模數(shù)電設(shè)課程設(shè)計(jì)---直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　設(shè) 計(jì) 題 目： 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 數(shù)字電子時(shí)鐘設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院 名 稱： 電子與信息工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化

2、 </p><p>　　班 級(jí)： 電氣091 </p><p>　　姓 名： 學(xué)號(hào)： </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師：

3、 </p><p>　　2011年 1月 15日</p><p><b>　　直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容、任務(wù)、要求</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)1A直流穩(wěn)壓電源，要求如下： </p><p>　　a).電源帶短路保護(hù)；<

4、;/p><p>　　b).電壓5V~8V可調(diào)；</p><p>　　c).用分立元件設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源電路由降壓電路、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成，以下分別說(shuō)明各部分電路的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　降壓電

5、路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　降壓電路部分由一變壓器構(gòu)成，將220V交流電降至所需的15V左右.</p><p><b>　　整流濾波電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源采用二極管橋式電路作為電壓信號(hào)的整流部分，以達(dá)到全波整流的目的。濾波部分采用兩電容并聯(lián)，以得到較為平整的直流電壓信號(hào)。</p>

6、<p>　　整流電路的任務(wù)是將交流電變?yōu)槊}動(dòng)的直流電流。利用二極管的單向?qū)щ娦?，可以將方向和大小交變的電流變換為脈動(dòng)的直流電流。二極管橋式整流電路由電源變壓器和4個(gè)整流二極管組成，4個(gè)二極管連接成“橋”式結(jié)構(gòu)。兩個(gè)二極管與陰極連接，哪個(gè)二極管的陽(yáng)極電位高，哪個(gè)二極管優(yōu)先導(dǎo)通。一個(gè)二極管導(dǎo)通后，另一個(gè)二級(jí)管因承受反向電壓而截止；又有兩個(gè)二極管與陽(yáng)極連接，哪個(gè)二極管的陰極電位低，哪個(gè)二極管優(yōu)先導(dǎo)通，一個(gè)二極管導(dǎo)通后，另一個(gè)二極管

7、因承受反向電壓而截止。橋式整流克服了全波整流要求二極管耐壓高的缺點(diǎn)，同時(shí)保留了全波整流輸出電壓高、脈動(dòng)系數(shù)小的優(yōu)點(diǎn)，它的缺點(diǎn)是多用了兩個(gè)二極管。</p><p>　　為了獲得平穩(wěn)的直流電，在整流電路的后面還需要增加濾波電路，濾波電路由電抗元件組成，這里的濾波部分采用兩電容并聯(lián)。從阻抗的角度看，電容器對(duì)交流信號(hào)和直流信號(hào)的阻抗不同，與負(fù)載并聯(lián)的電容對(duì)直流信號(hào)相當(dāng)于開路，而對(duì)交流信號(hào)阻抗很小，所以脈動(dòng)直流電流中的絕大

8、部分交流分量從電容上經(jīng)過，而絕大部分直流分量從負(fù)載上經(jīng)過，使負(fù)載兩端的電壓比較平滑。從能量的角度來(lái)看，由于電容器有儲(chǔ)能作用，與負(fù)載并聯(lián)的電容，在電源供給的電壓升高時(shí)，它就把能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，而當(dāng)電源電壓降低時(shí)，就把能量釋放出來(lái)，使負(fù)載電壓較為平滑，即電容具有平波作用。電容不斷地充、放電，使得負(fù)載得到一個(gè)脈動(dòng)較小的鋸齒波電壓。加了電容器后，輸出電壓的脈動(dòng)成分降低了，輸出電壓的平均值提高了。</p><p><b&

9、gt;　　穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　保護(hù)環(huán)節(jié)：T3起短路保護(hù)的作用；</p><p>　　取樣環(huán)節(jié)：由R3,RW,R4組成的分壓電路構(gòu)成，它將輸出電壓U0分出的一部分作為取樣電壓U4送到比較放大環(huán)節(jié)。</p><p>　　基準(zhǔn)電壓：由穩(wěn)壓二極管DZ和電阻R2構(gòu)成的穩(wěn)壓電路組成，它為電路提供一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓UDZ,作為調(diào)整，比較的標(biāo)準(zhǔn)。

10、</p><p>　　比較放大環(huán)節(jié)：由T2和R1構(gòu)成的直流放大器組成，其作用是將取樣電壓U4與基準(zhǔn)電壓UDZ之差放大后去控制調(diào)整管T1。</p><p>　　整流環(huán)節(jié)：由工作在線性放大區(qū)的功率管T1組成，T1的基極電流IB1受比較放大電路輸出的控制，它的改變又可使集電極電流IC1和集、射電壓UCE1改變，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)整穩(wěn)定輸出電壓的目的。</p><p>　　直流

11、穩(wěn)壓電源總電路圖 </p><p>　　帶有短路保護(hù)的直流穩(wěn)壓電源電路圖</p><p><b>　　元器件</b></p><p><b>　　變壓器一個(gè)</b></p><p>　　整流濾波電路部分：二極管（4個(gè)）、1000μF/25V電解電容、普通電容</p><p>

12、<b>　　穩(wěn)壓電路部分</b></p><p>　　電阻：3.3KΩ（1個(gè)）、 1KΩ（4個(gè)）、 510Ω（2個(gè)）、 10Ω（1個(gè)）</p><p>　　電位器：703 10ΩK（1個(gè)） 發(fā)光二極管（1個(gè)）</p><p>　　穩(wěn)壓管：C2V7 ST 2.7V（1個(gè)）</p><p>　　三極管：S

13、9014 NPN型硅晶體管（2個(gè)）</p><p>　　2SD313 NPN型功率晶體管（1個(gè)）</p><p>　　查資料獲得部分元器件參數(shù)、外觀及引腳排列：如S9014、2SD313、穩(wěn)壓管：C2V7 ST</p><p><b>　　參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　a) 發(fā)光二極管工作電流為10mA，故R

14、=510Ω；</p><p>　　b) 穩(wěn)壓管工作電壓選2.7V，工作電流為5mA，則R2=510Ω</p><p>　　c) R3、RW、R4構(gòu)成條壓電路，R3=1KΩ，R4=1KΩ，RW=10KΩ</p><p>　　d) R1為 T1偏置電阻，R1=1KΩ</p><p>　　e) Ub3≤4V,則R5=3.3KΩ，R6=1KΩ<

15、/p><p>　　元器件好壞的判斷方法</p><p>　　a).發(fā)光二極管好壞的判斷：用萬(wàn)用表測(cè)量，大致判斷發(fā)光二極管的好壞。用萬(wàn)用表的紅黑表筆分別測(cè)二極管兩向的電阻，若正向電阻幾乎為零，反向電阻無(wú)窮大，則二極管大約是好的，只要在看它能不能發(fā)光即可。將兩塊相同的萬(wàn)用表串聯(lián)起來(lái)，其中一塊表的“+”表筆接待測(cè)管的負(fù)極，另一塊表的“—”表筆接待測(cè)管的正極。兩塊表同時(shí)打到檔位高點(diǎn)的電阻檔，正常情況下

16、，接通后二極管就能正常發(fā)光。若亮度很低甚至不發(fā)光，可將兩表的電阻檔位打得低一點(diǎn)，若仍很暗甚至不發(fā)光，則說(shuō)明該管性能不良或已損壞。要注意的是，不能一開始就將兩塊表的電阻檔位打得很低，以免電流過大，損壞發(fā)光二極管。</p><p>　　b).三極管好壞的判斷：用萬(wàn)用表的電阻檔分別測(cè)任意兩個(gè)引腳間的電阻，若管子是好的就只有一對(duì)腳電阻低，如果電阻都是小的的話就是燒掉了。如果在測(cè)量中找不到公共的b極，該三極管也為壞管子。&

17、lt;/p><p>　　c).穩(wěn)壓管好壞的判斷：穩(wěn)壓管也具有單向?qū)щ娦?，其判斷方法和二極管一樣</p><p><b>　　制作調(diào)試</b></p><p><b>　　電路的制作</b></p><p>　　觀察電路原理圖根據(jù)要求合理布局，最大限度減少叉線和飛線，降低干擾，形成合理、美觀、簡(jiǎn)潔的接線布

18、局。</p><p>　　焊接電路前先檢查各元器件的質(zhì)量，是否能正常工作，讀出色環(huán)電阻阻值，注意三極管的引腳排列，判斷二極管、發(fā)光二極管以及電解電容的極性。</p><p>　　焊接時(shí)分級(jí)安裝，分層焊接。按照直流穩(wěn)壓電源四級(jí)電路分級(jí)安裝。 </p><p>　　元件焊接完成后，用導(dǎo)線將各元件合理連接起來(lái)。注意接線順序，盡量不要使線相互交錯(cuò)。 </p>

19、<p><b>　　電路的調(diào)試</b></p><p>　　調(diào)試之前，不要通電，先檢查電路連線是否正確，各元件引腳是否焊接正確，各焊點(diǎn)是否符合要求，有無(wú)漏接的導(dǎo)線、漏焊的元件，有無(wú)元件短路，有無(wú)假焊、虛焊等現(xiàn)象。</p><p>　　接入電路前，將電位器的滑片調(diào)至電位器最上端位置，以免電壓過大燒壞負(fù)載電阻。接通電源后，先觀察電路有無(wú)異常現(xiàn)象，如器件冒煙，出現(xiàn)

20、異味等。若有，則立即斷電檢查，檢查后無(wú)誤再接通電源，測(cè)定各參數(shù)是否符合要求。 </p><p>　　調(diào)試時(shí)出現(xiàn)的問題及解決方法： ①電源通電后，LED不亮，后發(fā)現(xiàn)LED的正級(jí)只是焊上沒有借入電路。②接通電源后，過一會(huì)兒負(fù)載電阻RL會(huì)發(fā)熱且出現(xiàn)冒煙和難聞的氣味的現(xiàn)象，經(jīng)分析是由于電阻上的電流過大引起的，電路本身并沒有錯(cuò)誤。</p><p><b>　　參數(shù)測(cè)定</b>&

21、lt;/p><p>　　短路電流I；Ui 8V~12V變化時(shí)空載電壓U0、負(fù)載電壓UL的變化值。</p><p>　　保持載電阻RL接通狀態(tài)</p><p>　　將輸入端接入12V直流電壓，調(diào)節(jié)變阻器RW使輸出負(fù)載電壓UL1為5V。</p><p>　　將輸入端接入10V直流電壓，不動(dòng)變阻器RW測(cè)量輸出負(fù)載電壓UL2。</p>&

22、lt;p>　　將輸入端接入8V直流電壓，不動(dòng)變阻器RW測(cè)量輸出負(fù)載電壓UL3。</p><p><b>　　將負(fù)載電阻RL剪短</b></p><p>　　輸入接入12V直流電壓，測(cè)量空載電壓U01。</p><p>　　輸入接入10V直流電壓，測(cè)量空載電壓U02。</p><p>　　輸入接入8V直流電壓，測(cè)量空

23、載電壓U03。</p><p><b>　　分析</b></p><p><b>　　數(shù)據(jù)分析</b></p><p>　　由測(cè)定參數(shù)可知，穩(wěn)壓電源的空載電壓、短路電流以及負(fù)載電壓。同時(shí)可知Ui 8V~12V變化時(shí)U0、UL隨Ui的變化及關(guān)系。</p><p>　　Ui 8V~12V變化時(shí)U0、

24、UL的變化值</p><p>　　Ui= 8V U0=4.75V UL=4.55V</p><p>　　Ui= 10V U0=5.05V UL=4.80V</p><p>　　Ui= 12V U0=5.20V UL=5.0V</p><p>　　當(dāng)輸入電壓增加時(shí)，空載輸出電壓U0也會(huì)有所增加，負(fù)載輸出電壓UL也會(huì)有所

25、增加。當(dāng)輸入電壓相同時(shí)，空載輸出電壓U0大于負(fù)載輸出電壓UL。</p><p>　　U0，UL與Ui的關(guān)系接近于線性關(guān)系。</p><p>　　短路電流I=11mA</p><p><b>　　誤差分析</b></p><p>　　所選用的電子元器件標(biāo)示的參數(shù)與其真實(shí)參數(shù)之間有誤差。</p><p&g

26、t;　　焊接時(shí)鏈接各個(gè)元器件之間的導(dǎo)線有電阻，帶入一定的誤差。</p><p>　　參數(shù)測(cè)定過程中三極管會(huì)發(fā)熱，影響其靜態(tài)工作點(diǎn)會(huì)產(chǎn)出誤差。</p><p>　　校準(zhǔn)時(shí)輸入12V輸出通過調(diào)節(jié)RW使輸出為5V調(diào)RW時(shí)有誤差。</p><p>　　部分元器件引腳排列、參數(shù)說(shuō)明</p><p>　　S9014外觀及引腳排列主要參數(shù)表</p&g

27、t;<p><b>　　主要參數(shù)</b></p><p><b>　　S9014特性曲線</b></p><p>　　2SD313外觀及引腳排列主要參數(shù)表</p><p>　　2SD313實(shí)物圖 2SD313引腳圖</p><p>　　2SD313特性曲線&

28、lt;/p><p>　　穩(wěn)壓管C2V7 ST ,其外觀、特性曲線、主要參數(shù)</p><p>　　穩(wěn)壓管的外觀及引腳圖 穩(wěn)壓管的特性曲線</p><p><b>　　總結(jié)或體會(huì) </b></p><p>　　通過直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)和理解了很多的專業(yè)知識(shí)。</p>

29、;<p>　　在制作直流穩(wěn)壓電源時(shí)得用到很多電子元器件比如：電位器；電阻；發(fā)光二極管；穩(wěn)壓管；三極管S9014；三極管2SD313 等等。通過此次學(xué)習(xí)我知道了關(guān)于三極管2SD313的一些知識(shí)、它的3個(gè)引腳排列、它的樣子極其一些具體的參數(shù)；明白了發(fā)光二極管的正負(fù)極判斷等等。</p><p>　　我終于搞懂了怎樣能進(jìn)行快速而準(zhǔn)確的焊接，確保在焊接的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)短路，斷路的現(xiàn)象。</p>&

30、lt;p>　　元器件焊接好之后元器件之間的連接導(dǎo)線要十分注意，因?yàn)樵诤附雍煤笫呛茈y改變的，改變后部但影響外觀，也可能損壞元器件，連接好后的導(dǎo)線做到橫平豎直，有些導(dǎo)線為了防止短路要在線路板反面焊接，</p><p>　　我們可以先在書上按順序把實(shí)物元器件擺放好，然后再在線路板上連接。</p><p>　　在焊接的過程中，要快準(zhǔn)，因?yàn)槿绻豢斓脑捀邷乜赡軗p壞元器件。</p>

31、<p>　　這次試驗(yàn)更加加深了對(duì)我們這專業(yè)的認(rèn)識(shí)，它不僅讓我們學(xué)到理論知識(shí)，還一定程度上鍛煉了我們的動(dòng)手能力，使我們學(xué)到了再課堂上學(xué)不到的東西，受益匪淺。</p><p>　　在試驗(yàn)的過程中也讓我意識(shí)到一些問題，我們平時(shí)僅僅學(xué)習(xí)理論知識(shí)，所以動(dòng)手能力還比較欠缺，所以我們應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)這方面的鍛煉，更好地做到理論和實(shí)踐相結(jié)合</p><p>　　總之這次實(shí)習(xí)我學(xué)到了很多，受益匪淺，也

32、感謝老師的認(rèn)真教導(dǎo)。</p><p><b>　　數(shù)字電子時(shí)鐘設(shè)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的及任務(wù)要求</b></p><p>　　用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一臺(tái)能顯示日、時(shí)、分、秒的數(shù)字電子鐘，要求如下：</p><p>　　由晶振電路產(chǎn)生1Hz標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)。</p>

33、<p>　　秒、分為00～59六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。</p><p>　　時(shí)為00～23二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。</p><p>　　周顯示從1～日為七進(jìn)制計(jì)數(shù)器。</p><p>　　可手動(dòng)校時(shí)：能分別進(jìn)行秒、分、時(shí)、日的校時(shí)。只要將開關(guān)置于手 動(dòng)位置，可分別對(duì)秒、分、時(shí)、日進(jìn)行手動(dòng)脈沖輸入調(diào)整或連續(xù)脈沖輸入的 校正。</p>&l

34、t;p>　　整點(diǎn)報(bào)時(shí)：整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路要求在每個(gè)整點(diǎn)前嗚叫五次低音（500Hz）， 整點(diǎn)時(shí)再嗚叫一次高音（1000Hz</p><p><b>　　元器件</b></p><p><b>　　直流穩(wěn)壓電源</b></p><p>　　集成電路塊：CD4060、74LS7400、74LS192、74LS248及門電路<

35、;/p><p>　　晶振：32768 Hz</p><p>　　電容：100μF/16V、22pF、3～22pF之間</p><p>　　電阻：200Ω、10KΩ、22MΩ</p><p>　　電位器：2.2KΩ或4.7KΩ</p><p>　　數(shù)顯：共陰顯示器LC5011-11</p><p>&

36、lt;b>　　開關(guān)：?jiǎn)未伟存I</b></p><p><b>　　三極管：8050</b></p><p>　　喇叭：1 W /4，8Ω</p><p><b>　　電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒、分、時(shí)、日的計(jì)時(shí)裝置，并且可以手動(dòng)調(diào)整時(shí)間，可以

37、整點(diǎn)報(bào)時(shí)。 </p><p>　　數(shù)字電子鐘的電路組成方框圖如圖1所示。</p><p>　　圖1 數(shù)字電子鐘框圖</p><p>　　由圖1可見，數(shù)字電子鐘由以下幾部分組成：石英晶體振蕩器和分頻器組成的秒脈沖發(fā)生器；校時(shí)電路；六十進(jìn)制秒、分計(jì)數(shù)器，二十四進(jìn)制（或十二進(jìn)制）計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器；秒、分、時(shí)的譯碼顯示部分等。</p><p><b

38、>　　參考電路</b></p><p><b>　　分析</b></p><p><b>　　秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量，本設(shè)計(jì)選用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。如晶振為32768 Hz，通過15

39、次二分頻后可獲得1Hz的脈沖輸出，電路圖如圖2所示。</p><p>　　圖2 秒脈沖發(fā)生器</p><p><b>　　計(jì)數(shù)器譯碼顯示部分</b></p><p>　　秒、分、時(shí)、日分別為60、60、24、7進(jìn)制計(jì)數(shù)器、秒、分均為60進(jìn)制，即顯示00～59，它們的個(gè)位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制。時(shí)為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，顯示為00～23，個(gè)位仍為十

40、進(jìn)制，而十位為三進(jìn)制，但當(dāng)十進(jìn)位計(jì)到2，而個(gè)位計(jì)到4時(shí)清零，就為二十四進(jìn)制了。</p><p><b>　　計(jì)數(shù)器部分</b></p><p>　　計(jì)數(shù)器采用74LS192四位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，譯碼顯示部分</p><p>　　所有計(jì)數(shù)器的譯碼顯示均采用BCD—七段譯碼器，顯示器采用共陰或共陽(yáng)的顯示器。</p><p>&l

41、t;b>　　表1.1 狀態(tài)表</b></p><p><b>　　校時(shí)電路</b></p><p>　　在剛剛開機(jī)接通電源時(shí)，由于日、時(shí)、分、秒為任意值，所以，需要進(jìn)行調(diào)整。置開關(guān)在手動(dòng)位置，分別對(duì)時(shí)、分、秒、日進(jìn)行單獨(dú)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)脈沖由單次脈沖或連續(xù)脈沖輸入。</p><p><b>　　整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路</b&g

42、t;</p><p>　　當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)器在每次計(jì)到整點(diǎn)前六秒時(shí)，需要報(bào)時(shí)，這可用譯碼電路來(lái)解決。即當(dāng)分為59時(shí)，則秒在計(jì)數(shù)計(jì)到54時(shí)，輸出一延時(shí)高電平去打開低音與門，使報(bào)時(shí)聲按500Hz頻率嗚叫5聲，直至秒計(jì)數(shù)器計(jì)到58時(shí)，結(jié)束這高電平脈沖；當(dāng)秒計(jì)數(shù)到59時(shí)，則去驅(qū)動(dòng)高音1KHz頻率輸出而鳴叫1聲。</p><p><b>　　圖4 參考電路</b></p>

43、<p><b>　　元器件介紹</b></p><p>　　74LS192的介紹</p><p>　　圖3 74LS192的引腳排列及邏輯符號(hào) </p><p><b>　　建議操作條件： </b></p><p>　　圖4 74LS192的主要參數(shù)</p&g

44、t;<p><b>　　74LS00的介紹</b></p><p>　　74LS00引腳圖 74LS00原理圖</p><p><b>　　制作調(diào)試</b></p><p>　　按照原理圖連接實(shí)物電路之后將輸入信號(hào)接入連續(xù)脈沖信號(hào)，看數(shù)碼管是否按預(yù)定的進(jìn)制顯示。&l

45、t;/p><p>　　LED各位顯示的順序是123012389，經(jīng)過分析檢查發(fā)現(xiàn)時(shí)秒鐘各位的信號(hào)輸出Q2端的接線是斷路，更換新線秒鐘能夠完整顯示00~59.</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　這次試驗(yàn)較上次來(lái)說(shuō)增加了不少的難度，關(guān)鍵是要自己動(dòng)手去實(shí)際試驗(yàn)，而我們平時(shí)在這方面的練習(xí)是很少的，而且接線很復(fù)雜，如果在實(shí)驗(yàn)的過程

46、中不小心的話很容易把你接錯(cuò)，有時(shí)候接錯(cuò)還可以改過來(lái)，但是有的線路接錯(cuò)就會(huì)燒毀實(shí)驗(yàn)儀器，所以在接線的過程中一定要小心。還有在接線的過程中遇到一些問題。第一個(gè)問題就是在實(shí)驗(yàn)的過程中74LS192和74LS00之間的連線不太清楚，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)一直無(wú)法成功，然后向同學(xué)請(qǐng)教后順利接好線。還有在線完全接好后但是還是無(wú)法正確顯示數(shù)字，最后對(duì)線進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有根線是壞的，所以在實(shí)驗(yàn)之前一定要對(duì)線和儀器進(jìn)行檢測(cè)。這樣才能保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。這次實(shí)驗(yàn)讓我學(xué)到很