數(shù)控直流穩(wěn)壓電源電子課程設(shè)計概述.ppt

電子課程設(shè)計與工藝實習(xí) 教材 電子課程設(shè)計與工藝實習(xí)指導(dǎo)書寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院編 設(shè)計題數(shù)控直流穩(wěn)壓電源 設(shè)計過程 電路圖設(shè)計 組裝 調(diào)試 寫設(shè)計調(diào)試報告 電路圖設(shè)計 一 設(shè)計任務(wù)與要求 1 設(shè)計任務(wù)設(shè)計并制作有一定輸出電壓調(diào)節(jié)范圍和功能的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源 2 設(shè)計要求1 輸出直流電壓調(diào)節(jié)范圍0 15V 紋波小于20mV 2 輸出電流0 500mA 3 穩(wěn)壓系數(shù)小于0 2 電路圖設(shè)計 一 設(shè)計任務(wù)與要求 4 輸出直流電壓能步進調(diào)節(jié) 步進值為1V 5 由 兩鍵控制輸出電壓步進值的增或減 6 用數(shù)碼管顯示輸出電壓值 當(dāng)輸出電壓為15V時 數(shù)碼管顯示為 15 電路圖設(shè)計 一 設(shè)計任務(wù)與要求 1 直流穩(wěn)壓電源框圖 電源變壓器 整流電路 濾波電路 穩(wěn)壓電路 uO 220V50Hz 我們只對穩(wěn)壓電路部分進行設(shè)計 前三部分利用現(xiàn)成的實驗室穩(wěn)壓電源 即uI 實驗室穩(wěn)壓電源的輸出電壓 uI 電路圖設(shè)計 二 設(shè)計的基本原理 2 穩(wěn)壓電路工作原理 采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 其原理圖為 電路圖設(shè)計 二 設(shè)計的基本原理 輸出電壓為 電路圖設(shè)計 二 設(shè)計的基本原理 顯然 UO與UZ成線性關(guān)系 若UZ是數(shù)控的 則UO就可以是數(shù)控的 故穩(wěn)壓管可用數(shù)控電源電路代替 3 數(shù)控基準(zhǔn)電源 數(shù)控基準(zhǔn)電源的原理框圖 電路圖設(shè)計 二 設(shè)計的基本原理 此處 基準(zhǔn)電壓U O代替穩(wěn)壓管電壓UZ 數(shù)控基準(zhǔn)電源的工作原理 電路圖設(shè)計 二 設(shè)計的基本原理 產(chǎn)生記數(shù)的脈沖信號 實現(xiàn)電壓步進值的增或減 鍵控制步進增 鍵控制步進減 對單脈沖產(chǎn)生電路的信號進行 或 計數(shù) 或從預(yù)置數(shù)端直接輸入所需的數(shù)值 將計數(shù)器輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量U O 控制穩(wěn)壓電源的輸出 將計數(shù)器的輸出譯碼 顯示當(dāng)前穩(wěn)壓電源的輸出 三 電路圖設(shè)計 總框圖 三 電路圖設(shè)計 單元電路設(shè)計 1 數(shù)控基準(zhǔn)電源1 單脈沖產(chǎn)生電路單脈沖通?？梢杂冒存I產(chǎn)生 實際的電路有多種形式 可以由門電路構(gòu)成 也可以由集成單脈沖觸發(fā)器構(gòu)成 單脈沖產(chǎn)生電路1 1 工作原理按鍵閉合 C充電 充 RC按鍵斷開 C放電 放 RCG 施密特觸發(fā)器 有VT VT 則uC與uO的波形為 即按鍵一下 輸出一個負脈沖 單元電路設(shè)計1 數(shù)控基準(zhǔn)電源 2 R C及VCC值估算VCC估算 必須VCC VT VT 可根據(jù)選用的施密特觸發(fā)器型號 從手冊上查得 一般取VCC 5V R C估算 按鍵閉合后 必須能使電容C充電到VT 以上 從而使施密特觸發(fā)器輸出翻轉(zhuǎn) 單元電路設(shè)計1 數(shù)控基準(zhǔn)電源 R C估算 設(shè) 手按鍵時間為1ms充電開始到uC VT 所需時間為tW 則 故 單元電路設(shè)計1 數(shù)控基準(zhǔn)電源 R C估算 一般取R 10K左右 C 0 1 F左右 具體待查得VT 后計算 單脈沖產(chǎn)生電路2可自己看指導(dǎo)書 故 tW必須小于手按鍵時間 即tW 1ms 單元電路設(shè)計1 數(shù)控基準(zhǔn)電源 2 可逆計數(shù)器可逆計數(shù)器可直接用74LS192 74LS193實現(xiàn) 為使D A轉(zhuǎn)換方便起見 選用十六進制的74LS193 74LS193邏輯符號及引腳功能 單元電路設(shè)計1 數(shù)控基準(zhǔn)電源 與前后電路連接 74LS193 單元電路設(shè)計1 數(shù)控基準(zhǔn)電源 按鍵產(chǎn)生步進 按鍵產(chǎn)生步進 分別接4個雙擲開關(guān) 用于置數(shù) 分別接D A轉(zhuǎn)換器的4個輸入端 3 D A轉(zhuǎn)換電路D A轉(zhuǎn)換電路有多種型號 我們選用最常用的DAC0832D A轉(zhuǎn)換芯片為例 說明D A轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 單元電路設(shè)計1 數(shù)控基準(zhǔn)電源 單元電路設(shè)計1 數(shù)控基準(zhǔn)電源 單元電路設(shè)計1 數(shù)控基準(zhǔn)電源 VREF 參考電壓輸入端 電壓范圍為 10V Iout1 D A轉(zhuǎn)換器電流輸出端 接外部運放的反相輸入端 Iout2 D A轉(zhuǎn)換器電流輸出端 接外部運放的同相輸入端 RF 反饋電阻端 內(nèi)部已有與倒T型網(wǎng)絡(luò)匹配的電阻R 接外部運放的輸出端 DAC0832基本工作方式雙緩沖方式 兩級寄存器均工作在輸入鎖存狀態(tài) 即 單元電路設(shè)計1 數(shù)控基準(zhǔn)電源 DAC0832基本工作方式單緩沖方式 一級寄存器鎖存 另一級直通 單元電路設(shè)計1 數(shù)控基準(zhǔn)電源 DAC0832基本工作方式完全直通方式 兩級寄存器均工作在直通狀態(tài) 即 單元電路設(shè)計1 數(shù)控基準(zhǔn)電源 D A轉(zhuǎn)換電路的連接及參數(shù)設(shè)置連接方式 采用完全直通方式 單元電路設(shè)計1 數(shù)控基準(zhǔn)電源 D A轉(zhuǎn)換電路的連接及參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置 單元電路設(shè)計1 數(shù)控基準(zhǔn)電源 8位D A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為 因計數(shù)器輸出只有4位 只能接D A轉(zhuǎn)換器中D0 D7的4位 故輸出電壓與輸入端的選擇有關(guān) 單元電路設(shè)計1 數(shù)控基準(zhǔn)電源 若選低4位 則 步進值為 若取步進值為0 01V 則低4位應(yīng)取 應(yīng)取合適的VREF及步進值 若選高4位 則 步進值為 考慮 高4位應(yīng)取 若取步進值為0 1V 則低4位應(yīng)取 高4位應(yīng)取 D A轉(zhuǎn)換電路的連接及參數(shù)設(shè)置數(shù)控基準(zhǔn)電源輸出電壓范圍 單元電路設(shè)計1 數(shù)控基準(zhǔn)電源 若選低4位 則 D 00000000 00001111 因 故 若選高4位 則 D 00000000 11110000 故 輸入電壓UI的確定 單元電路設(shè)計2 穩(wěn)壓電路 由模電知識 因設(shè)計指標(biāo) 一般 故 考慮電源電壓波動10 則 即 取 調(diào)整管參數(shù)選擇 三個極限參數(shù) 單元電路設(shè)計2 穩(wěn)壓電路 由模電知識 設(shè)計指標(biāo) 選管子 使 注意管子類型 PNP還是NPN 運放的選取 單元電路設(shè)計2 穩(wěn)壓電路 運放輸出電流 設(shè)計指標(biāo) 實驗室提供兩種運放芯片LM353 LM342 查手冊了解參數(shù) 確定引腳功能 搞清電源數(shù)值 按上選擇 運放輸出電壓 運放電源電壓 必須大于運放的輸出電壓 取樣電路R1 R2的選取 單元電路設(shè)計2 穩(wěn)壓電路 輸出電壓 設(shè)計指標(biāo) 步進值 步進值 則 取樣電路R1 R2的選取 單元電路設(shè)計2 穩(wěn)壓電路 則 若 若 則 R1 R2比例越大 調(diào)整越困難 故應(yīng)選擇合適的 實際電路中 R1可用一個固定電阻和一個可調(diào)電阻串聯(lián) 以便于調(diào)整比例 紋波小于20mV的設(shè)置 單元電路設(shè)計2 穩(wěn)壓電路 產(chǎn)生紋波的原因有兩個 變化 或 變化 紋波為D最大時的 UO 故 選低4位 選高4位 紋波小于20mV的設(shè)置 單元電路設(shè)計2 穩(wěn)壓電路 選低4位 選高4位 紋波小于20mV的設(shè)置 單元電路設(shè)計2 穩(wěn)壓電路 即D A轉(zhuǎn)換器VREF端接的電壓值必須在 范圍內(nèi) 才能使紋波小于20mV 變化 不變時 紋波小于20mV的設(shè)置 單元電路設(shè)計2 穩(wěn)壓電路 選低4位 選高4位 紋波小于20mV的設(shè)置 單元電路設(shè)計2 穩(wěn)壓電路 即取樣電路電阻比值必須在 范圍內(nèi) 才能使紋波小于20mV 變化 不變時 1 譯碼顯示電路框圖 單元電路設(shè)計3 譯碼顯示電路 譯碼顯示電路框圖 2 十六進制 BCD碼轉(zhuǎn)換電路 單元電路設(shè)計3 譯碼顯示電路 列真值表 2 十六進制 BCD碼轉(zhuǎn)換電路 單元電路設(shè)計3 譯碼顯示電路 卡諾圖化簡 2 十六進制 BCD碼轉(zhuǎn)換電路 單元電路設(shè)計3 譯碼顯示電路 卡諾圖化簡 畫電路圖 略 將每一個單元電路經(jīng)過Multisim仿真后 再做實際電路 Multisim仿真 分別焊接單元電路 然后將各模塊組裝 1 整體結(jié)構(gòu)布局和元器件的安置首先應(yīng)該考慮電氣性能上的合理性 其次要盡可能注意整齊美觀 具體應(yīng)注意以下幾點 1 整體結(jié)構(gòu)布局要合理 要根據(jù)電路板的面積合理布置元器件的密度 2 元器件的安置要便于調(diào)試 測量和更換 電路圖中相鄰的元器件 在安裝時原則上也應(yīng)就近安裝 不同級的元件不要混置在一起 輸入級和輸出級之間不要靠近 以免引起級與級之間的寄生耦合 使干擾和噪聲增大 組裝 3 對于有磁場產(chǎn)生相互影響和干擾的元器件 應(yīng)該盡可能分開或采取自身屏蔽 4 發(fā)熱元器件的安置要盡可能靠近電路板的邊緣 以利于散熱 必要時加裝散熱器 為保證電路穩(wěn)定工作 對溫度敏感的元器件要遠離發(fā)熱元件 5 元器件的標(biāo)志安裝時應(yīng)該一律向外 以便檢查 元器件在電路板上的位置方向原則上應(yīng)橫平豎直 接插集成電路時首先應(yīng)認清管腳排列方向 所有集成電路的插入方向應(yīng)保持一致 集成電路上有缺口的或有小孔標(biāo)志的一端一般在左側(cè) 組裝 2 正確布線電子電路合理布線 不僅影響其外觀 而且是影響電子電路性能的重要因素之一 電路中常見的自激振蕩 往往是由于布線不合理所致 因此 為保證電子電路工作的穩(wěn)定可靠 在電路安裝時布線應(yīng)注意以下幾點 1 所有布線應(yīng)直線排列 并做到橫平豎直 以減小分布參數(shù)對電路的影響 走線要盡可能短 信號線不可迂回 盡量減少形成閉合回路 信號線之間 信號線與電源線之間不要平行 以防寄生耦合而引起電路自激 2 布線應(yīng)貼近電路板 不應(yīng)懸空 更不應(yīng)跨接在元件上面 走線之間應(yīng)避免相互重疊 電源線不要緊靠有源元件的引腳 組裝 3 為使布線整潔美觀 并便于測量和檢查 要盡可能選擇不同顏色的線 電源線的正負極和地線的顏色要有規(guī)律 4 布線時一般先布置電源線和地線 再布信號線 布線時要根據(jù)電路原理圖或裝配圖 從輸入到輸出逐級布線 切忌東接一根西接一根沒有規(guī)律 這樣容易形成錯線和漏線 5 地線是所有信號共同使用的通路 一般地線較長 為減小信號通過公共阻抗的耦合 故地線要選擇較粗的導(dǎo)線 組裝 3 焊接工藝 組裝 4 所需工具鑷子 小螺絲刀 烙鐵 小剪刀 如許購買工具的同學(xué) 可在班長出登記 每組一套即可 也可自己購買 組裝 1 調(diào)試各單元電路 調(diào)試 1 先測試可逆計數(shù)器和計數(shù)器是否可正常工作 即計數(shù)器給一個矩形波 輸出數(shù)字加1 或減1 D A轉(zhuǎn)換器能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量 2 調(diào)試單脈沖電路 按鍵一下產(chǎn)生一個矩形波 1 調(diào)試各單元電路 調(diào)試 3 調(diào)試基準(zhǔn)電源電路 在輸入數(shù)字量0000 1111B變化時 4 調(diào)試譯碼顯示電路 在輸入數(shù)字量0000 1111B變化時 能實現(xiàn)0 15顯示 低4位 高4位 2 調(diào)試總電路 調(diào)試 各塊電路連接后 調(diào)試輸出電壓在輸入數(shù)字量0000 1111B變化時 能實現(xiàn)0 15V變化 同時顯示0 15數(shù)字 設(shè)計調(diào)試報告 課程設(shè)計的總結(jié)報告是對學(xué)生寫科研論文和科研總結(jié)報告的能力訓(xùn)練 通過寫報告 不僅把設(shè)計 組裝 調(diào)試的內(nèi)容進行全面的總結(jié) 而且把實踐的內(nèi)容上升到理論的高度 總結(jié)報告應(yīng)包括以下幾點 1 課題名稱2 內(nèi)容摘要3 設(shè)計內(nèi)容及要求 設(shè)計調(diào)試報告 4 系統(tǒng)設(shè)計1 總體方案的確定 比較和選定設(shè)計的系統(tǒng)方案 作出系統(tǒng)框圖 2 各單元電路的設(shè)計 參數(shù)計算和器件的選擇 3 作出完整的電路圖說明主要工作原理 設(shè)計調(diào)試報告 5 系統(tǒng)的組裝 調(diào)試1 使用的主要儀器儀表 2 調(diào)試電路的方法和技巧 3 測試數(shù)據(jù)和波形