电子课程设计报告--直流稳压电源的设计.doc

课程设计报告专 业： 电子信息工程 班 级： 电信1001 姓 名： 唐辉 指导教师： 周莹莲、陈敏佳 二0 一0 年 6 月 6 日 1、课程的任务与要求1）.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“电子技术”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。2）.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。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。2 设计任务书： 课题一：直流稳压电源的设计1、要求：（1）、输出电压5v、+12v、-12v三档；（2）、输出电流：最大电流1a；（3）、纹波电压峰值vop-p5mv，稳压系数sr5%，电网电压波动正负10%。2、可提供的主要电子元器件 表1 材料清单带中间抽头的16v/40w变压器4个整流二极管in4002三端集成稳压器7805、7812、79121000uf、100uf、0.1uf电容若干课题二：方波、三角波函数发生器1、要求：(1)：输出波形 方波、三角波。(2)：频率范围 频率范围1hz10hz,10hz100hz。(3)：输出电压 方波的输出电压峰峰值为10v, 三角波峰峰值、正弦波峰峰值1v.(4):波形特性 表征正弦波特性的参数是非线性失真r1,一般要求r13%：表征三角波特性的参数是非线性系数是 r2,一般要求r21a；（3）、纹波电压峰值vop-p5mv，稳压系数sr5%，电网电压波动正负10%。1.3、设计报告内容1.3.1、直流稳压电源部分电路图 7图1-1 直流稳压电源电路图1.3.2、直流稳压电源设计思路（1）电网供电电压交流220v(有效值)50hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大。（3）脉动大的直流电经滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，保留其直流成份。（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载rl。1.3.3、直流稳压电源原理直流稳压电源是一种将220v工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220v交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。（2）整流电路：利用单向导电元件，把50hz正弦交流电变换成脉动的直流电（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图1-1所示。在u2的正半周内，二极管d1、d4导通，d2、d3截止；u2的负半周内，d2、d3导通，d1、d4截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻rl，且方向是一致的。在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即 。电路中的每只二极管承受的最大反向电压为 (u2是变压器副边电压有效值)。在设计中，常利用电容器两端电压不能突变和流过电感器电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：uo1=(1.11.2)u2，直流输出电流： （i2是变压器副边电流的有效值。），稳压电路可选集成三端稳压器电路。 2、方波、三角波和正弦波信号发生器的设计2.1、设计目的 （1）、研究波形发生电路的特性。 （2）、学习波形发生电路的设计方法以及主要技术指标的测试方法。 （3）、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。2.2、设计任务与要求设计任务：设计由集成运算放大器和晶体管放大器组成的方波三角波正弦波函数发生器。系统图如下： 图2-2要求：(1)：输出波形 正弦波、方波、三角波。(2)：频率范围 频率范围1hz10hz,10hz100hz。(3)：输出电压 方波的输出电压峰峰值为10v, 三角波峰峰值、正弦波峰峰值1v.(4):波形特性 表征正弦波特性的参数是非线性失真r1,一般要求r13%：表征三角波特性的参数是非线性系数是 r2,一般要求r22%；表征方波的参数是上升时间一般要求小于100ns（1khz,最大输出时）。2.3、设计过程内容2.3.1、整流电路 整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路。有半波整流和全波整流，最常用的是单相桥式整流电路。本设计也采用了单相桥式整流电路，所谓桥式整流电路，就是用二极管组成一个整流电桥。当输入电压处于交流电压正半周时，二极管d、负载电阻rl、d构成一个回路输出电压uo=ui-ud-ud。输入电压处于交流电压负半周时，二极管d、负载电阻rl、d构成一个回路，输出电压uo=ui-ud-ud。 图2-3 单项桥式整流电路设变压器的副边电压有效值为,则其瞬时值=sint。当为正半周时，电流由a点流出，经、流入b点，因而负载电阻上的电压等于变压器副边电压，即=，和管承受的反向电压为 -。当为副半周时，电流由b点流出，经流入a点，负载电阻上的电压等于 -，即=-，承受的反向电压为。由于和两对二极管交替导通，致使负载电阻上在的整个周期内都有电流通过，而且方向不变，输出电压=|sint |。单项桥式整流电路的波形图图4通过上述分析，可以得到桥式整流电路的基本特点如下：（1）桥式整流输出的是一个直流脉动电压。（2）桥式整流电路的交流利用率为100%。（3）电容输出桥式整流电路，二极管承担的最大反向电压为2倍的交流峰值电压（电容输出时电压叠加）。（4）桥式整流电路二极管的负载电流仅为半波整流的一半。（5）实际电路中，桥式整流电路中二极管和电容的选择必须满足负载对电流的要求。仿真图如图2-4 图2-42.3.2、滤波电路电容滤波的基本工作原理就是利用电容的充放电作用，使负载电压趋于平滑。电容并联在负载两端 。如图2-5 图2-5 单相桥式整流电容滤波电路仿真图如图2-6所示 图2-6 电容滤波仿真图2.4、稳压电路经整流和滤波后的输出电压，虽然脉动的交流成分很小，但是仍会因交流电源电压的波动和负载的变化而变化，稳定性较差。为了获得稳定性好的直流电压，应该加上稳压环节。 2.5、总电路图及原理251、总电路图 图2-7 方波、三角波发生器由集成运算放大器构成的方波和三角波发生器，一般均包括比较器和rc积分器两大部分。如图2-7所示为由迟滞比较器和集成运放组成的积分电路所构成的方波和三角波发生器。2.5.2、原理说明 如图2-7，a1构成迟滞比较器，同相端电位vp由vo1和vo2决定。利用叠加定理可得：当 vp0时 a1输出为正，即vo1 = +vz；当 vp0时， a1输出为负 即 vo1 = -vza2构成反相积分器 vo1为负时， vo2 向正向变化， vo1 为正时， vo2 向负向变化。假设电源接通时vo1 = -vz，线性增加。当vo2上升到使vp略高于0v时，a1的输出翻转到vo1 = +vz 。 2.6、仿真方波、三角波波形图 图2-8 方波、三角波波形图3、8421bcd码同步十进制加计数器的设计3.1、设计的目的 1、熟悉计数器工作原理和不同的码制的计数器原理；2、掌握计数器的设计方法。3、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。3.2、设计任务与要求 设计任务：设计并实现一个采用小规模数字集成电路的计数器。系统图如图3-1图3-1 十进制计数器方框图要求：1.电路设计要简单，译码显示器不需要做出实物，只要理论设计。2.必须按指定触发器设计，不能由其它触发器转换。3.必须采用指定的元器件设计电路。4.计数器与译码显示器之间必须用4个led指示计数的二进制编码值。5.理论设计中要将其扩展成4位十进制。3.3、设计过程及内容3.3.1、设计思路 首先列出真值表，画出状态转换图，根据真值表画卡诺图化简进位方程、各状态方程、激励方程。检查自启动并画电路图。3.3.2、列出真值表如表3-1表3-1cpqn3 qn2 qn1 qn0j3 k3j2 k2j1 k1j0 k0q3n+1q2n+1q1n+1q0n+1tc000000x0x0x1x00010100010x0x1xx100100200100x0xx01x00110300110x1xx1x101000401000xx00x1x01010501010xx01xx101100601100xx0x01x01110701111xx1x1x11000081000x00x0x1x1001191001x10x0xx1000003.3.3、状态装换图 qn3qn2qn1qn0 （0000）（0001）（0010）（0011）（0100） （1001）（1000）（0111）（0110）（0101）3.3.4、卡诺图化简qn1qn0k310110100j3 x x x x x x x x x x x x 1xxqnqn20001 111 x x x x10 x x x x j3 = qn2qn1qn0 k3 = qn0k2 x x x x 1 x x x x x x x xj200 101 x x xx11 x x x x10 x x j2 = qn1qn0 k2 = qn1qn0 = j2x x 1 x x 1 x x x x x x x xk1j1001 x x01 1 x x11 x x x x10 x x _ j1 = qn3qn0 k1 = j1k0j0 1x x 101 1 x x 1x x x x 1 x x xx 1 1 x x 11 x x x x x x 1 x x j0 = 1 k0 = 1进位方程卡诺图tc00 01 11x x x x10 1 x x tc = qn3qn0qn+13次态方程卡诺图qn+12 1 1 1 1 x x x x x x00 01 1 11x x x x10 1 x x q3n+1= q3n qn0 + qn2qn1qn0 q2n+1= qn2 qn1 + qn2 qn0 +qn2 qn1qn0qn+10qn+11 1 1 1 1 x x x x 1 x x00 1 101 1 111x x x x10 xx q1n+1= qn1qn0 + qn3 qn1qn0 q0n+1=qn0四、实践步骤 1、收集相关资料，完成相关电路的设计图，正确选用适合设计内容的集成电路、元器件和器材，并列出“材料清单”。2、根据所设计的电路图，组装调试计数器电路。3、检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。五、实践标准完成设计制作焊接，排版，实现其设计基本内容和功能，装配工艺美观，电路运行稳定、可靠。 六、调试及测试结果与分析 6.1 原理设计过程中的问题 一开始我们利用网络查找资料，但是网上的资料不全面并非常的凌乱，往往一些资料都是要邮购的，手续非常复杂。后来我们着手去图书馆找资料，我们发现自爱图书馆找资料有很多优势，其中资料分类分的很清晰，找的资料书上的内容都比较全面，还有就是在运算化简的时候花费了好久，通过这次找的资料的经历，我熟悉了一些与电子相关的网站，而在图书馆里也知道电子方面书籍的大概位臵，以及查找使用图书馆资料方法，并且在极大提高了我的专业知识水平，拓宽了我的知识面。 6.2 调试过程中的问题 遇到的最大问题是，当时设计时考虑不周全， 芯片分布不够合理，出现了许多特长线，不但影响布线速度，而且也 给后来的调试带来不必要的麻烦。其次，我们此次设计的直流稳压电 源电路需要直接将 220v 的电源接入电路中，所以工作时我们特别注 意了安全的问题。 此外，由于提供的元器件的规格不能符合设计要求的规定，所以 不能达到所规定的调压量程。 我们也随机应变将变压器的降压量程降 到 12v，降低了电解电容的负荷。其次是布线，因为要求不准交叉， 且横平竖直，所以在保证连通的情况下，下了不少的功夫。调试过程 中，我们也遇到了很多的问题，我们通过上网查阅资料、互相研究。 最后请教老师，在老师的指导和帮助下顺利的把疑难问题解决。6.3 调试注意事项 （1）正确使用测量仪器的接地端，仪器的接地端与电路的接地端要可靠连接；（2）在信号较弱的输入端，尽可能使用屏蔽线连线，屏蔽线的外屏蔽层要接到公共地线上，在频率较高时要设法隔离连接线分布电容的影响，例如用示波器测量时应该使用示波器探头连接，以减少分布电容的影响。（3）测量电压所用仪器的输入阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。（4）测量仪器的带宽必须大于被测量电路的带宽。（5）正确选择测量点和测量（6）认真观察记录实验过程，包括条件、现象、数据、波形、相位等。（7）出现故障时要认真查找原因。6.4 查找故障的方法 1、 电子电路故障产生的原因 了解电子电路故障产生的原因，是鉴别、判断和排除故障的重要环节。只有了解了电子电路故障产生的原因，才能结合故障的现象，经过分析、测试查找故障发生的部分、查找出损坏的元器件，才能确保排除故障工作的顺利进行。电子电路故障产生的原因有很多，一般主要有以下几个方面： （1）电路的内部原因 元器件因使用寿命、使用条件和质量问题而损坏，一般有击穿、开路、断路、漏电、参数变化等，如晶体管击穿、开路，电容漏电、容量变小，电阻器的阻值变化大等等。 2、 电子电路故障查找的方法 3.1 感官法 感官法是在不通电的情况下，凭人体的感觉器官将感觉到的信息反馈到大脑，然后分析判断故障的一种方法与技巧。 （1）看 “看”就是在不通电情况下观察整机电路或仪器设备的外部、内部有无异常，如：看电子仪器设备外围、接口是否正常；看电路内部的元器件及构件是否正常。 （2）听 “听”电子设备工作时是否有异常的声音（如音调音质失真、声音是否轻、是否有交流声、噪声、干扰声等）。 （3）闻 “闻”电子设备工作时，是否有异味，以此来判断电子电路是否有故障。如闻到机内有烧焦的气味、臭氧味，说明电路中的元件有过流现象，应及时查明元器件是否已损坏或有故障。 （4）摸 “摸”是用手触摸电子元器件是否有发烫、松动等现象。七课程设计心得体会本学期我们开设了模拟电路与数