集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

1 集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì) 目目 錄錄 目目 錄錄 1 第一章第一章 概述概述 2 1 1 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求 2 1 2 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容與安排 3 1 3 課程設(shè)計(jì)的方法 4 1 4 常用電子電路的一般設(shè)計(jì)方法 4 第二章第二章 設(shè)計(jì)舉例設(shè)計(jì)舉例 11 2 1 集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 11 2 2 晶閘管的特性與應(yīng)用 19 2 3 音頻信號(hào)發(fā)生器與功率放大器的設(shè)計(jì)與制作 23 2 4 集成模擬乘法器的應(yīng)用 26 2 5 函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì) 33 第三章第三章 參考電路參考電路 36 3 1 文氏電橋振蕩器 36 3 2 超聲波遙控器 38 3 3 聲控?zé)?39 3 4 數(shù)字特斯拉計(jì) 40 3 5 溫控儀之一 數(shù)字溫度計(jì) AD590 之前部分 控溫部分 LM324 及其后面部分 41 3 5 溫控儀之二 數(shù)字溫度計(jì) AD590 之前部分 模擬控溫 LM324 及后面部分 42 3 5 數(shù)字溫度計(jì)之三 用集成溫度傳感器 LM35 制作的數(shù)字溫度計(jì) 43 3 6 調(diào)光臺(tái)燈 45 3 7 帶有頻率顯示及功率放大的信號(hào)發(fā)生器 顯示部分采用 單片機(jī) 45 3 8 調(diào)頻無線話筒 47 3 9 雙管調(diào)頻無線話筒 50 3 10 自動(dòng)干手器 51 3 11 用場(chǎng)效應(yīng)管穩(wěn)幅的低頻信號(hào)發(fā)生器 53 3 12 紅外線光電開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 54 3 13 紅外線自動(dòng)水龍頭控制電路 55 3 14 熱釋電人體紅外傳感器的應(yīng)用 56 2 3 15 ISD1420 單片錄放系統(tǒng) 60 3 16 用 MAX038 制作的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 62 3 17 音響放大器 67 附錄 常用集成電路簡(jiǎn)介常用集成電路簡(jiǎn)介 69 第一章 概述 電子線路課程設(shè)計(jì)是在 模擬電子線路 與 高頻電子線路 課程之后 集中 安排的重要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié) 學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的知識(shí) 動(dòng)腦又動(dòng)手 在教師指導(dǎo)下 結(jié)合某一專題獨(dú)立地開展電子電路的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn) 培養(yǎng)和提高分析 解決實(shí)際電路 問題的能力 它是高等學(xué)校電子信息類專業(yè)的學(xué)生必須進(jìn)行的一種綜合性訓(xùn)練 1 11 1 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求 1 1 1 教學(xué)任務(wù) 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)一般是讓學(xué)生設(shè)計(jì) 組裝并調(diào)試一個(gè)簡(jiǎn)單的電子電路裝置 需 要學(xué)生綜合運(yùn)用電子線路課程的知識(shí) 通過調(diào)查研究 查閱資料 方案論證與選定 設(shè)計(jì)和選取電路及元器件 組裝和調(diào)試電路 測(cè)試指標(biāo)及分析討論 完成設(shè)計(jì)任務(wù) 課程設(shè)計(jì)不能停留在理論設(shè)計(jì)和書面答案上 需要運(yùn)用實(shí)驗(yàn)檢測(cè)手段 使理論 設(shè)計(jì)逐步完善 做出達(dá)到指標(biāo)要求的實(shí)際電路 通過這種綜合訓(xùn)練 學(xué)生可以掌握 電路設(shè)計(jì)的基本方法 提高動(dòng)手組織實(shí)驗(yàn)的基本技能 培養(yǎng)分析解決電路問題的實(shí) 際本領(lǐng) 為以后畢業(yè)設(shè)計(jì)和從事電子技術(shù)實(shí)際工作打下基礎(chǔ) 課程設(shè)計(jì)主要是圍繞課程的內(nèi)容所做的綜合練習(xí) 題目出自實(shí)際電路 一般沒 有固定的答案 但由于電路比較簡(jiǎn)單 定型 又不是真實(shí)的生產(chǎn) 科研任務(wù) 所以 學(xué)生基本上能有章可循 完成起來并不困難 這里的著眼點(diǎn)是讓學(xué)生從理論學(xué)習(xí)的 軌道上逐步引向?qū)嶋H方面來 把過去熟悉的定性分析 定量計(jì)算逐步和工程估算 實(shí)驗(yàn)調(diào)整等手段結(jié)合起來 掌握工程設(shè)計(jì)的步驟和方法 了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的程序和實(shí) 施方法 這對(duì)今后從事技術(shù)工作無疑是個(gè)啟蒙訓(xùn)練 1 1 2 教學(xué)要求 從課程設(shè)計(jì)的任務(wù)出發(fā) 應(yīng)當(dāng)通過設(shè)計(jì)工作的各個(gè)環(huán)節(jié) 達(dá)到以下教學(xué)要求 1 鞏固和加深學(xué)生對(duì)電子電路基本知識(shí)的理解 提高他們綜合運(yùn)用本課程所學(xué)知 識(shí)的能力 2 培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍 查閱手冊(cè) 圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力 3 通過獨(dú)立思考 深入鉆研有關(guān)問題 學(xué)會(huì)自己分析并解決問題的方法 3 通過電路方案的分析 論證和比較 設(shè)計(jì)計(jì)算和選取元器件 電路組裝 調(diào)試 和檢測(cè)等環(huán)節(jié) 初步掌握簡(jiǎn)單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法 4 掌握常用的儀器 設(shè)備的正確使用方法 學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和整機(jī)指標(biāo) 的測(cè)試方法 提高學(xué)生的動(dòng)手能力和從事電子電路實(shí)驗(yàn)的基本技能 5 了解與課題有關(guān)的電子電路以及元器件的工程技術(shù)規(guī)范 能按設(shè)計(jì)任務(wù)書的要 求 完成設(shè)計(jì)任務(wù) 編寫設(shè)計(jì)說明書 正確地反映設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)的成果 正確地繪制 電路圖等 6 培養(yǎng)嚴(yán)肅 認(rèn)真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度 通過課程設(shè)計(jì)實(shí)踐 幫助學(xué)生逐步建 立正確的生產(chǎn)觀點(diǎn) 經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn) 1 21 2 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容與安排課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容與安排 1 2 1 課程設(shè)計(jì)題目的選擇 課程設(shè)計(jì)題目選擇的是否合適 直接關(guān)系到學(xué)生完成的情況和教學(xué)效果 教師 必須根據(jù)教學(xué)要求 學(xué)生實(shí)際水平 能完成的工作量和本地的條件 恰當(dāng)?shù)倪x題 爭(zhēng)取讓不同程度的學(xué)生 經(jīng)過努力能完成課程設(shè)計(jì)任務(wù) 在鞏固所學(xué)知識(shí) 提高基 本技能和能力等方面有所收獲 1 2 2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 首先 布置設(shè)計(jì)任務(wù)書 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書應(yīng)寫明 1 設(shè)計(jì)題目 2 主要技術(shù)指 標(biāo)和要求 3 給定的條件和所用的儀器設(shè)備 4 參考文獻(xiàn)等 教師要講解必要的電路原理和設(shè)計(jì)方法 如果需要深化和擴(kuò)展學(xué)過的知識(shí) 還 要補(bǔ)充講授有關(guān)的內(nèi)容 幫助學(xué)生明確任務(wù) 掌握工程設(shè)計(jì)方法 學(xué)生在教師指導(dǎo)下選擇設(shè)計(jì)方案 進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 完成預(yù)設(shè)計(jì) 預(yù)設(shè)計(jì)方案經(jīng) 過教師審查通過后 即可開始安裝和調(diào)試 安裝調(diào)試是課程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn) 教 師要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的指導(dǎo) 尤其在電路出現(xiàn)異?，F(xiàn)象或故障時(shí) 要幫助學(xué)生按照量測(cè) 觀察 查找原因 調(diào)整電路 再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的步驟 解決電路中的問題 電路調(diào)試達(dá)到設(shè)計(jì)要求后 學(xué)生要對(duì)設(shè)計(jì)的全過程作出系統(tǒng)總結(jié)報(bào)告 按照一 定格式寫出設(shè)計(jì)說明書 課程設(shè)計(jì)說明書主要內(nèi)容有 1 設(shè)計(jì)題目 2 主要指標(biāo)和 要求 3 方案選擇及電路工作原理 4 單元電路設(shè)計(jì)計(jì)算 元器件的選擇 畫出電 路圖等 5 安裝 調(diào)試中遇到的問題 解決的方法以及實(shí)驗(yàn)效果等 6 電路性能指 標(biāo)測(cè)試結(jié)果 是否滿足要求及對(duì)成果的評(píng)價(jià) 7 收獲 體會(huì)和改進(jìn)設(shè)計(jì)的建議 1 2 3 教學(xué)安排 4 課程設(shè)計(jì)一般可分為三個(gè)階段 1 預(yù)設(shè)計(jì)階段 包括教師授課 方案論證 設(shè)計(jì)計(jì)算和完成預(yù)設(shè)計(jì) 2 安裝調(diào)試階段 包括組裝電路 調(diào)試和檢測(cè) 完成實(shí)際電路 3 總結(jié)報(bào)告階段 包括總結(jié)設(shè)計(jì)工作 寫出設(shè)計(jì)說明書和最后的考核 1 31 3 課程設(shè)計(jì)的方法課程設(shè)計(jì)的方法 電子線路課程設(shè)計(jì)作為集中實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié) 應(yīng)著重提高學(xué)生的自學(xué)能力 獨(dú) 立分析 解決問題的能力和動(dòng)手進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)的能力 為了培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力 對(duì)于課上已學(xué)過的基本知識(shí) 教師不必重復(fù)講解 只 需根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)提出參考書目 讓學(xué)生自學(xué)就可以了 設(shè)計(jì)中還要教給學(xué)生查閱資 料 使用工具書的方法 讓他們遇到問題時(shí) 不是立刻找老師 而是通過獨(dú)立思考 查閱資料和書籍 自己尋找答案 要提高學(xué)生獨(dú)立分析 解決問題的能力 必須為學(xué)生提供在設(shè)計(jì)實(shí)踐中自己鍛 煉的機(jī)會(huì)和條件 引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和鉆研問題 明確設(shè)計(jì)要求 找出實(shí)現(xiàn)要求的 方法 鼓勵(lì)學(xué)生開動(dòng)腦筋 大膽探索 發(fā)揮主動(dòng)性和創(chuàng)造性 在時(shí)間安排上要留有 余地 保證學(xué)生有條件獨(dú)立地解決設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)中的問題 同時(shí) 要采用經(jīng)驗(yàn)交流 集體討論 課題報(bào)告等形式 互相啟發(fā) 集思廣益 要提高動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的能力 關(guān)鍵是啟發(fā)學(xué)生把動(dòng)腦和動(dòng)手結(jié)合起來 安排實(shí)驗(yàn)不 再由教師包辦代替 而由學(xué)生按照需要自己擬定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作步驟 自選儀器 設(shè)備 獨(dú)立測(cè)試和記錄 并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出分析 處理 教師主要做好審查 把關(guān) 的工作 并且?guī)椭鷮W(xué)生處理疑難問題 學(xué)生從設(shè)計(jì) 計(jì)算 選擇元器件開始 直到 做出合格的電路 始終由自己動(dòng)手完成 有利于增長(zhǎng)實(shí)踐的能力 強(qiáng)調(diào)課程設(shè)計(jì)以學(xué)生自學(xué)為主 獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù) 并不是降低教師的作用 相反 對(duì)教師的教學(xué)提出了更高的要求 教師要樹立 以學(xué)生為中心 的思想 為 學(xué)生做好各種服務(wù) 要熟練掌握設(shè)計(jì)中的重點(diǎn) 難點(diǎn) 發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用 在教 學(xué)方法上既不能包辦代替 又不能撒手不管 任其自流 應(yīng)注意按照學(xué)生的基礎(chǔ)和 能力的差別提出不同的要求 做到因材施教 還要注意對(duì)學(xué)生的全面訓(xùn)練 教書又 教人 使學(xué)生業(yè)務(wù)和思想雙豐收 1 41 4 常用電子電路的一般設(shè)計(jì)方法常用電子電路的一般設(shè)計(jì)方法 常用電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和步驟如圖所示 但電子電路種類很多 千差萬 別 設(shè)計(jì)方法和步驟也因不同情況而異 例如 選擇總體方案 設(shè)計(jì)單元電路 選 5 擇元器件 計(jì)算參數(shù)等環(huán)節(jié) 有時(shí)需要交叉進(jìn)行 甚至?xí)霈F(xiàn)反復(fù) 設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù) 具體情況 靈活掌握 下面對(duì)此圖中的一些環(huán)節(jié)作具體說明 1 4 1 總體方案的選擇 設(shè)計(jì)原理電路的第一步是選擇總體方案 所謂總體方案是指 針對(duì)所提出的任 務(wù) 要求和條件 從全局著眼 用具有一定功能的若干單元電路構(gòu)成一個(gè)整體 來 實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)性能 顯然 符合要求的總體方案通常不止一個(gè) 我們應(yīng)當(dāng)針對(duì)任務(wù) 要 求和條件 查閱有關(guān)資料 廣開思路 提出若干種不同的方案 然后逐一分析每個(gè) 方案的可行性和優(yōu)缺點(diǎn) 再加以比較 擇優(yōu)選用 上述過程如圖所示 此外 在選 擇的過程中 常用框圖表示各方案的基本原理 框圖一般不必畫得太詳細(xì) 只要能 說明方案的基本原理即可 但關(guān)系到方案是否可行的關(guān)鍵部分一定要畫清楚 必要 時(shí)甚至要畫出具體電路 1 4 2 單元電路的設(shè)計(jì) 在選定總體方案后 便可畫出詳細(xì)框圖 設(shè)計(jì)單元電路 1 設(shè)計(jì)單元電路的第一步 是根據(jù)設(shè)計(jì)要求和已選定的總體方案的原理框圖 明確對(duì)各單元電路的要求 必要時(shí)應(yīng)詳細(xì)擬定出主要單元電路的性能指標(biāo) 雖然不 一定都要寫成正規(guī)的文字形式 但一定要心中有數(shù) 并用簡(jiǎn)略的文字標(biāo)出主要技術(shù) 指標(biāo) 關(guān)鍵問題要做必要的文字說明 此外 要特別注意各單元電路之間的相互配 6 合 盡量少用或不用電平轉(zhuǎn)換之類的接口電路 以免造成電路復(fù)雜或成本高等缺點(diǎn) 2 擬定出對(duì)各單元電路的要求后 應(yīng)全面檢查一遍 確認(rèn)誤后便可按照一定的 順序分別設(shè)計(jì)各單元電路的結(jié)構(gòu)形式 選擇元器件和計(jì)算參數(shù)等 應(yīng)當(dāng)說明哪種形式的電路作為所要設(shè)計(jì)的單元電路呢 最簡(jiǎn)單的辦法從過去學(xué)過 的和所了解的各種電路中選擇一個(gè)合適的電路 這也許能找到一個(gè)在性能上完全滿 足要求的電路 但不要輕易滿足于此 在條件許可時(shí) 應(yīng)去查閱各種資料 這樣既 可以豐富知識(shí) 開闊眼界 而且可能找到更好的電路 例如電路更簡(jiǎn)單 成本更低 等 但也會(huì)遇到這樣的情況 即花了很多時(shí)間 仍然沒有找到滿意的電路 例如某 性能不能滿足要求或電路太復(fù)雜等 這時(shí)可在與設(shè)計(jì)要求比較接近某電路基礎(chǔ)上適 當(dāng)改進(jìn) 或進(jìn)行創(chuàng)造性設(shè)計(jì) 若仍不能解決 再向老師請(qǐng)教 1 4 3 總體電路圖的畫法 設(shè)計(jì)好各單元電路后 應(yīng)畫出總體電路圖 總體電路圖不僅是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和印刷 電路板等工藝設(shè)計(jì)的主要依據(jù) 而且在生產(chǎn)調(diào)試和維修時(shí)也離不開它 因此總體電 路圖具有重要作用 總體電路圖畫得好 不僅自己看起來方便 而且別人容易看懂 便于進(jìn)行技術(shù) 交流 怎樣才能畫好總體電路圖呢 一般說來 主要應(yīng)注意以下幾點(diǎn) 1 畫圖時(shí)應(yīng)注意信號(hào)的流向 通常從輸入端或信號(hào)源畫起 由左至右或由上至 下按信號(hào)的流向依次畫出各單元電路 但一般不要把電路圖畫成很長(zhǎng)的窄條 必要 時(shí)可以按信號(hào)流向的主通道依次把各單元電路排成類似字母 U 的形狀它的開口可 以朝左 也可以朝其他方向 2 盡量把總體電路圖畫在同一張圖紙上 如果電路比較復(fù)雜 一張圖紙畫不下 應(yīng)把主電路畫在同一張圖紙上 而把一些比較獨(dú)立或次要的部分 例如直流穩(wěn)壓電源 畫在另一張或幾張圖紙上 應(yīng)當(dāng)用恰當(dāng)?shù)姆绞?說明各圖紙上電路連線的來龍去脈 3 電路圖中所有的連線都要表示清楚 各元器件之間的絕大多數(shù)連線應(yīng)在圖上 直接畫出 連線通常畫成水平線或豎線 一般不畫斜線 互相連通的交叉線 應(yīng)在 交叉處用圓點(diǎn)標(biāo)出 還應(yīng)當(dāng)注意盡量使連線短些 少拐彎 七拐八彎 東拉西扯 的連線多了 使人眼花繚亂 不易看懂 因此 在圖上把各元器件的每一根連線都 畫出來 效果不一定好 有的可用符號(hào)表示 例如地線常用表示 集成電路器件 的電源一般只要標(biāo)出電源電壓的數(shù)值 例如 5V 15V 和 15V 就可以了 有的可采 用簡(jiǎn)便畫法 總之 以 清晰明了 容易看懂 為原則 但也要注意電路圖的緊湊 7 和協(xié)調(diào) 疏密恰當(dāng) 避免出現(xiàn)有的地方畫得很密 有的地方空出一大塊 4 電路圖中的中大規(guī)模集成電路器件 通常用方框表示 在方框中標(biāo)出它的型 號(hào) 在方框的邊線兩側(cè)標(biāo)出每根連線的功能名稱和管腳號(hào) 除中大規(guī)模器件外 其 余元器件的符號(hào)應(yīng)當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)化 5 如果電路比較復(fù)雜 設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)不足 有些問題在畫出總體電路之前難以解 決 遇到這種情況 可先畫出總體電路草圖 其目的主要是為了解決以下問題 1 有些單元電路的形式 從單元電路局部考慮 它是最好的 但從整個(gè)電路的 全局考慮 它卻不一定是最好的 顯然 我們應(yīng)當(dāng)從全局著眼 選擇合適的元器件 并把它們組合得最好 這類問題 有時(shí)只有畫出總體電路的草圖才能解決 2 各單元電路之間的相互連線和配合等 有時(shí)需要畫出總體電路草圖 才能知 道有無問題 3 總體電路圖中 各單元電路分別畫在什么位置最好 有時(shí)需要通過畫總體電 路草圖 經(jīng)過比較 才能確定 為了解決以上問題 有時(shí)需要畫出若干不同的總體 電路草圖 以便進(jìn)行比較 6 在坐標(biāo)紙上畫電路圖 可以畫得既快又好 以上所述只提總體電路圖的一般畫法 實(shí)際情況千差萬別 應(yīng)根據(jù)具體情況靈 活掌握 1 4 4 元器件的選擇 電子電路的設(shè)計(jì)就是選擇最合適的元器件 并把它們最好地組合起來 因此 在設(shè)計(jì)過程中 經(jīng)常遇到選擇元器件的問題 不僅在設(shè)計(jì)單元電路和總體電路及計(jì) 算參數(shù)時(shí)要考慮選哪些元器件合適 而且在提出方案 分析和比較方案的優(yōu)缺點(diǎn)時(shí) 有時(shí)也要考慮用哪些元器件以及它們的性能和價(jià)格如何等 由此可見 選擇元器件 是多么重要 那么 怎樣選擇元器件呢 其實(shí)只要弄清 需要什么 和 有什么 兩 個(gè)問題 選擇元器件的問題就好解決了 所謂 需要什么 是指根據(jù)具體問題的要求所選擇的方案 需要什么樣的元器 件 即每個(gè)元器件各應(yīng)具有哪些功能和什么樣的性能指標(biāo) 所謂 有什么 是指有哪些元器件 哪些實(shí)驗(yàn)室里有 哪些在市場(chǎng)上可以買到 它們的性能各是什么 價(jià)格如何 體積多大等 我們知道 電子元器件品種繁多 而且新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn) 這就需要我們經(jīng)常關(guān)心元器件的信息和新動(dòng)向 多查資料 一 一般優(yōu)先選用集成電路 我們知道 集成電路的應(yīng)用越來越廣泛 這不僅減小了電子設(shè)備的體積和成本 提高了可靠性 使安裝調(diào)試和維修變得比較簡(jiǎn)單 而且大大簡(jiǎn)化了電子電路的設(shè)計(jì) 8 以致于某些數(shù)字系統(tǒng)中的單元電路的設(shè)計(jì)變得象 點(diǎn)菜譜 那樣容易 各種模擬集 成電路也使得放大器 穩(wěn)壓電源和其他一些模擬電路的設(shè)計(jì)比以前容易得多 而且成本也低得多 并具有體積小 重量輕 維修簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn) 在某些情況下 幾十年前的一個(gè)電子工程師花幾天時(shí)間才能設(shè)計(jì)制做出來的電路 也許今天一個(gè)初 學(xué)者用集成電路 在幾小時(shí)內(nèi)就能設(shè)計(jì)制做出來 而且性能優(yōu)越 成本低 因此一 般優(yōu)先選用集成電路 但是 不要以為采用集成電路一定比用分立元件好 有些功 能相當(dāng)簡(jiǎn)單的電路 只要用一只三極管或二極管就能解決問題 若采用集成電路可 能會(huì)造成不必要的復(fù)雜化 或者成本較高 在頻率高 電壓高 電流大或要求噪聲 極低等特殊場(chǎng)合 仍需采用分立元件 但在一般情況下 應(yīng)優(yōu)先選擇集成電路 必 要時(shí)可畫出兩種電路 進(jìn)行對(duì)比 二 怎樣選擇集成電路 在一般情況下選用集成電路有很多優(yōu)點(diǎn) 但集成電路的品種很多 怎樣確定選 哪一種呢 我們認(rèn)為 一般方法是 先粗后細(xì) 即先根據(jù)總體方案考慮應(yīng)選用什么功 能的集成電路 再進(jìn)一步考慮它的具體性能 然后再根據(jù)價(jià)格等考慮選用什么型號(hào) 的器件 1 應(yīng)熟悉集成電路有哪些品種 最好能夠熟悉若干種典型產(chǎn)品的型號(hào) 性能及 價(jià)格等 以便設(shè)計(jì)時(shí)能及時(shí)提出好的方案 較快地設(shè)計(jì)出單元電路和總體電路 2 選用集成運(yùn)放時(shí) 應(yīng)盡量選擇 全國(guó)集成電路標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)提出的優(yōu)選集成 電路系列 中的產(chǎn)品 3 同一種功能的數(shù)字集成電路 例如或非門 可能既有 TTL 產(chǎn)品 又有 CMOS 產(chǎn) 品 而且 TTL 器件有中速 高速 甚高速 低功耗和肖特基低功耗五種不同產(chǎn)品 CMOS 數(shù)字器件也有普通型和高速型兩種不同產(chǎn)品 究竟選哪種產(chǎn)品好呢 設(shè)計(jì)者應(yīng) 當(dāng)熟悉各種常用器件的主要性能和特點(diǎn) 以便設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)電路對(duì)它們的要求 作出 正確的選擇 1 4 5 計(jì)算參數(shù) 在電子電路的設(shè)計(jì)過程中 常需計(jì)算某些參數(shù) 例如 在設(shè)計(jì)積分電路時(shí) 不 僅要求出電阻值和電容值 而且還要估算出集成運(yùn)放的開環(huán)電壓放大倍數(shù) 差模輸 入電阻和轉(zhuǎn)換速率各應(yīng)大于多少 輸入偏置電流 輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流及 其溫漂各應(yīng)小于多少等 才能根據(jù)計(jì)算結(jié)果挑選元器件 至于計(jì)算參數(shù)的具體方法 主要在于正確運(yùn)用分析方法 弄清電路原理和用好計(jì)算公式 這些已在 模擬電子 技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 和 高頻電子線路 課程中學(xué)過 并做了不少習(xí) 題 但設(shè)計(jì)中計(jì)算參數(shù)與做習(xí)題有所不同 習(xí)題中通常將大多數(shù)參數(shù)值作為已知量 9 給出 一般只需要求一 兩個(gè)參數(shù)值 而且正確的答案一般是唯一的 而設(shè)計(jì)電路 時(shí) 除了對(duì)電路性能指標(biāo)的要求外 通常沒有其他已知參數(shù) 幾乎全部由設(shè)計(jì)者自 己選擇和計(jì)算 而且理論上滿足要求的參數(shù)值通常不是唯一的 給設(shè)計(jì)者提供了選 擇的自由 即可根據(jù)價(jià)格 體積和貨源等具體情況靈活選擇 也就是說 設(shè)計(jì)中的 計(jì)算參數(shù)包括 選擇 和 計(jì)算 兩個(gè)方面 計(jì)算時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn) 1 各元器件的工作電流 電壓 頻率和功耗等應(yīng)在允許的范圍內(nèi) 并留有適當(dāng) 裕量 以保證電路在規(guī)定的條件下能正常工作 達(dá)到所要求的性能指標(biāo) 并有一定 的裕量 2 對(duì)于環(huán)境溫度 交流電網(wǎng)電壓等工作條件 計(jì)算參數(shù)時(shí)應(yīng)按最不利的情況考 慮 3 涉及元器件的極限參數(shù) 例如整流橋堆的耐壓 時(shí) 必須留有足夠的裕量 一 般按 1 5 倍左右考慮 例如 如果實(shí)際電路中三極管 Vce的最大值為 20 V 挑選三 極管時(shí)應(yīng)按 V BR CEO 30 V 考慮 4 電阻值盡可能選在 1范圍內(nèi) 最大一般不應(yīng)超過 10 其數(shù)值應(yīng)在M M 常用電阻器標(biāo)稱值系列之內(nèi) 并應(yīng)根據(jù)具體情況正確選用電阻器的品種 5 非電解電容盡可能在 100 pF 至 0 1uF 范圍內(nèi)選擇 其數(shù)值應(yīng)在常用電容器標(biāo) 稱值系列之內(nèi) 并應(yīng)根據(jù)具體情況正確選擇電容器的品種 6 在保證電路性能的前提下 盡可能設(shè)法降低成本 減少元器件的品種 減小 元器件的功耗和體積 并為安裝調(diào)試創(chuàng)造有利條件 7 在滿足性能指標(biāo)和上述各項(xiàng)要求的前提下 應(yīng)優(yōu)先選用實(shí)驗(yàn)室里現(xiàn)有的或容 易買到的器件 以節(jié)省時(shí)間和精力 8 應(yīng)把根據(jù)計(jì)算所確定的各參數(shù)值標(biāo)在電路圖中恰當(dāng)?shù)奈恢?此圖實(shí)際上就是 把計(jì)算好的各參數(shù)值標(biāo)注在圖中 1 4 6 審圖 在畫出總體電路圖 并計(jì)算出全部參數(shù)值以后 至少應(yīng)進(jìn)行一次全面審查 這 是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)過程中各種計(jì)算難免錯(cuò)誤 有些問題難免考慮不周到 也許有人會(huì)說 有點(diǎn)問題沒關(guān)系 反正還要做實(shí)驗(yàn) 這種想法是不對(duì)的 下面具體說明 一 原理電路中存在的某些問題 如果不在實(shí)驗(yàn)前解決 可能會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)時(shí)損 壞元器件 二 有些設(shè)計(jì)不合理的電路 做實(shí)驗(yàn)可能發(fā)現(xiàn)不了它有問題 想通過做一次實(shí)驗(yàn) 發(fā)現(xiàn)所有的問題 有時(shí)是不切實(shí)際的 10 三 自己設(shè)計(jì)的原理電路存在一些問題是難免的 經(jīng)過審圖也不能保證可以發(fā) 現(xiàn)和解決所有的問題 但是經(jīng)過仔細(xì)審查 可以發(fā)現(xiàn)和解決一部分或大部分問題 為實(shí)驗(yàn)打下較好的基礎(chǔ) 相反 如果不審圖便進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 即使不損壞元器件 也可 能會(huì)出現(xiàn)較多的問題和困難 有時(shí)甚至?xí)械讲恢?令人懊喪 郁悶 以致信 心不足等 總之 實(shí)驗(yàn)前把自己設(shè)計(jì)的原理電路全面審查一遍是明智的 如果電路比較復(fù) 雜 應(yīng)多審查一 兩遍 必要時(shí)可請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)豐富的同行審查 至于如何審圖 有以下 幾點(diǎn)值得注意 1 先從全局出發(fā) 檢查總體方案是否合適 有無問題 再審查各單元電路的原 理是否正確 電路形式是否合適 2 檢查各單元電路之間的電平 時(shí)序等配合有無問題 3 檢查電路圖中有無繁瑣之處 是否可以化簡(jiǎn) 4 根據(jù)圖中所標(biāo)出的各元器件的型號(hào) 參數(shù)值等 驗(yàn)算能否達(dá)到性能指標(biāo) 有 無恰當(dāng)?shù)脑Ａ?5 要特別注意檢查電路圖中各元器件工作是否安全 尤其是 CMOS 器件 以免 實(shí)驗(yàn)時(shí)損壞 6 解決所發(fā)現(xiàn)的全部問題 若改動(dòng)較多 應(yīng)當(dāng)復(fù)查一遍 1 4 7 實(shí)驗(yàn) 設(shè)計(jì)一個(gè)解決實(shí)際問題的具體電路 需要解決的問題比較多 既要考慮方案以 及用哪些單元電路 各單元電路之間怎樣連接 如何配合 還要考慮用哪些元器件 它們的性能 貨源 價(jià)格 體積 功耗各怎樣等 而電子元器件品種繁多 性能各 異 總之 設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的因素和問題相當(dāng)多 加之經(jīng)驗(yàn)不足 以及一些新的 集成電路功能較多 內(nèi)部電路復(fù)雜 如果沒有實(shí)際用過 單憑看資料很難掌握它的 各種用法和一些具體細(xì)節(jié) 因此 設(shè)計(jì)時(shí)難免考慮不周 出些差錯(cuò) 實(shí)踐證明 對(duì) 于比較復(fù)雜的電子電路 單憑紙上談兵 要想使自己設(shè)計(jì)的原理電路正確無誤和完 善 往往是不現(xiàn)實(shí)的 所以常需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)問題 遇到問題時(shí) 應(yīng)善于理論聯(lián)系實(shí)際 深入思考 分析原因 找出解決問題的辦法和途徑 經(jīng)測(cè)試 電路性能全部達(dá)到要求后 再畫出正式的電路圖 值得指出的是 有的電路相當(dāng)復(fù)雜 如果全部做實(shí)驗(yàn) 要用很多元器件 費(fèi)用 和工作量相當(dāng)大 在這種情況下 一般先只實(shí)驗(yàn)其中關(guān)鍵部分或采用新技術(shù) 新電 路 新器件的部分 而那些很有把握或很成熟的部分 可以不做實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)成功后 再考慮制作樣機(jī) 11 第二章第二章 設(shè)計(jì)舉例設(shè)計(jì)舉例 2 12 1 集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 2 1 1 設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)目的 通過集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 安裝和調(diào)試 要求學(xué)會(huì) 1 選擇變壓器 整流二極管 濾波電容及集成穩(wěn)壓器來設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源 2 掌握直流穩(wěn)壓電路的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法 2 1 2 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù) 1 集成穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標(biāo) 集成穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標(biāo) 1 同時(shí)輸出 15v 電壓 輸出電流為 1A 2 輸出紋波電壓小于 5mA 穩(wěn)壓系數(shù)小于 輸出內(nèi)阻小于 0 1 3 5 10 2 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)要求 1 電源變壓器只做理論設(shè)計(jì) 2 合理選擇集成穩(wěn)壓器 3 完成全電路理論設(shè)計(jì) 安裝調(diào)試 繪制電路圖 自制印刷板 4 撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告 調(diào)試總結(jié)報(bào)告及使用說明書 2 1 3 基本原理基本原理 1 直流穩(wěn)壓電源的基本原理 直流穩(wěn)壓電源的基本原理 直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器 T 整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成 基本框圖 如圖 2 1 1 所示 各部分電路的作用如下 整流濾 波電路 12 圖 2 1 1 直流穩(wěn)壓電源基本組成框圖 1 電源變壓器 T 的作用是將電網(wǎng) 220V 的交流電壓變換成整流濾波電路所需要 的交流電壓 變壓器副邊與原邊的功率比為式中 為變壓器的效率 i u 21 PP 2 整流濾波電路 整流電路將交流電壓變換成脈動(dòng)的直流電壓 再經(jīng)濾波電路濾除紋波 輸出直 流電壓 常用的整流濾波電路有全波整流濾波 橋式整流濾波 倍壓整流濾波電 1 U 路如圖 2 1 2 a b 及 c 各濾波電容 C 滿足 1 3 5 2 L T R C 式中 T 為輸入交流信號(hào)周期 為整流濾波電路的等效負(fù)載電阻 1L R 3 三端集成穩(wěn)壓器 常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器與可調(diào)式三端穩(wěn)壓器 均屬電壓串聯(lián)型 下面分別介紹其典型應(yīng)用 固定三端集成穩(wěn)壓器 正壓系列 78XX 系列 該系列穩(wěn)壓塊有過流 過熱和調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù) 以防過載而損壞 一般不需要外接元件即可工作 有時(shí)為改善性能也加少量元件 78XX 系列又分四個(gè)子系列 即 78HXX 78XX 78MXX 和 78LXX 其差別只在輸 出電流和外形 78HXX 輸出電流為 5A 78XX 輸出電流為 1 5A 78MXX 輸出電流 為 0 5A 78LXX 輸出電流為 0 1A 負(fù)壓系列 79XX 系列與 78XX 系列相比 除了輸出電壓極性 引腳定義不同外 其他特點(diǎn)都相同 78XX 系列 79XX 系列的典型電路見圖 2 1 3 a b c a 全波整流電容濾波電路 b 橋式整流電容濾波電路 c 二倍壓整流濾波電路 圖 2 1 2 幾種常見整流濾波電路 a 正電壓輸出 b 負(fù)電壓輸出 業(yè) 業(yè) 業(yè) 78xx 13 c 正 負(fù)電壓輸出 圖 2 1 3 固定三端穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用 可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器 正壓系列 W317 系列穩(wěn)壓塊能在輸出電壓為 1 25V 37V 的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào) 外接元件只需一個(gè)固定電阻和一只電位器 其芯片內(nèi)也有過流 過熱和安全工作區(qū) 保護(hù) 最大輸出電流為 1 5A 其典型電路如圖 2 1 4 所示 其是電阻 R1 與電位器 RP 組成電壓輸出調(diào)節(jié)器 輸出電壓的表達(dá)式為 0 U 1 01 25 1 P URR 式中 一般取值為 120 240 輸出端與調(diào)整壓差為穩(wěn)壓器的基準(zhǔn)電壓 典 1 R 型值為 1 25V 所以流經(jīng)電阻 R 的泄放電流為 5 10mA 負(fù)壓系列 W337 系列 與 W317 系列相比 除了輸出電壓極性 引腳定義不同 外 其他特點(diǎn)都相同 a 可調(diào)正壓輸出 b 可調(diào)負(fù)壓輸出 圖 2 1 4 可調(diào)式三端穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用 2 穩(wěn)壓電源的性能指標(biāo)及測(cè)試方法 穩(wěn)壓電源的性能指標(biāo)及測(cè)試方法 穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種 一種是特性指標(biāo) 包括允許的輸入電壓 輸出 電壓 輸出電壓及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等 另一種是質(zhì)量指標(biāo) 用來衡量出直流電壓 的穩(wěn)定程度 包括穩(wěn)壓系數(shù) 或電壓調(diào)整率 輸出電阻 或電流調(diào)整率 溫度系 數(shù)及紋波電壓等 測(cè)試電路如圖 2 1 5 所示 這些質(zhì)量指標(biāo)的含義 可簡(jiǎn)述如下 業(yè) 業(yè)業(yè) 79xx 14 圖 2 1 5 穩(wěn)壓電源性能指標(biāo)測(cè)試電路 1 紋波電壓 紋波電壓是指疊加在輸出電壓上的交流分量 用示波器觀測(cè) 0 U 其峰 峰值 一般為毫伏量級(jí) 也可以用交流電壓表測(cè)量其有效值 但因 OPP U 不是正弦波 所以用有效值衡量其紋波電壓 存在一定誤差 0 U 2 穩(wěn)壓系數(shù)及電壓調(diào)整率 穩(wěn)壓系數(shù) 在負(fù)載電流 環(huán)境溫度不變的情況下 輸入電壓的相對(duì)變化引起的 電壓的相對(duì)變化 即 oo u ii UU S UU 電壓調(diào)整率 輸入電壓相對(duì)變化為時(shí)的輸出電壓相對(duì)變化量 即10 o u o U K U 穩(wěn)壓系數(shù)和電壓調(diào)整率均說明輸入電壓變化對(duì)輸出電壓的影響 因此只 u S u K 需測(cè)試其中之一即可 3 輸出電阻及電流調(diào)整比 輸出電阻 放大器的輸出電阻相同 其值為當(dāng)輸入電壓不變時(shí) 輸出電壓變化 量與輸出電流變化量之比的絕對(duì)值 即 o o O U r I 電流調(diào)整率 輸出電流從 0 變到最大值時(shí)所產(chǎn)生的輸出電壓相對(duì)變化值 maxL I 即 o i o U K U 輸出電阻和電流調(diào)整率均說明負(fù)載電流變化對(duì)輸出電壓的影響 因此也只 o r i K 需測(cè)試其中之一即可 2 1 4 設(shè)計(jì)指導(dǎo)設(shè)計(jì)指導(dǎo) 直流穩(wěn)壓電源的一般設(shè)計(jì)思路為 由輸出電壓 電流確定穩(wěn)壓電路形式 o U o I 通過計(jì)算極限參數(shù) 電壓 電流和功耗 選擇整流器件 由穩(wěn)壓電路所要求的直流 電壓 直流電流 輸入確定整流濾波電路形式 選擇整流二極管及濾波電容 i U i I 15 并確定變壓器的副邊電壓的有效值 電流 有效值 及變壓器功率 最后由電 i U i I 路的最大功耗工作條件確定穩(wěn)壓器的散熱措施 圖 2 1 6 為集成穩(wěn)壓電源的典型電路 其主要器件有變壓器 整流二極管 r T 濾波電容 C 集成穩(wěn)壓器及測(cè)試用的負(fù)載電阻 14 VDVD L R 下面介紹這些器件選擇的一般原則 1 集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器 穩(wěn)壓電路輸入電壓的確定 為保證穩(wěn)壓器在電網(wǎng)量低時(shí)仍處于穩(wěn)壓狀態(tài) 要 I U 求 式中 是穩(wěn)壓器的最小輸入輸出壓差 典 maxmin ioio UUUU min io UU 型值為 3V 按一般電源指標(biāo)的要求 當(dāng)輸入交流電壓 220V 變化時(shí) 電源應(yīng)10 穩(wěn)壓 所以穩(wěn)壓電路的最低輸入電壓 另一方面 Immaxmin 0 9 inoIo UUUU 為保證穩(wěn)壓器安全工作 要求 式中是穩(wěn)壓器允 minmax ioio UUUU max io UU 許的最大輸入輸出壓差 典型值為 35V 2 2 電源變壓器電源變壓器 確定整流濾波電路形式后 由穩(wěn)壓器要求的最低輸入直流電壓計(jì)算出變壓 Imin U 器的副邊電壓 副邊電流 I U I I 2 1 52 1 5 設(shè)計(jì)示例設(shè)計(jì)示例 設(shè)計(jì)一集成直流穩(wěn)壓電源 性能指標(biāo)要求 連續(xù)可調(diào) 輸出電流 5 12 o VV max 1 o IA 紋波電壓 5mV 電壓調(diào)整率 3 u K 電流調(diào)整率 1 i K 選可調(diào)式三端穩(wěn)壓器 W317 其典型指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求 電路形式如圖 2 1 7 所 示 圖 2 1 6 集成穩(wěn)壓電源的典型電路 16 圖 2 1 7 設(shè)計(jì)示例 1 1 器件選擇器件選擇 電路參數(shù)計(jì)算如下 1 確定穩(wěn)壓電路的最低輸入直流電壓 Imin U Immax min 0 9 inOIO UUUU 代入各指標(biāo) 計(jì)算得 Im 123 0 916 67 in UV 我們?nèi)≈?17V 2 確定電源變壓器副邊電壓 電流及功率 Im 1 1 Iax UU ImIax II 所以我們?nèi)?1 1A I I 變壓器副邊功率17 1 115 5 I UV 2 17PW 變壓器的效率 則原邊功率 由上分析 可選購(gòu)副邊電壓0 7 24 3 I PW 變 16V 輸出 1 1A 功率 30W 的變壓器 3 選整流二極管及濾波電容 因電路形式為橋式整流電容濾波 通過每個(gè)整流二極管的反峰電壓和工作電流 求出濾波電容值 已知整流二極管 1N5401 其極限參數(shù)為 濾50 5 RMD UV IA 波電容故取 2 只的 1ImIm 3 5 2 1941 3235 axin CTIUF 2200 25FV 電解電容作濾波電容 2 2 穩(wěn)壓器功耗估算穩(wěn)壓器功耗估算 當(dāng)輸入交流電壓增加 10 時(shí) 穩(wěn)壓器輸入直流電壓最大 Im 1 1 1 1 1619 36 ax UV 所以穩(wěn)壓器承受的最大壓差為 19 36515V 最大功耗為 ImIm 15 1 116 5 axax UIW 故應(yīng)選用散熱功率的散熱器 16 5W 3 3 其他措施其他措施 如果集成穩(wěn)壓器離濾波電容較遠(yuǎn)時(shí) 應(yīng)在 W317 靠近輸入輸出端處接上一只 1 C 17 的旁路電容 接在調(diào)整端和地之間的電容 是用來旁路電位器 RP 兩0 33 F 2 C 3 C 端的紋波電壓 當(dāng)?shù)娜萘繛闀r(shí) 紋波抑制比可提高 20dB 減到原來的 1 10 另 3 C10 F 一方面 由于在路中接了電容 此時(shí)一旦輸入端或輸出端發(fā)生短路 中儲(chǔ)存的 3 C 3 C 電荷會(huì)通過穩(wěn)壓器內(nèi)部的調(diào)整管和基準(zhǔn)放大管而損壞穩(wěn)壓器 為了防止在這種情況 下的放電電流通過穩(wěn)壓器 在兩端并接一只二極管 3 C 1 R 2 VD W317 集成穩(wěn)壓器在沒有容性負(fù)載的情況下可以穩(wěn)定地工作 但當(dāng)輸出端有 的容性負(fù)載時(shí) 就容易發(fā)生自激 為了抑制自激 在輸出端接一只500 5000pF 的鉭電容或的鋁電解電容 該電容還可以改善電源的瞬態(tài)響應(yīng) 但是1 F 25 F 4 C 接上該電容以后 集成穩(wěn)壓器的輸入端一旦發(fā)生短路 將對(duì)穩(wěn)壓器的輸出端放電 4 C 其放電電流可能損壞穩(wěn)壓器 故在穩(wěn)壓器的輸入與輸出端之間 接一只保護(hù)二極管 1 VD 2 1 62 1 6 電路安裝與指標(biāo)測(cè)試電路安裝與指標(biāo)測(cè)試 1 1 安裝整流濾波電路安裝整流濾波電路 首先應(yīng)在變壓器的副邊接入保險(xiǎn)絲 FU 以防電源輸出端短路損壞變壓器或其他 器件 整流濾波電路主要檢查整流二極管是否接反 否則會(huì)損壞變壓器 檢查無誤 后 通電測(cè)試 可用調(diào)壓器逐漸將輸入交流電壓升到 220V 用滑線變阻器做等效負(fù) 載 用示波器觀察輸出是否正常 2 2 安裝穩(wěn)壓電路部分安裝穩(wěn)壓電路部分 集成穩(wěn)壓器要安裝適當(dāng)散熱器 根據(jù)散熱器安裝的位置決定是否需要集成穩(wěn)壓 器與散熱器之間絕緣 輸入端加直流電壓 可用直流電源作輸入 也可以用調(diào)試好 1 U 的整流濾波電路作輸入 滑線變阻器作等效負(fù)載 調(diào)節(jié)電位器 RP 輸出電壓應(yīng)隨之 變化 說明穩(wěn)壓電路正常工作 注意檢查在額定負(fù)載電流下穩(wěn)壓器的發(fā)熱情況 3 3 總裝及指標(biāo)測(cè)試總裝及指標(biāo)測(cè)試 將整流濾波電路與穩(wěn)壓電路相連接并接上等效負(fù)載 測(cè)量下列各值是否滿足設(shè) 計(jì) 要求 1 為最高值 電網(wǎng)電壓為 242V 為最小值 此例為 5V 測(cè)穩(wěn)壓器 I U O U 輸入 輸出端壓差是否小于額定值 并檢查散熱器的溫升是否滿足要求 此時(shí)應(yīng)使 輸出電流為最大負(fù)載電流 2 為最低值 電網(wǎng)電壓為 198V 為最大值 此例為 12V 測(cè)穩(wěn)壓器 I U O U 輸入 輸出端壓差是否大于 3V 并檢查輸出穩(wěn)壓情況 如果上述結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求 便可按照前面介紹的測(cè)試方法 進(jìn)行質(zhì)量指標(biāo)測(cè) 試 2 1 72 1 7 同時(shí)輸出同時(shí)輸出電壓 輸出電流為電壓 輸出電流為 1A1A 的穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓電源15V 18 2 1 82 1 8 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1 畫出設(shè)計(jì)原理圖 列出元器件清單 2 敘述直流穩(wěn)壓電源的工作原理 3 整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 4 調(diào)試中出現(xiàn)什么故障 如何排除 5 分析整體測(cè)試結(jié)果 6 寫出本設(shè)計(jì)的心得體會(huì) FU 1 2 3 4 IN4007 4 0 33uF 0 33uF0 1uF 0 1uF 3300uF 50V 3300uF 50V KS 220V 50Hz 50W 20V 20V 7815 7915 15V 1A 15V 1A 19 2 22 2 晶閘管的特性與應(yīng)用晶閘管的特性與應(yīng)用 2 2 12 2 1 設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)目的 1 掌握晶閘管的基本特征及判斷與測(cè)試 2 熟悉晶閘管的基本實(shí)際應(yīng)用 3 了解晶閘管產(chǎn)品系列及其工程選用常識(shí) 2 2 22 2 2 基本知識(shí)基本知識(shí) 晶閘管是晶體閘流管的簡(jiǎn)稱 晶閘管能在高電壓 大電流條件下工作 并且工 作過程可以控制 它的出現(xiàn) 使半導(dǎo)體器件得以從弱電領(lǐng)域進(jìn)入了強(qiáng)電領(lǐng)域 所以 晶閘管是一種功率半導(dǎo)體器件 或者說是一種電力電子器件 它具有體積小 占地 少 重量輕 無噪聲 效率高 壽命長(zhǎng) 操作維修方便等優(yōu)點(diǎn) 在可控整流 交流 調(diào)壓 無觸點(diǎn)開關(guān) 逆變電源 變頻調(diào)速 自動(dòng)控制等方面獲得了廣泛應(yīng)用 一 晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 常見外形和電路符號(hào) 1 普通晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 是由四層 P N P N 材料形成三個(gè) PN 結(jié) 內(nèi)部可 等效為由一個(gè) PNP 晶體管和一個(gè) NPN 晶體管組合構(gòu)成 引出三個(gè)外引腳的四層三端 半導(dǎo)體器件 其最基本 最重要的特征是 可以用弱電流小電壓控制大電流高電壓 圖 2 2 1 即為普通晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 常見外形和電路符號(hào)圖 20 圖 2 2 1 普通晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)圖 2 晶閘管按其結(jié)構(gòu)和用途不同可分為 普通晶閘管和特殊晶閘管 特殊晶閘管 有雙向晶閘管 逆向晶閘管 高頻 快速 晶閘管 BTG 晶閘管 門極關(guān)斷晶閘管 光控晶閘管 熱敏晶閘管 四極晶閘管和晶閘管模塊等 其中最常用的是普通晶閘 管和雙向晶閘管 各類晶閘管的電路符號(hào)如表 2 2 1 所示 表 2 2 1 常用晶閘管的電路符號(hào) 二 晶閘管的主要參數(shù) 晶閘管的參數(shù)反映了晶閘管的性能優(yōu)劣 是正確選擇和使用晶閘管的依據(jù) 因 此 對(duì)其應(yīng)有清楚的了解 其主要參數(shù)有 正向重復(fù)峰值電壓 反向重復(fù)峰 DRM U 值電壓 正向平均電流 維持電流 控制極觸發(fā)電壓 控制 RRM U F I H I G U 觸發(fā)電流等 但在工程應(yīng)用選型中 晶閘管有兩個(gè)參數(shù)較重要 即允許通過的 G I 最大工作電流和最高耐壓 這兩個(gè)參數(shù)把握好了 則一般應(yīng)用即可完全滿足要求 三 晶閘管的選用 晶閘管的選用 應(yīng)根據(jù)應(yīng)用電路的具體要求而合理選用 1 如用于可控整流 交流調(diào)壓 逆變電源等方面 則可選用普通晶閘管 2 如用于無觸點(diǎn)開關(guān) 交流線性調(diào)速 無級(jí)調(diào)光 固態(tài)繼電器控制等 則可選 用雙向晶閘管 3 如用于變頻調(diào)速 斬波器 可控逆變電源 電子開關(guān)等方面 則可選用可關(guān) 斷晶閘管 4 晶閘管有許多優(yōu)點(diǎn) 但也有其較突出的弱點(diǎn) 就是其過載能力差 應(yīng)采取適 當(dāng)保護(hù)措施 2 2 3 測(cè)試測(cè)試 一 內(nèi)容 1 認(rèn)識(shí)和區(qū)別各類主要晶閘管的外觀特征 2 測(cè)試判斷晶閘管的 A K G 極和 G T1 T2 級(jí) 3 檢查判斷晶閘管的好壞和相關(guān)性能 二 器材 1 萬用表一只 21 2 晶閘管 3CT021 024 2N1596 3CTS1 33CTS5 2N6073 KP5 KP200 等各 若干只 三 步驟 1 認(rèn)識(shí)和區(qū)別各類主要晶閘管的外觀特征 晶閘管的外形有小功率晶閘管 大功率晶閘管 引腳大都為三極 但也有多極如四極的 類別有普通晶閘管和特殊 晶閘管 外觀有圓形 扁形 螺栓形的塑封或金屬封裝 2 用萬用表檢查判別測(cè)試普通晶閘管 A G K 極 單向晶閘管的三個(gè)極可 以用萬用表電阻檔 R 100 來區(qū)分 其 G K 之間相當(dāng)一個(gè)二極管 G 為二極管正 極 K 為二極管負(fù)極 所以按照測(cè)二極管的方法 找出三個(gè)極中的兩個(gè)極 測(cè)其正反 向電阻 電阻小的一次 萬用表黑表筆接的是 G 極 紅表筆接的是 K 極 剩下的一 個(gè)極就是 A 極 如果按上述方法反復(fù)測(cè)量 都不能得出正確結(jié)果 則證明晶閘管已 損壞 3 用萬用表判別測(cè)試雙向晶閘管 G T1 T2 極 雙向晶閘管是屬于 NPNPN 五層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件 由于其正反雙向都可以導(dǎo)通 故不再有陽極與陰極之分了 所以 三個(gè)電極分別是控制極 G 主電極 T1 T2 1 首先確定 T2 控制極 G 與 T1 極之間的距離較近 其正反向電阻都很小 用萬用表 R 1 檔測(cè)量 G T1 任意兩腳之間的電阻時(shí)僅幾十歐 而 G T2 T1 T2 之 間的反向電阻均為無窮大 這表明 如果測(cè)出某腳和其他兩腳都不通 就能確定該 腳為 T2 極 有散熱板的雙向晶閘管 T2 極往往與散熱板相連通 2 確定 T2 極之后 假設(shè)剩下兩腳中某一腳為 T1 極 另一腳為 G 極 把黑表 筆接 T1 極 紅表筆接 T2 極 并在紅表筆不斷開與 T2 極連接的情況下 把 T2 極與 G 極瞬時(shí)短接一下 給 G 極加上負(fù)觸發(fā)信號(hào) 電阻值如為 10 左右 證明晶閘管已 經(jīng)導(dǎo)通 導(dǎo)通方向?yàn)?T1 T2 上述假設(shè)的兩極正確 如萬用表沒有指標(biāo) 電阻值仍為 無窮大 則說明管子沒有導(dǎo)通 假設(shè)錯(cuò)誤 可改變兩極連接表筆再測(cè) 3 把紅表筆接 T1 極 黑表筆接 T2 極 然后使 T2 極與 G 極瞬時(shí)短接一下 給 G 極加上正觸發(fā)信號(hào) 電阻仍為 10 左右 證明管子再次導(dǎo)通 導(dǎo)通方向?yàn)?T2 T1 上述測(cè)試方法 表明雙向晶閘管具有雙向觸發(fā)性質(zhì) 如果按上述兩種假設(shè)方法測(cè)量 都不能使雙向晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通 則證明晶閘管已損壞 四 預(yù)習(xí)要求 1 復(fù)習(xí)理認(rèn)教材有關(guān)半導(dǎo)體 PN 結(jié)的基本知識(shí)內(nèi)容 2 預(yù)習(xí)本實(shí)訓(xùn)教材與晶閘管有關(guān)的基本知識(shí)內(nèi)容 五 報(bào)告要求 1 分析各部分測(cè)試實(shí)訓(xùn)結(jié)果及測(cè)試工作原理 2 回答問題 雙向晶閘管有一個(gè)控制析和兩個(gè)主電極 T1 和 T2 是不是 可以任意互換使用呢 22 2 2 4 基本應(yīng)用基本應(yīng)用 1 應(yīng)用課題 應(yīng)用課題 無級(jí)線性調(diào)光臺(tái)燈應(yīng)用電路 2 工作原理 工作原理 雙向晶閘管是目前較理想的交流開關(guān)器件 普遍用于工業(yè) 交通 家用電器等 領(lǐng)域 實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓 電機(jī)調(diào)速 交流開關(guān) 路燈自動(dòng)開啟與關(guān)閉 溫度調(diào)控 臺(tái) 燈調(diào)光 舞臺(tái)調(diào)光等多種功能電路中 本實(shí)訓(xùn)應(yīng)用即采用了雙向晶閘管 電路如圖 2 2 2 所示 其中觸發(fā)電路由阻容移 相網(wǎng)絡(luò) RP1 C 和雙向二極管構(gòu)成 SA 閉全后 C 被充電 當(dāng) C 兩端電壓大于 雙向二極管導(dǎo)通電壓后 C 向晶閘管放電 提供觸發(fā)電壓 使雙向晶閘管導(dǎo)通 調(diào)節(jié) RP1 可改變 C 的充電速率 從而改變晶閘管的導(dǎo)通角 實(shí)現(xiàn)無級(jí)線性調(diào)光 RP2 起 微調(diào)作用 使燈有一個(gè)合適的亮度變化范圍 3 器材 器材 1 雙向晶閘管 TLC336A 1 只 2 雙向二極管 DB3 1 只 3 萬用電表 1 只 4 電阻 導(dǎo)線 若干 4 步驟 步驟 1 按圖 2 2 2 正確連接電路 檢查無誤后 接通電源 圖 2 2 2 晶閘管交流線性無級(jí)調(diào)光電路圖 2 把 RP2 阻值調(diào)到最大 3 調(diào) RP1 使燈絲剛發(fā)紅 固定 RP1 阻值 4 調(diào) RP2 可使燈泡從剛剛發(fā)亮到最亮 5 如電路反常 則對(duì)照原理圖進(jìn)行分析 排除故障 直至電路工作正常 6 3A 400V 雙向晶閘管的管腳排列 3A 400V T1 T2 G 23 7 可用兩個(gè) 1N400 二極管代替 DB3 5 預(yù)習(xí)要求 預(yù)習(xí)要求 1 復(fù)習(xí)進(jìn)認(rèn)教材有關(guān)半導(dǎo)體 PN 結(jié)的基本知識(shí) 掌握晶閘管的工作原理 2 認(rèn)真閱讀分析電路圖 2 2 2 的工作過程 3 以圖 2 2 2 實(shí)訓(xùn)電路為例 請(qǐng)自行設(shè)計(jì)一個(gè)晶閘管的小型應(yīng)用電路 6 報(bào)告要求 報(bào)告要求 1 簡(jiǎn)要總結(jié)單向和雙向晶閘管和工程選用方法 2 回答問題 晶閘管無級(jí)線性調(diào)光臺(tái)燈應(yīng)用中的觸發(fā)電路如不采用雙向二極管 應(yīng)如何解決 2 32 3 音頻信號(hào)發(fā)生器與功率放大器的設(shè)計(jì)與制作音頻信號(hào)發(fā)生器與功率放大器的設(shè)計(jì)與制作 2 3 1 設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)目的 1 要求了解集成運(yùn)算放大器和集成功率放大器的工作原理 掌握應(yīng)用電路的 設(shè) 計(jì)與主要性能參數(shù)的測(cè)試方法 2 了解由集成運(yùn)算放大器組成的 RC 振蕩器 文氏電橋 的工作原理 掌握其 設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法 學(xué)會(huì) RC 振蕩器 文氏電橋 的調(diào)整及測(cè)試方法 3 了解功率放大器的工作原理 學(xué)會(huì)集成功率放大器技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法 4 要求掌握音頻功率放大器的電路設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法以及小型電子線路的組合 裝調(diào)技術(shù) 2 3 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及工作任務(wù)設(shè)計(jì)內(nèi)容及工作任務(wù) 1 音頻信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)及制作 有能力的學(xué)生還可以進(jìn)行話筒放大電路的 設(shè) 計(jì)及制作 2 功率放大器的設(shè)計(jì)及制作 3 主要技術(shù)指標(biāo) 頻率范圍 20Hz 1000Hz 頻率準(zhǔn)確度 1 Hz 頻率穩(wěn)定度 1 小時(shí) 失真度 小于 3 24 輸出功率 10W 輸出頻率范圍可分為若干波段 可利用話筒放大電路進(jìn)行語音放大 輸出功率小于 1W 時(shí)可選用 LM386 功率集成電路進(jìn)行功率大 2 3 3 基本原理圖基本原理圖 1 文氏電橋電路 2 功率放大電路 話筒放大參考電路 2 3 4 主要技術(shù)指標(biāo)及測(cè)試方法主要技術(shù)指標(biāo)及測(cè)試方法 1 設(shè)計(jì)制作 RC 振蕩電路 文氏電橋電路輸出的 A 點(diǎn) 正弦波頻率 HzHzfPPCKR HzHzfCKR HzHzfCKR 1007 536 1502200 56 623 295 471472 43 353 19 033 0 1 0 3 11 11 11 調(diào)節(jié) RP1 及 100K 電位器得到一定幅度的 頻率可調(diào)的 不失真的正弦波輸出 2 設(shè)計(jì)制作功率放大電路 25 該級(jí)電路采用了集成功率放大電路 TDA2030A TDA2030A 輸出端的直流電位為 Ec 2 通過反饋電阻 R5 100K 使反相輸入端的直流電位亦為 Ec 2 采用 R2 100K 和 R3 100K 分壓取得 Ec 2 的電壓經(jīng)過 R4 100K 加到同相端 本級(jí)電路采用同相輸 入 接入 R4 以保證有適當(dāng)高的輸入電阻 R6 R5 C3 2 2uF 組成交流負(fù)反饋電路 已知R6 4 7K R5 100K 同相輸入放大器的增益Av 1 R5 R6 1 100 4 7 22 電路原理圖中的2200uf和 0 1為去耦電容 如果采用同一電源給多級(jí)電路供電 它們的作用是可以避免各級(jí)電 路之間通過電源內(nèi)阻產(chǎn)生寄生耦合而自激 本電路中取用2200 F 25V電解電容去耦 3 調(diào)試 先分別調(diào)試單元電路 單元電路正常工作后 再進(jìn)行整機(jī)調(diào)試 1 調(diào)整測(cè)試RC振蕩電路輸出電壓的技術(shù)指標(biāo)并觀察輸出波形 2 調(diào)整測(cè)試功率放大電路輸出電壓的技術(shù)指標(biāo)并觀察輸出波形 3 兩個(gè)單級(jí)都正常工作后 再將兩級(jí)連接起來 觀察波形和試聽 以檢查整 個(gè)電路的工作是否正常 這樣可以提高調(diào)試效率和準(zhǔn)確度 4 TDA2030引出腳與電路的連接線要短 否則不僅易產(chǎn)