使输出 端 OUT 1 如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC 3 同时 TR 端的电压大于 VCC 3 则 A1 的输出为 1 A2 的输出为 0 可将 RS 触发器置 0 使输出为 0 电平 555 定时器成本低 性能可靠 只需要外接几个电阻 电容 就可以实现多谐振 荡器 单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路 它也常作为定时器广泛 应用于仪器仪表 家用电器 电子测量及自动控制等方面 6 色环电阻的识别色环电阻的识别 色环电阻的识别方法不是随便规定的 这个方法是科学的 严谨的 非常值得一学 同学们今后会知 道 它实际上是数学方法的演绎和变通 它和 10 的整数幂 乘方的 指数具有密切的逻辑关系 它是国际上通用的 科学计数法的 色彩化 因此 同学 们今后深入学习下去 你一定会体会到 这个方法既是十分美妙 又是十分 巧妙 关于电阻的单位 关于电阻的单位 电阻的基本单位是 欧姆 什么叫 1 欧姆 假如一段导线 两 端的电压是 1 伏 此时流过 导线的电流是 1 安培 那么这段导线的电阻就是 1 欧姆 简称 欧 1000 欧 1 千欧 K 1000 千欧 1 兆欧 M 欧姆的符号是 千欧符号 兆欧符号 M 1 1 颜色和数字的对应关系 颜色和数字的对应关系 首先我们向你介绍颜色和阿拉伯数字之间的对应关系 这 种规定是国际上公认的识别方法 记住它对我们进一步学习很有帮助 颜色颜色 棕棕 红红 橙橙 黄黄 绿绿 蓝蓝 紫紫 灰灰 白白 黑黑 数字数字 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 0 0 我们建议分两段背诵 容易记忆 棕棕 红红 橙橙 黄黄 绿绿 兰兰 紫紫 灰灰 白白 黑黑 此外 还有金 银两个颜色要特别记忆 它们在色环电阻中 处在不同的位置具 有不同的数字含义 这是需要特别注意的 对此 我们放在后面介绍 四色环四色环 读数规则读数规则 所谓 四色环电阻 就是指用四条色环表示阻值的电阻 从左向右数 第一 二环表 示两位有效数字 第三环表示数字后面添加 0 的个数 所谓 从左向右 我们是 指把电阻象图中所画的样子放置 四条色环中 有三条相互之间的距离 得比较近 而第四环距离稍微大一点 如下图 但是说实在的 现在的电阻产品 你要区分色环距离的大小的确很困难 哪一环是第 一环 往往凭借经验来识别 对四色环而言 还有一点可以借鉴 那就是 四色环电 阻的第四环 不是金色 就是银色 而不会是其它颜色 这一点在五色环中不适用 这样你就可以知道那一环该是第一环了 请看下面例子 7 红 紫 棕 金 2 7 1 个 0 5 阻值是 阻值是 22 而绝不是而绝不是 220 2 金色和银色也会出现在第三环中 前面我们已经提到 第四环是表示误差的色环 用 金 银两种颜色分别表示不同的精度 而第三环表示 添加零的个数 那么当第三环 出现金色或银色的时候 又怎么理解 添加零的个数 呢 你就这样记住吧 第三环 金色 把小数点向前移动 1 位 第三环 银色 把小数点向前移动 2 位 举两个例子 举两个例子 1 色环排列 橙灰金 色环排列 橙灰金 金金 阻值是阻值是 3 9 2 色环排列 绿黄银 色环排列 绿黄银 金金 阻值是 阻值是 0 54 因为这种电阻的阻值太小了 在一般电路中几乎不用 所以在电阻的系列因为这种电阻的阻值太小了 在一般电路中几乎不用 所以在电阻的系列 产品中实际上是没有的 产品中实际上是没有的 三 实验心得 三 实验心得 通过这次实验 初步掌握基本的焊接技术 了解到在工程设计中元件布局和线路 布线的重要性和必要性 感受到电子技工在工作时的耐心和兴奋 培养了在电路设计 中必须的大局思维 锻炼了在焊接电路时需要的精雕细琢的手艺 通过亲身的实践 用理论来指导实践 用实践来验证理论 8 就如按照布局图纸上的设计方案连接好电路后 通过实际观测输出数据 对照理 论值进行分析比较 找出焊接工艺中存在的漏洞 分析各元件的误差 同时 按照客观情况进一步进行理论分析 设法改进产品 令产品的潜在性能和 价值得到最大的利用 在这次实验过程中 也遇到不少问题