集成直流稳压电源的设计毕业设计.doc

1 集成直流稳压电源的设计毕业设计集成直流稳压电源的设计毕业设计 目目 录录 目目 录录 1 第一章第一章 概述概述 2 1 1 课程设计的任务与要求 2 1 2 课程设计的内容与安排 3 1 3 课程设计的方法 4 1 4 常用电子电路的一般设计方法 4 第二章第二章 设计举例设计举例 11 2 1 集成直流稳压电源的设计 11 2 2 晶闸管的特性与应用 19 2 3 音频信号发生器与功率放大器的设计与制作 23 2 4 集成模拟乘法器的应用 26 2 5 函数发生器的设计 33 第三章第三章 参考电路参考电路 36 3 1 文氏电桥振荡器 36 3 2 超声波遥控器 38 3 3 声控灯 39 3 4 数字特斯拉计 40 3 5 温控仪之一 数字温度计 AD590 之前部分 控温部分 LM324 及其后面部分 41 3 5 温控仪之二 数字温度计 AD590 之前部分 模拟控温 LM324 及后面部分 42 3 5 数字温度计之三 用集成温度传感器 LM35 制作的数字温度计 43 3 6 调光台灯 45 3 7 带有频率显示及功率放大的信号发生器 显示部分采用 单片机 45 3 8 调频无线话筒 47 3 9 双管调频无线话筒 50 3 10 自动干手器 51 3 11 用场效应管稳幅的低频信号发生器 53 3 12 红外线光电开关电路的设计 54 3 13 红外线自动水龙头控制电路 55 3 14 热释电人体红外传感器的应用 56 2 3 15 ISD1420 单片录放系统 60 3 16 用 MAX038 制作的函数信号发生器 62 3 17 音响放大器 67 附录 常用集成电路简介常用集成电路简介 69 第一章 概述 电子线路课程设计是在 模拟电子线路 与 高频电子线路 课程之后 集中 安排的重要实践性教学环节 学生运用所学的知识 动脑又动手 在教师指导下 结合某一专题独立地开展电子电路的设计与实验 培养和提高分析 解决实际电路 问题的能力 它是高等学校电子信息类专业的学生必须进行的一种综合性训练 1 11 1 课程设计的任务与要求课程设计的任务与要求 1 1 1 教学任务 课程设计的任务一般是让学生设计 组装并调试一个简单的电子电路装置 需 要学生综合运用电子线路课程的知识 通过调查研究 查阅资料 方案论证与选定 设计和选取电路及元器件 组装和调试电路 测试指标及分析讨论 完成设计任务 课程设计不能停留在理论设计和书面答案上 需要运用实验检测手段 使理论 设计逐步完善 做出达到指标要求的实际电路 通过这种综合训练 学生可以掌握 电路设计的基本方法 提高动手组织实验的基本技能 培养分析解决电路问题的实 际本领 为以后毕业设计和从事电子技术实际工作打下基础 课程设计主要是围绕课程的内容所做的综合练习 题目出自实际电路 一般没 有固定的答案 但由于电路比较简单 定型 又不是真实的生产 科研任务 所以 学生基本上能有章可循 完成起来并不困难 这里的着眼点是让学生从理论学习的 轨道上逐步引向实际方面来 把过去熟悉的定性分析 定量计算逐步和工程估算 实验调整等手段结合起来 掌握工程设计的步骤和方法 了解科学实验的程序和实 施方法 这对今后从事技术工作无疑是个启蒙训练 1 1 2 教学要求 从课程设计的任务出发 应当通过设计工作的各个环节 达到以下教学要求 1 巩固和加深学生对电子电路基本知识的理解 提高他们综合运用本课程所学知 识的能力 2 培养学生根据课题需要选学参考书籍 查阅手册 图表和文献资料的自学能力 3 通过独立思考 深入钻研有关问题 学会自己分析并解决问题的方法 3 通过电路方案的分析 论证和比较 设计计算和选取元器件 电路组装 调试 和检测等环节 初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法 4 掌握常用的仪器 设备的正确使用方法 学会简单电路的实验调试和整机指标 的测试方法 提高学生的动手能力和从事电子电路实验的基本技能 5 了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范 能按设计任务书的要 求 完成设计任务 编写设计说明书 正确地反映设计与实验的成果 正确地绘制 电路图等 6 培养严肃 认真的工作作风和科学态度 通过课程设计实践 帮助学生逐步建 立正确的生产观点 经济观点和全局观点 1 21 2 课程设计的内容与安排课程设计的内容与安排 1 2 1 课程设计题目的选择 课程设计题目选择的是否合适 直接关系到学生完成的情况和教学效果 教师 必须根据教学要求 学生实际水平 能完成的工作量和本地的条件 恰当的选题 争取让不同程度的学生 经过努力能完成课程设计任务 在巩固所学知识 提高基 本技能和能力等方面有所收获 1 2 2 课程设计内容及要求 首先 布置设计任务书 课程设计任务书应写明 1 设计题目 2 主要技术指 标和要求 3 给定的条件和所用的仪器设备 4 参考文献等 教师要讲解必要的电路原理和设计方法 如果需要深化和扩展学过的知识 还 要补充讲授有关的内容 帮助学生明确任务 掌握工程设计方法 学生在教师指导下选择设计方案 进行设计计算 完成预设计 预设计方案经 过教师审查通过后 即可开始安装和调试 安装调试是课程设计的重点和难点 教 师要加强对学生的指导 尤其在电路出现异常现象或故障时 要帮助学生按照量测 观察 查找原因 调整电路 再进行实验的步骤 解决电路中的问题 电路调试达到设计要求后 学生要对设计的全过程作出系统总结报告 按照一 定格式写出设计说明书 课程设计说明书主要内容有 1 设计题目 2 主要指标和 要求 3 方案选择及电路工作原理 4 单元电路设计计算 元器件的选择 画出电 路图等 5 安装 调试中遇到的问题 解决的方法以及实验效果等 6 电路性能指 标测试结果 是否满足要求及对成果的评价 7 收获 体会和改进设计的建议 1 2 3 教学安排 4 课程设计一般可分为三个阶段 1 预设计阶段 包括教师授课 方案论证 设计计算和完成预设计 2 安装调试阶段 包括组装电路 调试和检测 完成实际电路 3 总结报告阶段 包括总结设计工作 写出设计说明书和最后的考核 1 31 3 课程设计的方法课程设计的方法 电子线路课程设计作为集中实践性教学环节 应着重提高学生的自学能力 独 立分析 解决问题的能力和动手进行电路实验的能力 为了培养学生自学能力 对于课上已学过的基本知识 教师不必重复讲解 只 需根据设计任务提出参考书目 让学生自学就可以了 设计中还要教给学生查阅资 料 使用工具书的方法 让他们遇到问题时 不是立刻找老师 而是通过独立思考 查阅资料和书籍 自己寻找答案 要提高学生独立分析 解决问题的能力 必须为学生提供在设计实践中自己锻 炼的机会和条件 引导学生自主学习和钻研问题 明确设计要求 找出实现要求的 方法 鼓励学生开动脑筋 大胆探索 发挥主动性和创造性 在时间安排上要留有 余地 保证学生有条件独立地解决设计和实验中的问题 同时 要采用经验交流 集体讨论 课题报告等形式 互相启发 集思广益 要提高动手实验的能力 关键是启发学生把动脑和动手结合起来 安排实验不 再由教师包办代替 而由学生按照需要自己拟定实验内容和操作步骤 自选仪器 设备 独立测试和记录 并对实验结果作出分析 处理 教师主要做好审查 把关 的工作 并且帮助学生处理疑难问题 学生从设计 计算 选择元器件开始 直到 做出合格的电路 始终由自己动手完成 有利于增长实践的能力 强调课程设计以学生自学为主 独立完成设计任务 并不是降低教师的作用 相反 对教师的教学提出了更高的要求 教师要树立 以学生为中心 的思想 为 学生做好各种服务 要熟练掌握设计中的重点 难点 发挥教师的主导作用 在教 学方法上既不能包办代替 又不能撒手不管 任其自流 应注意按照学生的基础和 能力的差别提出不同的要求 做到因材施教 还要注意对学生的全面训练 教书又 教人 使学生业务和思想双丰收 1 41 4 常用电子电路的一般设计方法常用电子电路的一般设计方法 常用电子电路的一般设计方法和步骤如图所示 但电子电路种类很多 千差万 别 设计方法和步骤也因不同情况而异 例如 选择总体方案 设计单元电路 选 5 择元器件 计算参数等环节 有时需要交叉进行 甚至会出现反复 设计者应根据 具体情况 灵活掌握 下面对此图中的一些环节作具体说明 1 4 1 总体方案的选择 设计原理电路的第一步是选择总体方案 所谓总体方案是指 针对所提出的任 务 要求和条件 从全局着眼 用具有一定功能的若干单元电路构成一个整体 来 实现各项性能 显然 符合要求的总体方案通常不止一个 我们应当针对任务 要 求和条件 查阅有关资料 广开思路 提出若干种不同的方案 然后逐一分析每个 方案的可行性和优缺点 再加以比较 择优选用 上述过程如图所示 此外 在选 择的过程中 常用框图表示各方案的基本原理 框图一般不必画得太详细 只要能 说明方案的基本原理即可 但关系到方案是否可行的关键部分一定要画清楚 必要 时甚至要画出具体电路 1 4 2 单元电路的设计 在选定总体方案后 便可画出详细框图 设计单元电路 1 设计单元电路的第一步 是根据设计要求和已选定的总体方案的原理框图 明确对各单元电路的要求 必要时应详细拟定出主要单元电路的性能指标 虽然不 一定都要写成正规的文字形式 但一定要心中有数 并用简略的文字标出主要技术 指标 关键问题要做必要的文字说明 此外 要特别注意各单元电路之间的相互配 6 合 尽量少用或不用电平转换之类的接口电路 以免造成电路复杂或成本高等缺点 2 拟定出对各单元电路的要求后 应全面检查一遍 确认误后便可按照一定的 顺序分别设计各单元电路的结构形式 选择元器件和计算参数等 应当说明哪种形式的电路作为所要设计的单元电路呢 最简单的办法从过去学过 的和所了解的各种电路中选择一个合适的电路 这也许能找到一个在性能上完全满 足要求的电路 但不要轻易满足于此 在条件许可时 应去查阅各种资料 这样既 可以丰富知识 开阔眼界 而且可能找到更好的电路 例如电路更简单 成本更低 等 但也会遇到这样的情况 即花了很多时间 仍然没有找到满意的电路 例如某 性能不能满足要求或电路太复杂等 这时可在与设计要求比较接近某电路基础上适 当改进 或进行创造性设计 若仍不能解决 再向老师请教 1 4 3 总体电路图的画法 设计好各单元电路后 应画出总体电路图 总体电路图不仅是进行实验和印刷 电路板等工艺设计的主要依据 而且在生产调试和维修时也离不开它 因此总体电 路图具有重要作用 总体电路图画得好 不仅自己看起来方便 而且别人容易看懂 便于进行技术 交流 怎样才能画好总体电路图呢 一般说来 主要应注意以下几点 1 画图时应注意信号的流向 通常从输入端或信号源画起 由左至右或由上至 下按信号的流向依次画出各单元电路 但一般不要把电路图画成很长的窄条 必要 时可以按信号流向的主通道依次把各单元电路排成类似字母 U 的形状它的开口可 以朝左 也可以朝其他方向 2 尽量把总体电路图画在同一张图纸上 如果电路比较复杂 一张图纸画不下 应把主电路画在同一张图纸上 而把一些比较独立或次要的部分 例如直流稳压电源 画在另一张或几张图纸上 应当用恰当的方式 说明各图纸上电路连线的来龙去脉 3 电路图中所有的连线都要表示清楚 各元器件之间的绝大多数连线应在图上 直接画出 连线通常画成水平线或竖线 一般不画斜线 互相连通的交叉线 应在 交叉处用圆点标出 还应当注意尽量使连线短些 少拐弯 七拐八弯 东拉西扯 的连线多了 使人眼花缭乱 不易看懂 因此 在图上把各元器件的每一根连线都 画出来 效果不一定好 有的可用符号表示 例如地线常用表示 集成电路器件 的电源一般只要标出电源电压的数值 例如 5V 15V 和 15V 就可以了 有的可采 用简便画法 总之 以 清晰明了 容易看懂 为原则 但也要注意电路图的紧凑 7 和协调 疏密恰当 避免出现有的地方画得很密 有的地方空出一大块 4 电路图中的中大规模集成电路器件 通常用方框表示 在方框中标出它的型 号 在方框的边线两侧标出每根连线的功能名称和管脚号 除中大规模器件外 其 余元器件的符号应当标准化 5 如果电路比较复杂 设计者经验不足 有些问题在画出总体电路之前难以解 决 遇到这种情况 可先画出总体电路草图 其目的主要是为了解决以下问题 1 有些单元电路的形式 从单元电路局部考虑 它是最好的 但从整个电路的 全局考虑 它却不一定是最好的 显然 我们应当从全局着眼 选择合适的元器件 并把它们组合得最好 这类问题 有时只有画出总体电路的草图才能解决 2 各单元电路之间的相互连线和配合等 有时需要画出总体电路草图 才能知 道有无问题 3 总体电路图中 各单元电路分别画在什么位置最好 有时需要通过画总体电 路草图 经过比较 才能确定 为了解决以上问题 有时需要画出若干不同的总体 电路草图 以便进行比较 6 在坐标纸上画电路图 可以画得既快又好 以上所述只提总体电路图的一般画法 实际情况千差万别 应根据具体情况灵 活掌握 1 4 4 元器件的选择 电子电路的设计就是选择最合适的元器件 并把它们最好地组合起来 因此 在设计过程中 经常遇到选择元器件的问题 不仅在设计单元电路和总体电路及计 算参数时要考虑选哪些元器件合适 而且在提出方案 分析和比较方案的优缺点时 有时也要考虑用哪些元器件以及它们的性能和价格如何等 由此可见 选择元器件 是多么重要 那么 怎样选择元器件呢 其实只要弄清 需要什么 和 有什么 两 个问题 选择元器件的问题就好解决了 所谓 需要什么 是指根据具体问题的要求所选择的方案 需要什么样的元器 件 即每个元器件各应具有哪些功能和什么样的性能指标 所谓 有什么 是指有哪些元器件 哪些实验室里有 哪些在市场上可以买到 它们的性能各是什么 价格如何 体积多大等 我们知道 电子元器件品种繁多 而且新产品不断涌现 这就需要我们经常关心元器件的信息和新动向 多查资料 一 一般优先选用集成电路 我们知道 集成电路的应用越来越广泛 这不仅减小了电子设备的体积和成本 提高了可靠性 使安装调试和维修变得比较简单 而且大大简化了电子电路的设计 8 以致于某些数字系统中的单元电路的设计变得象 点菜谱 那样容易 各种模拟集 成电路也使得放大器 稳压电源和其他一些模拟电路的设计比以前容易得多 而且成本也低得多 并具有体积小 重量轻 维修简单等优点 在某些情况下 几十年前的一个电子工程师花几天时间才能设计制做出来的电路 也许今天一个初 学者用集成电路 在几小时内就能设计制做出来 而且性能优越 成本低 因此一 般优先选用集成电路 但是 不要以为采用集成电路一定比用分立元件好 有些功 能相当简单的电路 只要用一只三极管或二极管就能解决问题 若采用集成电路可 能会造成不必要的复杂化 或者成本较高 在频率高 电压高 电流大或要求噪声 极低等特殊场合 仍需采用分立元件 但在一般情况下 应优先选择集成电路 必 要时可画出两种电路 进行对比 二 怎样选择集成电路 在一般情况下选用集成电路有很多优点 但集成电路的品种很多 怎样确定选 哪一种呢 我们认为 一般方法是 先粗后细 即先根据总体方案考虑应选用什么功 能的集成电路 再进一步考虑它的具体性能 然后再根据价格等考虑选用什么型号 的器件 1 应熟悉集成电路有哪些品种 最好能够熟悉若干种典型产品的型号 性能及 价格等 以便设计时能及时提出好的方案 较快地设计出单元电路和总体电路 2 选用集成运放时 应尽量选择 全国集成电路标准化委员会提出的优选集成 电路系列 中的产品 3 同一种功能的数字集成电路 例如或非门 可能既有 TTL 产品 又有 CMOS 产 品 而且 TTL 器件有中速 高速 甚高速 低功耗和肖特基低功耗五种不同产品 CMOS 数字器件也有普通型和高速型两种不同产品 究竟选哪种产品好呢 设计者应 当熟悉各种常用器件的主要性能和特点 以便设计时根据电路对它们的要求 作出 正确的选择 1 4 5 计算参数 在电子电路的设计过程中 常需计算某些参数 例如 在设计积分电路时 不 仅要求出电阻值和电容值 而且还要估算出集成运放的开环电压放大倍数 差模输 入电阻和转换速率各应大于多少 输入偏置电流 输入失调电压和输入失调电流及 其温漂各应小于多少等 才能根据计算结果挑选元器件 至于计算参数的具体方法 主要在于正确运用分析方法 弄清电路原理和用好计算公式 这些已在 模拟电子 技术基础 数字电子技术基础 和 高频电子线路 课程中学过 并做了不少习 题 但设计中计算参数与做习题有所不同 习题中通常将大多数参数值作为已知量 9 给出 一般只需要求一 两个参数值 而且正确的答案一般是唯一的 而设计电路 时 除了对电路性能指标的要求外 通常没有其他已知参数 几乎全部由设计者自 己选择和计算 而且理论上满足要求的参数值通常不是唯一的 给设计者提供了选 择的自由 即可根据价格 体积和货源等具体情况灵活选择 也就是说 设计中的 计算参数包括 选择 和 计算 两个方面 计算时应注意以下几点 1 各元器件的工作电流 电压 频率和功耗等应在允许的范围内 并留有适当 裕量 以保证电路在规定的条件下能正常工作 达到所要求的性能指标 并有一定 的裕量 2 对于环境温度 交流电网电压等工作条件 计算参数时应按最不利的情况考 虑 3 涉及元器件的极限参数 例如整流桥堆的耐压 时 必须留有足够的裕量 一 般按 1 5 倍左右考虑 例如 如果实际电路中三极管 Vce的最大值为 20 V 挑选三 极管时应按 V BR CEO 30 V 考虑 4 电阻值尽可能选在 1范围内 最大一般不应超过 10 其数值应在M M 常用电阻器标称值系列之内 并应根据具体情况正确选用电阻器的品种 5 非电解电容尽可能在 100 pF 至 0 1uF 范围内选择 其数值应在常用电容器标 称值系列之内 并应根据具体情况正确选择电容器的品种 6 在保证电路性能的前提下 尽可能设法降低成本 减少元器件的品种 减小 元器件的功耗和体积 并为安装调试创造有利条件 7 在满足性能指标和上述各项要求的前提下 应优先选用实验室里现有的或容 易买到的器件 以节省时间和精力 8 应把根据计算所确定的各参数值标在电路图中恰当的位置 此图实际上就是 把计算好的各参数值标注在图中 1 4 6 审图 在画出总体电路图 并计算出全部参数值以后 至少应进行一次全面审查 这 是因为在设计过程中各种计算难免错误 有些问题难免考虑不周到 也许有人会说 有点问题没关系 反正还要做实验 这种想法是不对的 下面具体说明 一 原理电路中存在的某些问题 如果不在实验前解决 可能会导致实验时损 坏元器件 二 有些设计不合理的电路 做实验可能发现不了它有问题 想通过做一次实验 发现所有的问题 有时是不切实际的 10 三 自己设计的原理电路存在一些问题是难免的 经过审图也不能保证可以发 现和解决所有的问题 但是经过仔细审查 可以发现和解决一部分或大部分问题 为实验打下较好的基础 相反 如果不审图便进行实验 即使不损坏元器件 也可 能会出现较多的问题和困难 有时甚至会感到不知所措 令人懊丧 郁闷 以致信 心不足等 总之 实验前把自己设计的原理电路全面审查一遍是明智的 如果电路比较复 杂 应多审查一 两遍 必要时可请经验丰富的同行审查 至于如何审图 有以下 几点值得注意 1 先从全局出发 检查总体方案是否合适 有无问题 再审查各单元电路的原 理是否正确 电路形式是否合适 2 检查各单元电路之间的电平 时序等配合有无问题 3 检查电路图中有无繁琐之处 是否可以化简 4 根据图中所标出的各元器件的型号 参数值等 验算能否达到性能指标 有 无恰当的裕量 5 要特别注意检查电路图中各元器件工作是否安全 尤其是 CMOS 器件 以免 实验时损坏 6 解决所发现的全部问题 若改动较多 应当复查一遍 1 4 7 实验 设计一个解决实际问题的具体电路 需要解决的问题比较多 既要考虑方案以 及用哪些单元电路 各单元电路之间怎样连接 如何配合 还要考虑用哪些元器件 它们的性能 货源 价格 体积 功耗各怎样等 而电子元器件品种繁多 性能各 异 总之 设计时要考虑的因素和问题相当多 加之经验不足 以及一些新的 集成电路功能较多 内部电路复杂 如果没有实际用过 单凭看资料很难掌握它的 各种用法和一些具体细节 因此 设计时难免考虑不周 出些差错 实践证明 对 于比较复杂的电子电路 单凭纸上谈兵 要想使自己设计的原理电路正确无误和完 善 往往是不现实的 所以常需要进行实验 通过实验可以发现问题 遇到问题时 应善于理论联系实际 深入思考 分析原因 找出解决问题的办法和途径 经测试 电路性能全部达到要求后 再画出正式的电路图 值得指出的是 有的电路相当复杂 如果全部做实验 要用很多元器件 费用 和工作量相当大 在这种情况下 一般先只实验其中关键部分或采用新技术 新电 路 新器件的部分 而那些很有把握或很成熟的部分 可以不做实验 实验成功后 再考虑制作样机 11 第二章第二章 设计举例设计举例 2 12 1 集成直流稳压电源的设计集成直流稳压电源的设计 2 1 1 设计目的设计目的 通过集成直流稳压电源的设计 安装和调试 要求学会 1 选择变压器 整流二极管 滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源 2 掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法 2 1 2 设计任务设计任务 1 集成稳压电源的主要技术指标 集成稳压电源的主要技术指标 1 同时输出 15v 电压 输出电流为 1A 2 输出纹波电压小于 5mA 稳压系数小于 输出内阻小于 0 1 3 5 10 2 设计要求 设计要求 1 电源变压器只做理论设计 2 合理选择集成稳压器 3 完成全电路理论设计 安装调试 绘制电路图 自制印刷板 4 撰写设计报告 调试总结报告及使用说明书 2 1 3 基本原理基本原理 1 直流稳压电源的基本原理 直流稳压电源的基本原理 直流稳压电源一般由电源变压器 T 整流滤波电路及稳压电路所组成 基本框图 如图 2 1 1 所示 各部分电路的作用如下 整流滤 波电路 12 图 2 1 1 直流稳压电源基本组成框图 1 电源变压器 T 的作用是将电网 220V 的交流电压变换成整流滤波电路所需要 的交流电压 变压器副边与原边的功率比为式中 为变压器的效率 i u 21 PP 2 整流滤波电路 整流电路将交流电压变换成脉动的直流电压 再经滤波电路滤除纹波 输出直 流电压 常用的整流滤波电路有全波整流滤波 桥式整流滤波 倍压整流滤波电 1 U 路如图 2 1 2 a b 及 c 各滤波电容 C 满足 1 3 5 2 L T R C 式中 T 为输入交流信号周期 为整流滤波电路的等效负载电阻 1L R 3 三端集成稳压器 常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器 均属电压串联型 下面分别介绍其典型应用 固定三端集成稳压器 正压系列 78XX 系列 该系列稳压块有过流 过热和调整管安全工作区保护 以防过载而损坏 一般不需要外接元件即可工作 有时为改善性能也加少量元件 78XX 系列又分四个子系列 即 78HXX 78XX 78MXX 和 78LXX 其差别只在输 出电流和外形 78HXX 输出电流为 5A 78XX 输出电流为 1 5A 78MXX 输出电流 为 0 5A 78LXX 输出电流为 0 1A 负压系列 79XX 系列与 78XX 系列相比 除了输出电压极性 引脚定义不同外 其他特点都相同 78XX 系列 79XX 系列的典型电路见图 2 1 3 a b c a 全波整流电容滤波电路 b 桥式整流电容滤波电路 c 二倍压整流滤波电路 图 2 1 2 几种常见整流滤波电路 a 正电压输出 b 负电压输出 业 业 业 78xx 13 c 正 负电压输出 图 2 1 3 固定三端稳压器的典型应用 可调式三端集成稳压器 正压系列 W317 系列稳压块能在输出电压为 1 25V 37V 的范围内连续可调 外接元件只需一个固定电阻和一只电位器 其芯片内也有过流 过热和安全工作区 保护 最大输出电流为 1 5A 其典型电路如图 2 1 4 所示 其是电阻 R1 与电位器 RP 组成电压输出调节器 输出电压的表达式为 0 U 1 01 25 1 P URR 式中 一般取值为 120 240 输出端与调整压差为稳压器的基准电压 典 1 R 型值为 1 25V 所以流经电阻 R 的泄放电流为 5 10mA 负压系列 W337 系列 与 W317 系列相比 除了输出电压极性 引脚定义不同 外 其他特点都相同 a 可调正压输出 b 可调负压输出 图 2 1 4 可调式三端稳压器的典型应用 2 稳压电源的性能指标及测试方法 稳压电源的性能指标及测试方法 稳压电源的技术指标分为两种 一种是特性指标 包括允许的输入电压 输出 电压 输出电压及输出电压调节范围等 另一种是质量指标 用来衡量出直流电压 的稳定程度 包括稳压系数 或电压调整率 输出电阻 或电流调整率 温度系 数及纹波电压等 测试电路如图 2 1 5 所示 这些质量指标的含义 可简述如下 业 业业 79xx 14 图 2 1 5 稳压电源性能指标测试电路 1 纹波电压 纹波电压是指叠加在输出电压上的交流分量 用示波器观测 0 U 其峰 峰值 一般为毫伏量级 也可以用交流电压表测量其有效值 但因 OPP U 不是正弦波 所以用有效值衡量其纹波电压 存在一定误差 0 U 2 稳压系数及电压调整率 稳压系数 在负载电流 环境温度不变的情况下 输入电压的相对变化引起的 电压的相对变化 即 oo u ii UU S UU 电压调整率 输入电压相对变化为时的输出电压相对变化量 即10 o u o U K U 稳压系数和电压调整率均说明输入电压变化对输出电压的影响 因此只 u S u K 需测试其中之一即可 3 输出电阻及电流调整比 输出电阻 放大器的输出电阻相同 其值为当输入电压不变时 输出电压变化 量与输出电流变化量之比的绝对值 即 o o O U r I 电流调整率 输出电流从 0 变到最大值时所产生的输出电压相对变化值 maxL I 即 o i o U K U 输出电阻和电流调整率均说明负载电流变化对输出电压的影响 因此也只 o r i K 需测试其中之一即可 2 1 4 设计指导设计指导 直流稳压电源的一般设计思路为 由输出电压 电流确定稳压电路形式 o U o I 通过计算极限参数 电压 电流和功耗 选择整流器件 由稳压电路所要求的直流 电压 直流电流 输入确定整流滤波电路形式 选择整流二极管及滤波电容 i U i I 15 并确定变压器的副边电压的有效值 电流 有效值 及变压器功率 最后由电 i U i I 路的最大功耗工作条件确定稳压器的散热措施 图 2 1 6 为集成稳压电源的典型电路 其主要器件有变压器 整流二极管 r T 滤波电容 C 集成稳压器及测试用的负载电阻 14 VDVD L R 下面介绍这些器件选择的一般原则 1 集成稳压器集成稳压器 稳压电路输入电压的确定 为保证稳压器在电网量低时仍处于稳压状态 要 I U 求 式中 是稳压器的最小输入输出压差 典 maxmin ioio UUUU min io UU 型值为 3V 按一般电源指标的要求 当输入交流电压 220V 变化时 电源应10 稳压 所以稳压电路的最低输入电压 另一方面 Immaxmin 0 9 inoIo UUUU 为保证稳压器安全工作 要求 式中是稳压器允 minmax ioio UUUU max io UU 许的最大输入输出压差 典型值为 35V 2 2 电源变压器电源变压器 确定整流滤波电路形式后 由稳压器要求的最低输入直流电压计算出变压 Imin U 器的副边电压 副边电流 I U I I 2 1 52 1 5 设计示例设计示例 设计一集成直流稳压电源 性能指标要求 连续可调 输出电流 5 12 o VV max 1 o IA 纹波电压 5mV 电压调整率 3 u K 电流调整率 1 i K 选可调式三端稳压器 W317 其典型指标满足设计要求 电路形式如图 2 1 7 所 示 图 2 1 6 集成稳压电源的典型电路 16 图 2 1 7 设计示例 1 1 器件选择器件选择 电路参数计算如下 1 确定稳压电路的最低输入直流电压 Imin U Immax min 0 9 inOIO UUUU 代入各指标 计算得 Im 123 0 916 67 in UV 我们取值 17V 2 确定电源变压器副边电压 电流及功率 Im 1 1 Iax UU ImIax II 所以我们取为 1 1A I I 变压器副边功率17 1 115 5 I UV 2 17PW 变压器的效率 则原边功率 由上分析 可选购副边电压0 7 24 3 I PW 变 16V 输出 1 1A 功率 30W 的变压器 3 选整流二极管及滤波电容 因电路形式为桥式整流电容滤波 通过每个整流二极管的反峰电压和工作电流 求出滤波电容值 已知整流二极管 1N5401 其极限参数为 滤50 5 RMD UV IA 波电容故取 2 只的 1ImIm 3 5 2 1941 3235 axin CTIUF 2200 25FV 电解电容作滤波电容 2 2 稳压器功耗估算稳压器功耗估算 当输入交流电压增加 10 时 稳压器输入直流电压最大 Im 1 1 1 1 1619 36 ax UV 所以稳压器承受的最大压差为 19 36515V 最大功耗为 ImIm 15 1 116 5 axax UIW 故应选用散热功率的散热器 16 5W 3 3 其他措施其他措施 如果集成稳压器离滤波电容较远时 应在 W317 靠近输入输出端处接上一只 1 C 17 的旁路电容 接在调整端和地之间的电容 是用来旁路电位器 RP 两0 33 F 2 C 3 C 端的纹波电压 当的容量为时 纹波抑制比可提高 20dB 减到原来的 1 10 另 3 C10 F 一方面 由于在路中接了电容 此时一旦输入端或输出端发生短路 中储存的 3 C 3 C 电荷会通过稳压器内部的调整管和基准放大管而损坏稳压器 为了防止在这种情况 下的放电电流通过稳压器 在两端并接一只二极管 3 C 1 R 2 VD W317 集成稳压器在没有容性负载的情况下可以稳定地工作 但当输出端有 的容性负载时 就容易发生自激 为了抑制自激 在输出端接一只500 5000pF 的钽电容或的铝电解电容 该电容还可以改善电源的瞬态响应 但是1 F 25 F 4 C 接上该电容以后 集成稳压器的输入端一旦发生短路 将对稳压器的输出端放电 4 C 其放电电流可能损坏稳压器 故在稳压器的输入与输出端之间 接一只保护二极管 1 VD 2 1 62 1 6 电路安装与指标测试电路安装与指标测试 1 1 安装整流滤波电路安装整流滤波电路 首先应在变压器的副边接入保险丝 FU 以防电源输出端短路损坏变压器或其他 器件 整流滤波电路主要检查整流二极管是否接反 否则会损坏变压器 检查无误 后 通电测试 可用调压器逐渐将输入交流电压升到 220V 用滑线变阻器做等效负 载 用示波器观察输出是否正常 2 2 安装稳压电路部分安装稳压电路部分 集成稳压器要安装适当散热器 根据散热器安装的位置决定是否需要集成稳压 器与散热器之间绝缘 输入端加直流电压 可用直流电源作输入 也可以用调试好 1 U 的整流滤波电路作输入 滑线变阻器作等效负载 调节电位器 RP 输出电压应随之 变化 说明稳压电路正常工作 注意检查在额定负载电流下稳压器的发热情况 3 3 总装及指标测试总装及指标测试 将整流滤波电路与稳压电路相连接并接上等效负载 测量下列各值是否满足设 计 要求 1 为最高值 电网电压为 242V 为最小值 此例为 5V 测稳压器 I U O U 输入 输出端压差是否小于额定值 并检查散热器的温升是否满足要求 此时应使 输出电流为最大负载电流 2 为最低值 电网电压为 198V 为最大值 此例为 12V 测稳压器 I U O U 输入 输出端压差是否大于 3V 并检查输出稳压情况 如果上述结果符合设计要求 便可按照前面介绍的测试方法 进行质量指标测 试 2 1 72 1 7 同时输出同时输出电压 输出电流为电压 输出电流为 1A1A 的稳压电源的稳压电源15V 18 2 1 82 1 8 设计实验报告要求 设计实验报告要求 1 画出设计原理图 列出元器件清单 2 叙述直流稳压电源的工作原理 3 整理实验数据 4 调试中出现什么故障 如何排除 5 分析整体测试结果 6 写出本设计的心得体会 FU 1 2 3 4 IN4007 4 0 33uF 0 33uF0 1uF 0 1uF 3300uF 50V 3300uF 50V KS 220V 50Hz 50W 20V 20V 7815 7915 15V 1A 15V 1A 19 2 22 2 晶闸管的特性与应用晶闸管的特性与应用 2 2 12 2 1 设计目的设计目的 1 掌握晶闸管的基本特征及判断与测试 2 熟悉晶闸管的基本实际应用 3 了解晶闸管产品系列及其工程选用常识 2 2 22 2 2 基本知识基本知识 晶闸管是晶体闸流管的简称 晶闸管能在高电压 大电流条件下工作 并且工 作过程可以控制 它的出现 使半导体器件得以从弱电领域进入了强电领域 所以 晶闸管是一种功率半导体器件 或者说是一种电力电子器件 它具有体积小 占地 少 重量轻 无噪声 效率高 寿命长 操作维修方便等优点 在可控整流 交流 调压 无触点开关 逆变电源 变频调速 自动控制等方面获得了广泛应用 一 晶闸管的内部结构 常见外形和电路符号 1 普通晶闸管的内部结构 是由四层 P N P N 材料形成三个 PN 结 内部可 等效为由一个 PNP 晶体管和一个 NPN 晶体管组合构成 引出三个外引脚的四层三端 半导体器件 其最基本 最重要的特征是 可以用弱电流小电压控制大电流高电压 图 2 2 1 即为普通晶闸管的内部结构 常见外形和电路符号图 20 图 2 2 1 普通晶闸管的结构和符号图 2 晶闸管按其结构和用途不同可分为 普通晶闸管和特殊晶闸管 特殊晶闸管 有双向晶闸管 逆向晶闸管 高频 快速 晶闸管 BTG 晶闸管 门极关断晶闸管 光控晶闸管 热敏晶闸管 四极晶闸管和晶闸管模块等 其中最常用的是普通晶闸 管和双向晶闸管 各类晶闸管的电路符号如表 2 2 1 所示 表 2 2 1 常用晶闸管的电路符号 二 晶闸管的主要参数 晶闸管的参数反映了晶闸管的性能优劣 是正确选择和使用晶闸管的依据 因 此 对其应有清楚的了解 其主要参数有 正向重复峰值电压 反向重复峰 DRM U 值电压 正向平均电流 维持电流 控制极触发电压 控制 RRM U F I H I G U 触发电流等 但在工程应用选型中 晶闸管有两个参数较重要 即允许通过的 G I 最大工作电流和最高耐压 这两个参数把握好了 则一般应用即可完全满足要求 三 晶闸管的选用 晶闸管的选用 应根据应用电路的具体要求而合理选用 1 如用于可控整流 交流调压 逆变电源等方面 则可选用普通晶闸管 2 如用于无触点开关 交流线性调速 无级调光 固态继电器控制等 则可选 用双向晶闸管 3 如用于变频调速 斩波器 可控逆变电源 电子开关等方面 则可选用可关 断晶闸管 4 晶闸管有许多优点 但也有其较突出的弱点 就是其过载能力差 应采取适 当保护措施 2 2 3 测试测试 一 内容 1 认识和区别各类主要晶闸管的外观特征 2 测试判断晶闸管的 A K G 极和 G T1 T2 级 3 检查判断晶闸管的好坏和相关性能 二 器材 1 万用表一只 21 2 晶闸管 3CT021 024 2N1596 3CTS1 33CTS5 2N6073 KP5 KP200 等各 若干只 三 步骤 1 认识和区别各类主要晶闸管的外观特征 晶闸管的外形有小功率晶闸管 大功率晶闸管 引脚大都为三极 但也有多极如四极的 类别有普通晶闸管和特殊 晶闸管 外观有圆形 扁形 螺栓形的塑封或金属封装 2 用万用表检查判别测试普通晶闸管 A G K 极 单向晶闸管的三个极可 以用万用表电阻档 R 100 来区分 其 G K 之间相当一个二极管 G 为二极管正 极 K 为二极管负极 所以按照测二极管的方法 找出三个极中的两个极 测其正反 向电阻 电阻小的一次 万用表黑表笔接的是 G 极 红表笔接的是 K 极 剩下的一 个极就是 A 极 如果按上述方法反复测量 都不能得出正确结果 则证明晶闸管已 损坏 3 用万用表判别测试双向晶闸管 G T1 T2 极 双向晶闸管是属于 NPNPN 五层结构的半导体器件 由于其正反双向都可以导通 故不再有阳极与阴极之分了 所以 三个电极分别是控制极 G 主电极 T1 T2 1 首先确定 T2 控制极 G 与 T1 极之间的距离较近 其正反向电阻都很小 用万用表 R 1 档测量 G T1 任意两脚之间的电阻时仅几十欧 而 G T2 T1 T2 之 间的反向电阻均为无穷大 这表明 如果测出某脚和其他两脚都不通 就能确定该 脚为 T2 极 有散热板的双向晶闸管 T2 极往往与散热板相连通 2 确定 T2 极之后 假设剩下两脚中某一脚为 T1 极 另一脚为 G 极 把黑表 笔接 T1 极 红表笔接 T2 极 并在红表笔不断开与 T2 极连接的情况下 把 T2 极与 G 极瞬时短接一下 给 G 极加上负触发信号 电阻值如为 10 左右 证明晶闸管已 经导通 导通方向为 T1 T2 上述假设的两极正确 如万用表没有指标 电阻值仍为 无穷大 则说明管子没有导通 假设错误 可改变两极连接表笔再测 3 把红表笔接 T1 极 黑表笔接 T2 极 然后使 T2 极与 G 极瞬时短接一下 给 G 极加上正触发信号 电阻仍为 10 左右 证明管子再次导通 导通方向为 T2 T1 上述测试方法 表明双向晶闸管具有双向触发性质 如果按上述两种假设方法测量 都不能使双向晶闸管触发导通 则证明晶闸管已损坏 四 预习要求 1 复习理认教材有关半导体 PN 结的基本知识内容 2 预习本实训教材与晶闸管有关的基本知识内容 五 报告要求 1 分析各部分测试实训结果及测试工作原理 2 回答问题 双向晶闸管有一个控制析和两个主电极 T1 和 T2 是不是 可以任意互换使用呢 22 2 2 4 基本应用基本应用 1 应用课题 应用课题 无级线性调光台灯应用电路 2 工作原理 工作原理 双向晶闸管是目前较理想的交流开关器件 普遍用于工业 交通 家用电器等 领域 实现交流调压 电机调速 交流开关 路灯自动开启与关闭 温度调控 台 灯调光 舞台调光等多种功能电路中 本实训应用即采用了双向晶闸管 电路如图 2 2 2 所示 其中触发电路由阻容移 相网络 RP1 C 和双向二极管构成 SA 闭全后 C 被充电 当 C 两端电压大于 双向二极管导通电压后 C 向晶闸管放电 提供触发电压 使双向晶闸管导通 调节 RP1 可改变 C 的充电速率 从而改变晶闸管的导通角 实现无级线性调光 RP2 起 微调作用 使灯有一个合适的亮度变化范围 3 器材 器材 1 双向晶闸管 TLC336A 1 只 2 双向二极管 DB3 1 只 3 万用电表 1 只 4 电阻 导线 若干 4 步骤 步骤 1 按图 2 2 2 正确连接电路 检查无误后 接通电源 图 2 2 2 晶闸管交流线性无级调光电路图 2 把 RP2 阻值调到最大 3 调 RP1 使灯丝刚发红 固定 RP1 阻值 4 调 RP2 可使灯泡从刚刚发亮到最亮 5 如电路反常 则对照原理图进行分析 排除故障 直至电路工作正常 6 3A 400V 双向晶闸管的管脚排列 3A 400V T1 T2 G 23 7 可用两个 1N400 二极管代替 DB3 5 预习要求 预习要求 1 复习进认教材有关半导体 PN 结的基本知识 掌握晶闸管的工作原理 2 认真阅读分析电路图 2 2 2 的工作过程 3 以图 2 2 2 实训电路为例 请自行设计一个晶闸管的小型应用电路 6 报告要求 报告要求 1 简要总结单向和双向晶闸管和工程选用方法 2 回答问题 晶闸管无级线性调光台灯应用中的触发电路如不采用双向二极管 应如何解决 2 32 3 音频信号发生器与功率放大器的设计与制作音频信号发生器与功率放大器的设计与制作 2 3 1 设计目的设计目的 1 要求了解集成运算放大器和集成功率放大器的工作原理 掌握应用电路的 设 计与主要性能参数的测试方法 2 了解由集成运算放大器组成的 RC 振荡器 文氏电桥 的工作原理 掌握其 设计及实现方法 学会 RC 振荡器 文氏电桥 的调整及测试方法 3 了解功率放大器的工作原理 学会集成功率放大器技术指标的测试方法 4 要求掌握音频功率放大器的电路设计及实现方法以及小型电子线路的组合 装调技术 2 3 2 设计内容及工作任务设计内容及工作任务 1 音频信号发生器的设计及制作 有能力的学生还可以进行话筒放大电路的 设 计及制作 2 功率放大器的设计及制作 3 主要技术指标 频率范围 20Hz 1000Hz 频率准确度 1 Hz 频率稳定度 1 小时 失真度 小于 3 24 输出功率 10W 输出频率范围可分为若干波段 可利用话筒放大电路进行语音放大 输出功率小于 1W 时可选用 LM386 功率集成电路进行功率大 2 3 3 基本原理图基本原理图 1 文氏电桥电路 2 功率放大电路 话筒放大参考电路 2 3 4 主要技术指标及测试方法主要技术指标及测试方法 1 设计制作 RC 振荡电路 文氏电桥电路输出的 A 点 正弦波频率 HzHzfPPCKR HzHzfCKR HzHzfCKR 1007 536 1502200 56 623 295 471472 43 353 19 033 0 1 0 3 11 11 11 调节 RP1 及 100K 电位器得到一定幅度的 频率可调的 不失真的正弦波输出 2 设计制作功率放大电路 25 该级电路采用了集成功率放大电路 TDA2030A TDA2030A 输出端的直流电位为 Ec 2 通过反馈电阻 R5 100K 使反相输入端的直流电位亦为 Ec 2 采用 R2 100K 和 R3 100K 分压取得 Ec 2 的电压经过 R4 100K 加到同相端 本级电路采用同相输 入 接入 R4 以保证有适当高的输入电阻 R6 R5 C3 2 2uF 组成交流负反馈电路 已知R6 4 7K R5 100K 同相输入放大器的增益Av 1 R5 R6 1 100 4 7 22 电路原理图中的2200uf和 0 1为去耦电容 如果采用同一电源给多级电路供电 它们的作用是可以避免各级电 路之间通过电源内阻产生寄生耦合而自激 本电路中取用2200 F 25V电解电容去耦 3 调试 先分别调试单元电路 单元电路正常工作后 再进行整机调试 1 调整测试RC振荡电路输出电压的技术指标并观察输出波形 2 调整测试功率放大电路输出电压的技术指标并观察输出波形 3 两个单级都正常工作后 再将两级连接起来 观察波形和试听 以检查整 个电路的工作是否正常 这样可以提高调试效率和准确度 4 TDA2030引出脚与电路的连接线要短 否则不仅易产