可编程电源直流电源设计

可编程直流电源课程设计 1 可编程直流电源课程设计可编程直流电源课程设计 姓名 姓名 学号 学号 班级 班级 可编程直流电源课程设计 2 摘 要 本次工程设计对一个可编程直流电源系统进行设计与实现 通过整流滤波 电路对电流进行处理 输出的直流电压不稳定 再通过稳压电路采用三端稳压 器 LM317 与采样电阻组成的输出电压可调的稳压电路 在三端稳压器的调整端 加晶体三极管 9013 作为电子开关 通过译码器 74LS138 对 74LS161 的计数输 出进行译码 利用输出电平信号控制晶体三极管的工作状态 从而达到接通不 同反馈电阻的要求 另外 利用译码器 4511 与数码管组成显示电路 显示当前 输出电压的状态 关键词 LM317 晶体三极管 9013 译码器 4511 可编程直流电源课程设计 3 Abstract This paper introduces the design can be programmed and dc power supply system Through the rectifier filter circuit of current processing the output of the dc voltage instability again through the voltage regulator circuit using three terminal regulator LM317 and sampling resistance of output voltage adjustable voltage regulator circuit in three end voltage regulator adjustment end and crystal triode 9013 as electronic switch through the decoder ls138 74 to 74 ls161 count output decoding using the output level signal control crystal triode working condition in order to connect different feedback resistance requirements In addition the use of decoder 4511 with digital tube display circuit display the current of the output voltage of the state Key words LM317 transistor 9013 translator4511 可编程直流电源课程设计 4 目目 录录 第一部分第一部分 系统设计系统设计 6 1 1 设计题目及要求 6 1 2 总体设计方案 6 第二部分第二部分 单元电路设计单元电路设计 7 2 1整流滤波电路 7 2 1 1 电路形式 8 2 1 2 单元电路图 8 2 1 3 功能与工作原理 8 2 1 4 参数计算 8 2 2 程序控制稳压电路 9 2 2 1 电路形式 9 2 2 2 单元电路图 9 2 2 3功能与工作原理 10 2 2 4 参数计算 10 2 3 IC 辅助电源 10 2 3 1 电路形式 10 2 3 2 单元电路图 10 2 3 3 功能与工作原理 11 2 3 4 参数计算 11 2 4 周期信号发生器 11 2 4 1 电路形式 11 2 4 2 单元电路图 11 2 4 3 功能与工作原理 12 2 4 4 参数计算 12 2 4 5 器件说明 12 可编程直流电源课程设计 5 2 5 延时信号发生器 12 2 5 1 电路形式 12 2 5 2 单元电路图 12 2 5 3 功能与工作原理 13 2 5 4 参数计算 13 2 6 译码控制电路 13 2 6 1 电路形式 13 2 6 2 单元电路图 13 2 6 3 功能与工作原理 13 2 6 4 器件说明 14 2 7 反馈电阻接入控制电路 14 2 7 1 电路形式 14 2 7 2 单元电路图 14 2 7 3 功能与工作原理 15 2 7 4 器件说明 15 2 8 数码管显示电路 16 2 8 1 电路形式 16 2 8 2 单元电路图 16 2 8 3 功能与工作原理 17 2 8 4 器件说明 17 第三部分第三部分 整机电路整机电路 18 18 3 1 整机电路图 18 3 2 元件清单 18 第四部分第四部分 性能测量性能测量 19 19 4 1 电路调试 19 4 1 1 调试使用的仪器 19 4 1 2 指标测试步骤及测量数据 19 4 1 3 故障分析及处理 19 4 2 电路实现的功能和系统使用说明 20 可编程直流电源课程设计 6 4 2 1 电路实现功能 20 4 2 2 系统使用说明 20 第五部分第五部分 课程设计总结课程设计总结 20 20 第六部分第六部分 参考文献参考文献 21 21 第一部分第一部分 系统设计系统设计 1 1 设计题目及要求 设计任务 设计制作一个简易的可编程直流稳压电源 设计要求 1 基本功能 a 可实现 9v 12v 和 15v 的可编程直流稳压电源 b 负载电流 IO 500mA c 纹波电压 VOIomax 1 1 2 0 275A 最高反向工作电压 281 118221 1 2 VUURM 选用二极管 1N4001 其参数为 ID 1A URM 100V 满足要求 一般滤波电容的设计原则是 取其放电时间常数RLC0是其充电周期的确 2 5 倍 对于桥式整流电路 滤波电容C0的充电周期等于交流周期的一半 即 RLC0 2 5 T 2 2 5 2f 由于 2 f 故 RLC0 2 5 取 RLC0 3 则C0 3 RL 其中RL UI II 所以滤波电容容量为 C0 3 II 2 fUI 3 0 5 2 50 21 6 694 F 取C0 1000 F 电 容耐压值应考虑电网电压最高 负载电流最小时的情况 281 118221 1 2 VUU 综合考虑波电容可选择C0 1000 F 50V 的电解电容 另外为了滤除高频干 扰和改善电源的动态特性 可在滤波电容两端并联一个 0 1 F 的瓷片电容 2 2程序控制稳压电路 2 2 12 2 1 电路形式 使用三端稳压器 LM317 构成的输出电压可调的稳压电路 在调整端加控制 电路实现程序控制稳压电路 2 2 22 2 2 单元电路图 可编程直流电源课程设计 10 2 3 3 功能与工作原理 在 LM317 典型电路基础上 为了减少纹波电压 在调整端与地之间并上一 个 10 F 电容C3 同时为了保护稳压器 加上二极管D7 D6 提供放电回路 晶体管 9013 NPN 作为电子开关 当基极加高电平时 晶体管饱和导通 相 对开关闭合 当基极加低电平时 晶体管截止 相对于开关断开 2 3 4 参数计算 LM317 的输出端与调整端之间的电压是稳定的 1 25V 输出电流可达 1 5A R0为泄放电阻 设电流为 0 5A 则R0 1 25 0 005 250 可取 R0 220 由于调整端的电流可以忽略不计 输出电压Uo 1 Rx R0 1 25V 其 中 Rx为调整端与地之间的电阻值 根据Uo 9V 12V 15V 可算出 Rx 1 36k 1 9k 2 4k 即可取图中所示电阻阻值 2 3IC 辅助电源 2 3 12 3 1 电路形式 三段稳压器 7805 组成的基本稳压电路 2 3 22 3 2 单元电路图 可编程直流电源课程设计 11 2 3 32 3 3 功能与工作原理 固定输出 5V 电压 为 IC 供电 2 3 42 3 4 参数计算 为了消除输出电压中的高频噪声 在输出端与地之间连上一个电容 C2 1 F 同时为了保护稳压器 在其输入端与输出端跨接了一个二极管 2 4周期信号发生器 2 4 12 4 1 电路形式 由 555 定时器构成的多谐振荡器 2 4 22 4 2 单元电路图 可编程直流电源课程设计 12 2 4 32 4 3 功能与工作原理 提供一个周期性信号 作为计数器的触发信号 2 4 42 4 4 参数计算 利用公式 振荡周期T 0 7 R8 2R9 C5 取T 0 55s C5 10 F 计算得 R8 2R9 78k 可取 R8 4 3k R9 36k 2 4 52 4 5 器件说明 2 5延时信号发生器 2 5 12 5 1 电路形式 由 555 定时器构成的单稳态触发器 2 5 22 5 2 单元电路图 可编程直流电源课程设计 13 2 5 32 5 3 功能与工作原理 在触发信号的作用下 触发器翻转到暂稳态 暂稳态停留一段时间后回到 稳态 输出脉冲的宽度 tw 等于暂稳态持续时间 而暂稳态持续时间取决于外接 电阻 R 和电容 C 的大小 另外 触发信号是低电平有效 利用图示接法 闭合 开关时 输入端由高电平变为低电平 2 5 42 5 4 参数计算 脉冲宽度tw 1 1 R10 Rw C7 取tw 4s C7 47 F 计算得R10 Rw 78k 可取R10 36 k 与电位器Rw 串联 2 6译码控制电路 2 6 12 6 1 电路形式 利用 74LS161 接成三进制计数器 采用异步清零 2 6 2单元电路图 可编程直流电源课程设计 14 2 6 32 6 3 功能与工作原理 将 555 多谐振荡器的输出端接到 74LS161 的计数输入端 74LS161 计数到 QDQCQBQA 0011 时 QBQA通过与非门接到异步清零端 实现异步清零 计数输出 00 01 10 的信号 另外 可通过 555 单稳态输出脉冲反向接到 74LS161 的使能 端 EP 当 EP 变为低电平时来保持计数值 2 6 42 6 4 器件说明 2 7反馈电阻接入控制电路 2 7 12 7 1 电路形式 利用译码器 74LS138 对计数器输出信号进行译码 2 7 22 7 2 单元电路图 可编程直流电源课程设计 15 2 7 32 7 3 功能与工作原理 将计数器输出信号译成 3 线电平输出信号 分别接入程序控制稳压电路的 晶体管基极 模拟开关控制 2 7 42 7 4 器件说明 可编程直流电源课程设计 16 2 8数码管显示电路 2 8 12 8 1 电路形式 7 段译码器 4511 将输入信号进行译码 驱动共阴数码管 2 8 22 8 2 单元电路图 可编程直流电源课程设计 17 2 8 32 8 3 功能与工作原理 HEF4511 是一片 CMOS BCD 锁存 7 段译码 驱动器 将输入信号对应的 BCD 码进行译码 输出高电平 驱动共阴极数码管 另外在数码管公共端与地 之间串联一个 300 的保护电阻 2 8 42 8 4 器件说明 可编程直流电源课程设计 18 第三部分第三部分 整机电路整机电路 3 1 整机电路图 附 3 2 元件清单 名称型号 参数数量位号 220 1R0 910 1R1 470 1R2 1k 4R3 R5 R6 R7 1 5k 2R4 R11 4 3k 1R8 36k 2R9 R10 电阻 300 1R12 电位器100k 1Rw 二极管1N40017D1 D7 1000 F 50V1C0 47 F 25V1C7电解电容 10 F 25V2C3 C5 1032C6 C8 1041C1瓷片电容 1052C2 C4 晶体三极管90133Q0 Q1 Q2 变压器18V1 LM3171 集成稳压器 W78051 NE5552 74LS1611 74LS1381 HEF4511BP1 IC 74LS001 共阴数码管1 开关1其他 导线若干 可编程直流电源课程设计 19 第四部分第四部分 性能测量性能测量 4 1 电路调试 4 1 1测试使用的仪器 数字万用表 示波器 交流毫伏表 4 1 2指标测试步骤及测量数据 测试步骤 一 输出电压 Uo 测试 二 负载电流 Io 测试 三 纹波电压 Vo 测试 测量数据 序号Uo VIo mAVo mV 19 0863370 173 212 0884460 164 314 8865530 170 4 1 3故障分析及处理 1 电路输出 15V 的状态没法保持 故障原因 74LS161 采用同步置零方式 当计数状态信号通过门电 路对同步置数端作用时 计数器下一个时钟周期置数 即使此时计 数器处在计数值保持状态 解决方法 将计数器改接为异步清零方式 2 使用 HEF4052 作为稳压控制电路的开关 3 个状态的输出电压与理 论设计值相差甚大 故障原因 模拟开关 4052 存在导通电阻 不可简单充当普通开关接 入电路 解决方法 利用三极管作为电子开关 利用模拟开关 4052 的电平信 号驱动三极管 或者用译码器 74LS138 代替模拟开关 4052 将计数 器计数状态进行译码 利用电平信号驱动三极管 可编程直流电源课程设计 20 3 三极管无法正常工作 故障原因 没有合适的静态工作点 解决方法 在三极管的基极串联一个电阻 4 2 电路实现的功能和系统使用说明 4 2 1电路实现功能 将 220V 的交流电压转换为稳定的直流电压 通过数字电路可控制 输出电压在 9V 12V 15V 之间切换与保持 数码管对应输出电压从 低到高分别显示 0 1 2 按下按键可对当前电压值稳定保持 4S 4 2 2系统使用说明 接通电源 输出端输出的直流电压在 9V 12V 15V 之间切换 按下开关键后 保持当前输出电压值 4s 第五部分第五部分 课程设计总结课程设计总结 此次课程设计历时一个星期 其中收集资料整理出待选方案花近两天 初 布测试并确定最终方案耗时两天 最终调整并测量相关参数耗时一天 从成品 最终测得参数看来 此次课程设计任务基本功能顺利完成 唯一不足之处在于 为 IC 供电的部分 由于 IC 仅需要 5V 电压 故大部分管压降落在 7805 两端 造成发热量较大的同时浪费能源 然而受于时间因素限制 并未就该缺陷进行 优化 通过此次课程设计 亦获得不少心得体会 在系统设计方面 在模拟电路方面 设计电路应该根据设计要求确定方案 元件的选择要根 据所要求的参数计算确定 既要参数符合要求保证能正常工作 又要确保所选 元件常见易得且价格合理 以节约成本 提高效率 如整流二极管的型号和滤 波电容器大小的择取 其次 对电路设计追求完美的同时也不能忽略细节问题 比如此次设计中我们只想到在电路输出端加上滤波电容可以进一步消除纹波电 压 却未考虑到断开电源时电容将对稳压管放电而可能损坏稳压管 后来参照 了教科书的方法在输出端与输入端之间接上一反向二极管 为断电时电容提供 放电回路 从而保护稳压管 还有元件的选择具有一定程度的不随意性 现实 的常用元件并不能保证总有自己设计时需要用到的值 尤其是电阻的选取 就 好比这次遇到的问题 有 3 9K 有 4 3K 却就是没有计算得的 4K 解决办 法是使用其它阻值的元件组合 或者重新计算同步换用其它阻值的电阻 另外 电路各参数理论计算值与电路实际参数值的区别有时候是不可忽略的 估计主 可编程直流电源课程设计 21 要原因是理想化建模的计算与实际电路存在区别 其次是元件