模电课程设计

1、湖南工学院电子线路综合设计 报告课题名称 电源欠压过压报警保护器 课题组长 课题组成员 专业班级 指导教师 完成时间 2015年11月18日 摘要随着微控技术的日益完善和发展，在工业控制中，用电设备通常工作至三相电源中，而很多用电设备在使用中对相应提供的工作电源有着较高的要求。但通常电网产生的电压偏高(是指给定的瞬间设备端电压U与设备额定电压Un之差)，以及大功率电动机的起动，电焊机的工作，特别是大型电弧炉和大型轧钢机冲击性负荷的工作，均会引起负荷的急剧变动，使电网电压损耗随之产生相应变动，从而使用户公共供电点的电压出现波动现象。而上述情况所造成的电压波动，又会给用电设备造成不应有的过压、欠压

2、现象。如长时间供给用电设备，则会极大的损坏用电设备。所以在用电设备使用中，会加入相应的保护电路，以保证用电设备在正常的供电状态下使用。当供电线路出现过、欠压时，保护电路进行有效保护，从而确保用电设备安全正常运行。本文介绍一种电压指示报警器，经试验，效果比较理想。其作用是能够显示电压数值，当电路发生欠、过压时均能发出声、光报警器。如果配接附加控制线路，还能自动调整电压和自动切断供电线路。关键词：欠压，过压，电压比较，报警目录第一章 设计目的与要求11.1设计目的11.2设计要求11.3技术要求1第二章 方案论证22.1设计思路22.2设计原理图22.3原理说明3第三章 单元电路设计33.1单元电

3、路分析33.2硬件设计4第四章 仿真调试64.1电路仿真图64.2 电路PCB图7第五章 元器件清单7第六章 稳压电源制作86.1稳压电源的组成原理96.2硬件设计116.3 稳压电路电路原理图11第七章 总结与心得体会127.1 总结127.2 心得体会12参考文献15第一章 设计目的与要求1.1设计目的大多数用电设备对输入电压都有一定的要求，当电压在正常范围时，用电设备接通电源，其中电网电压波动超过10%时，停止工作，并会促发生报警。电源工作正常，发光二极管不亮、喇叭或蜂鸣器不工作，电源过压、欠压红色发光二极管亮及喇叭或蜂鸣器工作。通过灯的亮灭情况监控输入电压。这次课程设就是利用一些简单的

4、元件来实现电压比较器功能的例子，实验中利用74LS400为四组2输入端与非门逻辑，通过对输入电压比较，得出结论，具体是根据发光二极管的发光情况来判断输入电压与标准电压的关系，当电压高出基准电压时，二极管发光和喇叭工作，当电压低于基准电压时，发光二极管发光及喇叭工作，当在正常范围时不发光不鸣叫。1.2设计要求 当电压低于180V或高于250V时，可进行声光报警。当外接交流接触器时可切断电源保护用电器。1.3技术要求 1、 输入要求：规定电器的工作电压为180V250V之间，对与电路正常工作时不警示；2、输出要求：当检测到电压超过250V时或低于180V时，电路报警； 3、性能指标：220伏经过变

5、压器降压成10V，180伏对应8V，250伏对应10V。第二章 方案论证2.1设计思路本课题主要设计电源过压/欠压保护电路。 主要设计思想为：在正常情况下，即电压在标准电压附近的时候，电路正常工作，报警器不工作。当有过压、欠压或者掉电的时候，输入电压经过整流滤波稳压后与已知标准电压相差很大时，电路使晶体管工作，从而驱动报警器报警，提示工作人员进行必要的措施，防止不必要的损失。 经过理论推理，进行分析比较并逐步模拟，确立以下比较合理的方案。过压、欠压保护电路原理框图如图1所示。 该电路设计过压/欠压掉电报警器电路，由比较电路、报警器装置组成。电源报警电路比较电路 图1 欠压/过压保护电路原理框图

6、2.2设计原理图图2 设计原理图2.3原理说明输入电源电压正常时，Y1A输出高电平，Y1B输出低电平，发光二极管LED及振荡发声电路Y1C、Y1D和喇叭不工作，控制部件J1也不工作。当电压高于250V或低于180V时，Y1B输出高电平，发光二极管亮，振荡发声电路工作，发出鸣叫声，控制寄电器J1闭合，当J1的常开触点外接交流接触器时，就可控制主电路断开电源。第三章 单元电路设计3.1单元电路分析过压欠压报警器是由电源电路、比较电路，以及执行电路三部分组成。电源电路是将交流电转化为直流电，并把电压降低，它主要由变压器、桥式整流器以及滤波电容构成。 比较电路是报警器的核心部分，它由4LS400为四组

7、2输入端与非门逻辑、电阻、电容构成。它可以对电压是否超出规定范围进行判断。 执行电路是报警器实现的部分，对结果进行执行的部分，它由发光二极管、限流电阻、三极管、74LS400、蜂鸣器构成。电源电路主要是整流滤波电路，应用桥式整流，基本原理就是利用二极管的单向导电性，将交流电变成一个方向流动的电流。让交流电流的正半周到来时顺利通过二极管（正向导通），当交流电流的负半周到来时（方向与正半周相反）二极管反向截止，则不能通过，如此循环，就形成一个方向的电流。滤波应用单相桥式整流电容滤波电路，电容滤波的特点是，输出电压提高，脉动成分减小，二极管导通时间大大减少。比较电路主要由74LS400四个与非门TT

8、L系类构成。总原理图（计算机绘图） 图3 总原理图3.2硬件设计74ls00 是常用的2输入四与非门集成电路，他的作用很简单顾名思义就是实现一个与非门。74LS00真值表： A1 B=1 Y=0A0 B=1 Y=1 A1 B=0 Y=1 A0 B=0 Y=1电源电压.7V输入电压54/7400、54/74H00、54/74S00.5.5V54/74LS007VAB 间电压除 54/74LS00 外5.5V74XXX . 070存储温度 .-65150 图4 74LS00芯片管脚图78L05描述 是一种固定电压(5V)三端集成稳压器,其适用于很多应用场合.象牵涉到单点稳压场合需要限制噪

9、声和解决分布问题的在-卡调节.此外它们还可以和其它功率转移器件一起构成大电流的稳压电源,如可驱动输出电流高达100毫安的稳压器。图5 78L05各种封装 其卓越的内部电流限制和热关断特性使之特别适用于过载的情况.当用于替代传统的齐纳二极管-电阻组的时候,其输出阻抗得到有效的改善,其偏置电流大大减少.78L05特性 三-端稳压器 输出电流可达到100mA 无需外接元件 内部热过载保护 内部短路电流限制 从2004年底开始，提供的各类封装形式，均为无铅封装产品。第四章 仿真调试4.1电路仿真图图6 电路仿真图 调试方法：第一步当输入电源电压为250V时，调节W1使得Y1A输出刚好由低电平

10、转为高电平，第二步当输入电压为180V时调节W2使得Y1B的输出由高电平转为低电平。4.2 电路PCB图图7 电路PCB图第五章 元器件清单元件表表1 元件表名称型号规格数量名称型号规格数量集成块74LS001电阻68K1三极管9013110K1二极管1N400751K1发光二极管1微调电位器47k2三端稳压块78050.5A1电容47uF/50v178120.5A110uF/25v1变压器220v/15V0.5A12700pF1插头220v1导线若干1m直流寄电器12v/0.5A1万用电路板小1块集成块插座14脚1第六章 稳压电源制作直流稳压电源一般由变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。变

11、压器把市交流电压220V变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电变成稳定的直流电，并实现电压在612V可调。关键词：稳压 变压 整流6.1稳压电源的组成原理直流稳压电源一般有电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路所组成，基本框图和波形变换如下：图8 直流稳压电源的原理框图和波形变换（1） 电源变压器：将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需的低电压。 （2） 整流电路：一般由具有单向导电性的二极管构成，经常采用单相半波、单相全波和单

12、相桥式整流电路。应用最为广泛的是桥式整流电路，4个二极管轮流导通，无论正半周还是负半周，流过负载的电流方向是一致的，形成全波整流，将变压器输出的交流电压变成了脉动的直流电压。 图9 整流电路输出波形： 图10 整流电路输出波形（3） 滤波电路：加入电容滤波电路后，由于电容是储能元件，利用其充放电特性，使输出波形平滑，减小直流电中的脉动成分，以达到滤波的目的。为了使滤波效果更好，可选用大电容的电容为滤波电容。因为电容的放电时间常数越大，放电过程越慢，脉动成分越少，同时使得电压更高。图11 滤波电路输出波形：图12 滤波电路输出波形6.2硬件设计LM317性能LM317 是美国国家半导体公司的三端

13、可调正稳压器集成电路。（1）输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A，典型线性调整率0.01%，典型负载调整率0.1%，80dB 纹波抑制比，输入输出电压差2V。 （2）使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。 （3）内置有多种保护电路，如过载保护，输出短路保护，过流、过热保护，调整管安全工作区保护。（4）通常不需要外接电容，除非输入滤波电容到LM317 输入端的连线超过 6 英寸（约 15 厘米）。使用输出电容能改变瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。（5）另有许多特殊的用法。比如把调

14、整端悬浮到一个较高的电压上，可以用来调节高达数百伏的电压，只要输入输出压差不超过LM317的极限就行。当然还要避免输出端短路。还可以把调整端接到一个可编程电压上，实现可编程的电源输出。6.3 稳压电路电路原理图图13 稳压电路原理图第七章 总结与心得体会7.1 总结 本课程的基本目的是在于通过理论与实际的结合、人与人的沟通，进一步提高思想觉悟和领悟力。尤其是观察、分析和解决问题的实际工作能力。作为整个学习体系的有机组成部分，课程设计虽然安排在课堂外进行，但并不具有绝对独立的意义。它的一个重要功能，在于运用学习成果，检验学习成果。运用学习成果，把课堂上学到的系统化的理论知识，尝试性地应用于实际设

15、计工作，并从理论的高度对设计工作的现代化提出一些有针对性的建议和设想。检验学习成果，看一看课堂学习与实际工作到底有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习内容与方法提供实践依据。 课程设计达到了专业学习的预期目的。在几周的课程设计之后，我们普遍感到不仅实际动手能力有所提高，更重要的是通过设计流程的了解，进一步激发了我们对专业知识的兴趣，并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习。通过这次课程设计，我们也看到了自身状况与现实需要的差距，有了这样的认识，便于我们在今后的学习中及时补充和调整。我相信这次课程设计会对我以后的工作会有很大程度的益处，在此还要

16、感谢学院为我们提供这次机会，感谢陈坚老师的用心指导。7.2 心得体会某某同学心得体会：在课程设计的过程中我发现自己原理知识掌握不扎实，学过的知识不会应用，只是觉得都见过却不知道应该怎么连。而且对于画图软件的应用也极不熟练，我希望以后院里能提供给我们更多的锻炼机会来培养我们的实践能力、动手能力以及理论联系实际的能力。 在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，在多种方案的选择中，我仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后还是在通多次对电路的改进，上机仿真以及接线调试，终于使整个电路可稳定工作。设计过程中，我们深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相

17、当烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找原因。设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。实验阶段可以说是这次设计中最重要的部分，因为以前的只是理论而不是真正的实体。所以说它是最重要的。实验阶段我们遇到的问题有：对软件不熟悉；对实验过程中信号的测量知识学习很少；因为各个模块是分开做而后又组装到一起的，所以兼容性不是很好（也就是不能融合为一个整体，部分工作能行但是接到一起就会出现问题）;针对以上几个问题我们作出

18、了以下的“对策”:软件不熟悉，就上网查阅资料，一步一步的对着学，而且也有同学给的资料上也有软件的使用说明，所以随着接触的增加软件也就越来越熟悉，这方面的问题不是太难因为一边理论一边学习正好是学习的好方法，而且也学的特别快。制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，电路的焊接要一步一步来，焊点多，走线复杂。这又要我们要灵活处理，一边操作一边构思，在不影响试验的前提下加快进度。 另外就是要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。这是应用课本知识的大好时机。 总之，通过这次练习我们有了很多收获。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维

19、，增强了动手能力。在改进电路的过程中，同学们共同探讨，最后的电路已经比初期设计有了很大提高。在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。某某同学心得体会：通过这次课程设计，让我更加深刻了解课本知识，和以往对知识的疏忽得以补充，有的数据很难查出或者不理解，但是这些问题经过这次设计，都一一得以解决，这次的课程设计给我相当的基础知识，为我以后工作打下了严实的基础。虽然这次课程是只不过是短短几周时间，我感觉到这些天我的所学胜过我这一学期所学，这次任务原则上是设计，其实就是一次大的作业，是让我对课本知识的巩固和对基本公式的熟悉和应用，还有加强了对电路元器件的了解和认识。课程设计是培

20、训我们学生运用本专业所学的理论知识和专业知识来分析解决实际问题的重要教学环节，这也是对三年所学知识的复习和巩固。同样，也促使了同学们的相互探讨，相互学习。因此，我们必须认真、谨慎、踏实、一步一步的完成设计。如果时间可以重来，我们肯定会更认真的去学习和研究。此次课程设计让我明白了一个很深刻的道理：团队精神很重要，我们分工合作互惠互助，这样自己的心里才会踏实，学到的东西才会更多。通过课程设计使我们了解到一些实际与理论之间的差异。通过课程设计不仅可以巩固专业知识，为以后的工作打下了坚实的基础，而其还可以培养和熟练使用资料，运用工具书的能力，把我们所学的课本知识与实践结合起来，起到温故而知新的作用。课程设计给了我许多