电子电路综合设计实验报告(数控直流稳压电源设计)

北京邮电大学电子电路综合设计实验实验报告实验名称：简易数控直流稳压电源的设计学院：电子工程学院班级：XXX班学号：XXXXXXXX姓名：XXX班内序号：XX2012年3月25日课题名称：简易数控直流稳压电源的设计摘要：本设计实验要求我们设计出简易数控直流稳压电源，通过手动调节实现输出不同电压的功能，通过电压与电流的放大实现较强的带负载能力,通过滤波电容消除纹波对直流的影响,并运用protel软件进行仿真。该设计实验旨在培养我们的实验兴趣与学习兴趣，提高实验技能与探究技能，引导我将所学所想运用到实际中去。关键字：稳压电源，设计，仿真设计任务要求基本要求（1）设计实现一个简易数控直流稳压电源,设计指标及给定条件为： 1)输出电压调节范围：5V~9V，步进0.5V递增,纹波小于50mV； 2)输出电流大于100mA； 3)由预制输入控制输出电压递增； 4)电源为。 （2）设计+5V电源电路(不要求实际搭建)，用PROTEL软件绘制完整的电路原理图(SCH)。2．提高要求 （1)数字控制部分采用+/-按键来调整控制一可逆二进制计数器来预设电压值； （2)用PROTEL软件绘制电路的印刷电路板图(PCB)。3．探究要求输出电压调节范围更宽，步进更小：范围：0~10V,步进：0.1V。本次探究实验主要着重完成了基本要求部分的设计与探究。设计思路、总体结构框图本实验要求设计一个可以充当数控直流稳压电源的电路，电路由数字控制部分、D/A转换部分、可调稳压部分组成。数字控制部分采用+/-按键来调整控制一可逆二进制计数器来预设电压值（此部分为提高部分），二进制计数器输出输入到D/A转换器中，经过D/A转换后实现输出电压的可调。其框图如图1所示。图1系统总体结构框图分块电路和总体电路的设计1.第一部分——数字电路控制部分此部分是电路的数字控制部分，也是电路输入端，其电路原理图如图2所示。图2数字电路控制部分电路图如图中所示，K1、K2分别是实现输入递增和递减功能的步进开关，步进信息经过CD4538稳定输入后，进入SN74193，SN74193为二进制编码器，其2,3,6,7端口为输出端，输出0000至1111的二进制码。图中的与门用做限制二进制编码的输出范围，当3和7端输出1时（即1001），与门输出1，此时编码器14端口为高电平，SN74193将回到0000重新编码，这样一来限制了输出编码的范围，使得编码器实际上完成从0000至1000的编码输出。开关K3为置零开关，按下后编码器直接从0000重新开始编码。这一部分为数字电路输入端，反应灵敏，可以稳定输出编码信息。第二部分——D/A转换电路这一部分将第一部分输入的数字信号转换为模拟电压信号，实现电压0.5V步进的效果，其电路图如图3所示。图3D/A转换电路电路图图中RW1至RW4分别接SN74193的3,2,6,7管脚，调节电位器的值可以调节各个输入信号的权值，从而实现电压以0.5V步进。电路中还使用2个LM324运算放大器，第一个是反相加法器，将四个输入电压反向相加，第二个运放是反向器，将电压反向使得输出的全为正向电压，至此完成了数字信号向模拟信号的转换。第三部分——可调稳压电路这是电路的最后一个部分，完成对电压从5V到9V的步进输出，其电路图如图4所示。图中左端1kΩ电阻接图3中的8管脚，电路图中的三个运算放大器同样为LM324，其中第一个为反相加法器，将输入电压相加放大，保证了输出电压最小值为5V；第二个为反向器，将输入电压反向为正电压输出；第三个实现功率放大，与电路右端的晶体管（放大输出图4可调稳压电路电路图电流）配合，从而有很高的带负载能力。220uF电容为滤波电容，消除交流纹波的干扰，45Ω大功率电阻为输出端所接电阻。至此，整个电路的功能得以实现，电路完整，功能明确，可靠性强。实现的功能说明调节方法（1）正确搭建完毕电路后接通电源，在初始状态下（尚未步进），将万用表接输出端，并调至直流电压档，选择合适量程，测量此时电压大小，调节电位器RW6，使得电压稳定在5V，完成后固定该电位器不再调节。（2）点按开关K1，在输入数字信号为0001,0010,0100和1000时分别调节对应的电位器RW1至RW4，使得输出电压大小依次为5.5V，6V，7V，9V，如果某一步调节电位器无法达到预定电压，则调节电位器Rf，达到预定电压值。但调节Rf后，之前调节过的部分需要重新调节，直至四个部分均达到预定电压为止。（3）完成上一步后，点按K3置零后点按K1步进，则已大致可以实现从5V到9V的电压步进，在每一步进中有微小偏差，再稍微调节电位器即可，经过反复调节，最终即可实现电压0.5V步进的效果。2.实际测试数据记录实验数据如下表所示：步进电压（V）电流（mA）纹波（mV）00005.0111.10.4000015.5122.20.4000106.0133.30.4800116.4142.20.5001007.0155.60.7001017.5166.70.8001108.0177.81.0001118.5188.92.5010009.1202.22.30其中，电压为输出端实际使用万用表测量的电压大小；电流为流经大功率电阻的电流，根据欧姆定律换算而出；纹波使用交流电压表测量出来，为其有效值。由表中数据可见，输出电压完成了从5V到9V的步进增加，步进电压为0.5V，输出电流满足大于100mA，纹波满足小于50mV的要求。3.功能实现整个电路在面包板上搭建调试完成后，最终可以实现输出直流电压的功能。在起始时，输出电压为5V，点按开关K1，输出电压大小按照0.5V步进增加，当电压增加到9V时，再按K1，电压大小回到5V。点按开关K2可以实现电压值的减小，开关K3实现电压置零，也即重新回到5V。实验中使用万用表的直流电压档测量输出电压大小。故障及问题分析由于本实验电路图较为复杂，搭建较为繁琐，调试也并非容易，所以出现故障和问题在所难免。其一是在实验中首次接通电源后第一个LM324运算放大器被烧毁，断电检查后发现该运放周围连接较多电阻，有的因为在搭建时没有注意，管脚相碰，导致运放短路烧毁，在改善了电阻连接方式并更换了新的运算放大器后问题得以消除；其二是刚开始调节电位器Rf过程中，拧动很多圈输出电压也没有得到改变，也因此一度怀疑电路搭建可能存在问题，不过后来耐心调节，最终得到了想要的结果。实验中主要遇到这两个问题，最终都得到顺利解决，从中我感受到，做实验的过程一定要细心耐心，遇到问题冷静分析，沉着应对，才能更快更好地达到实验目的，完成实验。结论和总结实验结论本实验通过数字电路与模拟电路的结合与转换，实现了简易数控直流稳压电源的功能，通过步进开关的点按，能够完成输出电压从5V到9V的逐步增加要求，每次增加0.5V，从而一个可以输出特定值的直流电源得到有效实现与完成。2.实验总结通过本次综合实验的设计，我了解了可调稳压电源的组成，掌握了简易数控直流稳压电源的实现方法，学习了运算放大器的应用，初步了解了数模转换，提高了独立设计电路和验证实验的能力，同时学习了protel软件的使用，在实验中学到的知识与解决问题的方法将对我今后的学习带来很大帮助和深远影响，我对模拟电路与数字电路的学习兴趣也更加浓烈。PROTEL绘制的原理图所用元器件及测试仪表清单双集成单稳态触发器CD4538可逆计数器74HC193按键开关与门74HC08运算放大器LM324达林顿管Tip122电