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1、學(xué)校代碼 10722 學(xué) 號 0807034143 分 類 號 tn702 密 級 公 開 本科畢業(yè)設(shè)計(論文)題 目 基于mos管功率放大器的設(shè)計(中、英文) anti-addiction tv 、computer circuit design作 者 姓 名 周正平 專 業(yè) 名 稱 電子信息工程 學(xué) 科 門 類 工 科 指 導(dǎo) 老 師 郗艷華 提交論文日期 二零一二年四月 成績等級評定 摘要本系統(tǒng)設(shè)計是基于集成運放的電壓放大和mos管的電流放大原理實現(xiàn)低頻信號的功率放大。系統(tǒng)主要由前置放大電路、ocl功率放大電路、帶阻濾波電路、交直流轉(zhuǎn)換電路、直流源間接檢流電路、a/d轉(zhuǎn)換電路,單片機(jī)控制模
2、塊和液晶顯示模塊組成。在輸入正弦信號有效值為5mv時,在8電阻負(fù)載上輸出功率5w,輸出波形較好,具有較高的精度與穩(wěn)定性。實驗結(jié)果表明電路功能和性能指標(biāo)均已達(dá)到設(shè)計要求。關(guān)鍵字:集成運放;前置放大電路;ocl功率放大電路;帶阻濾波;交直流轉(zhuǎn)換;a/d轉(zhuǎn)換;單片機(jī)控制;液晶顯示abstract by design television, computer anti-addiction programme to eliminate circuit television, computer addiction the harm caused to the people. the article pro
3、posed two options - regular anti-addiction programme of circuit switching and regularly interfere with anti-addiction programme circuit, the two programmes on the concrete implementation of circuit design, for readers to the work of a certain draw.keywords: timing shutdown; interference circuit; tv
4、power supply; principle 目錄1 引言32 總體設(shè)計方案42.1 定時關(guān)機(jī)的設(shè)計方案原理框圖42.2 定時干擾電路的設(shè)計方案原理框圖53詳細(xì)設(shè)計原理及其主要元件電路說明63.1 定時關(guān)機(jī)設(shè)計方案詳述及電路各部分說明63.1.1定時器電路部分63.1.2 電視機(jī)電源部分113.1.3 繼電器的選擇133.2 定時干擾電路設(shè)計方案詳述及電路各部分說明134. 結(jié)論15謝辭16參考文獻(xiàn)161 引言功率放大器隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,現(xiàn)今已不僅僅是消費產(chǎn)品(音響)中不可缺少的設(shè)備,同樣在控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)中也是一個研究熱點??茖W(xué)工作者們無論是從線路技術(shù)還是元器件方面都已提出大量的設(shè)
5、計方法和思路。如采用純器件電路即互補(bǔ)對稱式otl功率放大器,或是采用前置放大級完成小信號電壓放大任務(wù)等。這些設(shè)計方法從原理上,采用兩級基極輸入、集電極輸出的共反射級放大電路或是采用功率放大級實現(xiàn)對信號的電壓和電流放大配以直流穩(wěn)壓電源為整個功放電路提供能量。但實踐證明,采用這種方式的電壓并聯(lián)負(fù)反饋表現(xiàn)效果很不良好且性能不高,且硬件較復(fù)雜。本設(shè)計選用系統(tǒng)的前置放大電路,功率放大電路,帶阻濾波電路,交直流轉(zhuǎn)換電路、直流源間接檢流電路、a/d轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成主體電路,從而達(dá)到高增益、高保真、高效率、低噪聲、寬頻帶、快響應(yīng)的指標(biāo)。2 總體設(shè)計方案該設(shè)計方案主要分為以下兩種:2.1 定時關(guān)機(jī)的設(shè)計方案原理框圖
6、將電視機(jī)電源電路部分、定時器電路,以及繼電器、開關(guān)各電路元氣件合并連接有下面原理框圖:圖21 定時關(guān)機(jī)原理圖電路形成完畢后,調(diào)整定時器電路中rp可以改變定時時間,當(dāng)打開電視機(jī)電源后開始計時,定時時間一到機(jī)器將會實現(xiàn)定時關(guān)機(jī)。2.2 定時干擾電路的設(shè)計方案原理框圖將電視機(jī)電源電路部分、定時器電路、以及繼電器,并把定時關(guān)機(jī)設(shè)計方案中的開關(guān)換成一個振蕩電路,用繼電器來觸發(fā)振蕩電路的產(chǎn)生,連接各電路元氣件電路有下面原理框圖:圖 22 定時干擾原理圖圖中電源開啟后,定時器進(jìn)入定時,定時時間一到,繼電器k吸合觸發(fā)晶震產(chǎn)生振蕩干擾電路,從而迫使用戶無法繼續(xù)電視、電腦。3詳細(xì)設(shè)計原理及其主要元件電路說明3.1
7、 定時關(guān)機(jī)設(shè)計方案詳述及電路各部分說明3.1.1定時器電路部分現(xiàn)在的定時器多種多樣,有555定時器,vc定時器,單片機(jī)定時器,linux、java定時器,電子定時器等等,種類繁多像四檔可選定時器,定時時間可從數(shù)分鐘到四小時,四檔任意選擇。由于輸出電流大,可提供100ma的負(fù)載電流,并且保證在預(yù)調(diào)的時間,提供有效的輸出電流去驅(qū)動雙向晶閘管等大電流負(fù)載,因而適用于各種需要定時控制的場合工作原理如下圖所示。圖中,l為起動開關(guān),2為停止開關(guān)。當(dāng)按下起動開關(guān)后,直流電源經(jīng)r2對電容c3充電,集成運算放大器a同相輸入端的電位高于反相輸入端,a輸出高電位去觸發(fā)雙向晶閘管,使導(dǎo)通。交流電源經(jīng)加至用電負(fù)載,定時
8、供電開始。當(dāng)釋放l后,c3經(jīng)a同相輸入端放電,放電時間的長短決定于c3的容量和電阻r6一r9的阻值大小以及a反向端電位的高低。當(dāng)c3電位下降至反向端電位以下時,a輸出接ov,v5無控制電壓而截止,定時供電結(jié)束。圖3-1-1四檔可選定時器原理圖停止開關(guān)2是在定時時間內(nèi)要立即中止定時時用的。當(dāng)2按下后,c3通過r 4迅速放電,定時立即停止。調(diào)節(jié)電位器rp可調(diào)準(zhǔn)a的端基準(zhǔn)電位。電源部分不用變壓器而用電容降壓供電。電路形式簡單、成本低、體積小、不發(fā)熱。電阻rl為電容c1提供泄放電流回路。定時時間可參考下表。電阻與定時時間定時電阻定時時間r6=0.51m3分r7=5.1m30分r8=22m2小時r9=4
9、4m4小時表 3-1單片機(jī)軟件編程定時器我們以一個實際的時鐘電路來說明定時器的軟件編程方法,時鐘就是我們最為常見的顯示時、分、秒為單位的計時工具,它是典型的應(yīng)用代表。時鐘的最小計時單位是秒,但使用單片機(jī)定時器來進(jìn)行計時,若使用6.0mhz的晶振,即使按工作方式1工作,最大的計時時間也只能到131ms,所以我們可把每個定時時間取125ms,這樣定時器溢出8次(125ms*8=1000ms)就得到最小的計時單位秒。而要實現(xiàn)8次計數(shù)用軟件方法實現(xiàn)是輕而易舉的。我們使用定時器1,以工作方式1工作,定時器進(jìn)行125ms定時。采用中斷方法進(jìn)行溢出次數(shù)的累計,當(dāng)計滿8次即得到1秒的計時。一個時鐘的計時累加,
10、要實現(xiàn)分、時的進(jìn)位,要用到多種進(jìn)制,秒、分、時中的進(jìn)位是十進(jìn)制,秒向分進(jìn)位和分想時進(jìn)位卻是六十進(jìn)制,而每天又有十二小時制或二十四小時制,它們分別又是十二進(jìn)制和二十四進(jìn)制。從秒到分和從分到小時可以通過軟件累加和數(shù)值比較方法實現(xiàn)。在單片機(jī)的內(nèi)部ram中,需要設(shè)置顯示緩沖區(qū),顯示的時、分、秒值是從顯示緩沖區(qū)中取出的,在ram中設(shè)置四個單元作為顯示緩沖區(qū),分別是7ah、7bh、7ch。為使電路和原理敘述方便,我們這里不顯示秒值,秒的進(jìn)位我們通過閃爍分值實現(xiàn)。這樣我們一共有四位led分別顯示時和分值。同時時鐘都需要校準(zhǔn)的。在程序中還需設(shè)置顯示碼表,要顯示的數(shù)值通過查表指令將顯示用的真正碼值送到led上。
11、我們用單片機(jī)at89c2051的pp3.4和p3.5兩個i/o口外接微動開關(guān)來實現(xiàn)時和分的校正,每按一次小時或分值加1,連續(xù)按下數(shù)值累計下去,實現(xiàn)時鐘的校準(zhǔn)。如果在電路中我們還設(shè)置了一個蜂鳴器,用作簡單報時用,如可設(shè)早上7:30分起床,中午1點30分再有起床報時,每次響時1分鐘,響1秒,停2秒的方式,而不是連續(xù)響鈴。這個程序我們采用12小時制,為此,要在程序中設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志,以利于主程序識別。同樣計時程序中還會有幾個相關(guān)的標(biāo)志,主要是控制程序流的轉(zhuǎn)向。程序中我們都作了較詳細(xì)的注釋,這里不再贅述。硬件電路,我們還是以低價的at89c2051單片機(jī)為微處理單元,這個芯片兼容c51指令系統(tǒng),在c51
12、上編寫的程序,無需任何修改即可方便地移植到這個芯片上來。我們以p0口作為led的字段位驅(qū)動輸出,秒的“進(jìn)位”采用分值閃爍提示,亮0.5秒,熄0.5秒。,p3.1p3.3用于位驅(qū)動,使用動態(tài)掃描方式顯示,每位led的顯示時間1025ms之間均可,掃描頻率不能太高,否則每位led顯示的時間過短,亮度太低,不易于觀看,以肉眼不感覺到led閃爍為宜。為了直觀,我們的驅(qū)動輸出沒有采用集成電路,而是使用了分立元件三極管,但工作原理卻是一致的。下圖為時鐘定時電路原理圖:圖3-1-2 時鐘定時電路原理圖這個電路結(jié)構(gòu)決定led采用共陽極的數(shù)碼管,可以采用lq5101bs普通的發(fā)光二極管,驅(qū)動三極管可采用易得的2
13、sa1015和2sc1815等型號,當(dāng)然也可使用象s9012,s9013,s9014,2n5401,2n5555等小功率三極管,其它器件沒有特殊要求。為便于實驗,單片機(jī)at89c2051可采用dip20p插座,程序編制好后,調(diào)試無錯,即可燒寫到at89c2051中,值得一提的是,at89c2051是falsh程序存儲器,程序可反復(fù)擦寫,對于做實驗是非常方便的。555定時器555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555,用cmos 工藝制作的稱為 7555,除單定時器外,還有對應(yīng)的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬,可在 4.
14、5v16v 工作,7555 可在 318v 工作,輸出驅(qū)動電流約為 200ma,因而其輸出可與 ttl、cmos 或者模擬電路電平兼容。555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 rs 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓,當(dāng) 5 腳懸空時,則電壓比較器 a1 的反相輸入端的電壓為 2vcc /3,a2 的同相輸入端的電壓為vcc /3。若觸發(fā)輸入端 tr 的電壓小于vcc /3,則比較器 a2 的輸出為 1,可使 rs 觸發(fā)器置 1,使輸出端 out=1。如果閾值輸入端 th 的電壓大于 2vcc/3,同時 tr 端的電壓大于vcc /3,則 a1 的輸出為
15、1,a2 的輸出為 0,可將 rs 觸發(fā)器置 0,使輸出為 0 電平。下圖為一555定時器的一個電路原理圖:圖3-1-3 555定時器綜合以上各種定時器,還是覺得555 定時器成本低,性能可靠,只需要外接幾個電阻、電容,就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。因此在本項目中選用555實用電子定時器電路來完成定時功能,如下:如下圖所示,定時器電路電路包括一個時鐘產(chǎn)生器和一個計數(shù)電路。由555電路和r2、rp、r4及c1等組成一個無穩(wěn)態(tài)多諧震蕩器,它的輸出脈沖作為ic2計數(shù)電路的時鐘信號。ic1的震蕩周期圖3-1-4 555實用電子自動定時電路其震蕩頻率可通過電位器r
16、p來調(diào)節(jié),圖示參數(shù)的震蕩頻率約在0.11hz范圍內(nèi)。cc4040是一個12位二進(jìn)制串行計數(shù)/分頻器。c3、r5是計數(shù)電路的開機(jī)自動復(fù)位電路。通電后,ic2的(1腳)呈低電平,高電平,一路加至ic1的復(fù)位端(4腳),使ic1處于定時震蕩狀態(tài);另一路加至繼電器控制器vt的基極,使k吸合,負(fù)載通電,計時開始。隨著時鐘cp加至ic2的10腳端,計時電路從0開始計數(shù),至計滿后,(1腳)呈低電平轉(zhuǎn)為高電平,經(jīng)非門1后,ic1震蕩中斷,vt管截止,k釋放,負(fù)載斷電。顯然,定時時間:t= = 圖示參數(shù)大約為1.510小時的定時。調(diào)節(jié)rp來獲得需要的定時時間。3.1.2 電視機(jī)電源部分以下主要將以電視機(jī)為例來演
17、示說明?,F(xiàn)在先來來了解一下電視機(jī)電源。在實際應(yīng)用中,平面直角遙控彩色電視機(jī)同時有安裝在主機(jī)上的總電源開關(guān)(power)和設(shè)在遙控器上的電源鍵。按本機(jī)總電源開關(guān),可以使電視機(jī)的總電源接通,電視機(jī)開始正常工作。遙控盒鍵盤上的“電源開關(guān)”,一般是“雙穩(wěn)態(tài)”開關(guān),若按下該鍵可以使電視機(jī)由正常工作狀態(tài)轉(zhuǎn)為“待機(jī)”狀態(tài),也可以使電視機(jī)由“待機(jī)”狀態(tài)轉(zhuǎn)為正常工作狀態(tài)。 電源開關(guān)的控制工作過程為:在總電源開關(guān)接通后,當(dāng)操作紅外遙控發(fā)射器或按本機(jī)面板輔助開機(jī)鍵鈕時,微處理器相應(yīng)引腳輸出+5伏左右的高電平脈沖,該脈沖經(jīng)過緩沖放大電路后,使被控三極管導(dǎo)通或電源繼電器吸合,主電源開始供電,電視機(jī)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 定
18、時關(guān)機(jī)通常在欲睡前使用,故有的叫作“睡眠”(sleep)控制。當(dāng)按下“定時”按鈕時,“定時”(或“睡眠”)指示燈亮,此時徽處理器進(jìn)行秒脈沖計數(shù),當(dāng)達(dá)到預(yù)定時間(約半小時或一小時),自動關(guān)閉主電源?!伴_關(guān)”機(jī)和“定時”這兩種功能,都體現(xiàn)在對電視機(jī)主電源供電的控制上。這兩種信號都是電平信號,即持續(xù)地保持高電平(+5伏)或低電平(0)伏。 在彩色電視機(jī)中,穩(wěn)壓范圍是開關(guān)電源的一項重要技術(shù)指標(biāo),它表示彩色電視機(jī)能夠正常收看所允許電網(wǎng)電壓變化的最大范圍。該指標(biāo)對于大屏幕,多制式彩色電視機(jī)尤為重要,因為大屏幕直角彩色電視機(jī)(特別是進(jìn)口機(jī)型)均為多制式接收機(jī),應(yīng)能適應(yīng)各國各地區(qū)電網(wǎng)電壓,并能保證在電網(wǎng)電壓波
19、動較大的時候也能正常地工作。要求其電源適應(yīng)110v/220v和50hz,60hz頻率的交流電 為了實現(xiàn)以上對電源的要求,以及現(xiàn)在家庭用戶最普遍的彩色制式電視機(jī),主要采取以下的電視機(jī)電源先采用下電路圖:圖 3-1-5 電視機(jī)電源電路原理圖3.1.3 繼電器的選擇用適當(dāng)匹配的繼電器來觸發(fā)吸合開關(guān)。在與電視機(jī)電源輸出電路匹配時,采用與上圖中輸出端電壓為12v的引腳匹配的型號為jq1-12v的繼電器來合成電路。3.2 定時干擾電路設(shè)計方案詳述及電路各部分說明定時干擾電路的工作原理和定時關(guān)機(jī)基本相似,只是在定時關(guān)機(jī)電路中重新接入一個能夠產(chǎn)生干擾的振蕩器電路。然而振蕩器電路更是錯綜復(fù)雜,種類多樣,有低頻,
20、有高頻、壓控、多諧等等。比方說以下幾種振蕩器電路:石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器可以產(chǎn)生非常準(zhǔn)確而穩(wěn)定的振蕩頻率,但是,晶體振蕩器一般不能在30mhz以上的晶體基頻下振蕩。這是由于石英諧振器的基頻與晶體的尺寸和切型有關(guān),基波頻率越高,晶片就越薄。既然高頻晶片的加工比較困難,機(jī)械強(qiáng)度又差,所以基波石英諧振器只能做到25mhz左右。目前工作頻率超過15mhz一般就用泛音工作,即石英晶片振動于而有機(jī)械頻率的高次諧波,這可以保證晶片有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。泛音的頻率可以高達(dá)200mhz以上。由于偶次諧波無法利用,只能有奇次諧波,而且以三次和五次諧波的應(yīng)用最廣,1075mhz用三次諧波振蕩,50125mhz用五
21、次諧波。如圖中所示為hcmos集成電路組成的48mhz晶體振蕩器。晶體的基波頻率為16mhz,但振蕩器強(qiáng)制工作于三次諧波。諧波振蕩器的關(guān)鍵是抑制晶體的基頻,圖中的并聯(lián)諧振電路在晶體的基頻下諧振,它和晶體sjt串聯(lián)后,對基頻的阻抗最高,能有效的抑制基頻振蕩,保證三次諧波容易起振。圖 3-2-1 hcmos集成晶振使用的hcmos器件為hcv04,這是迄今唯一的一種非緩沖型hcmos集成電路,它的傳輸延遲時間很短,增益不是太高,特別適合振蕩和線性應(yīng)用。即使達(dá)到600mhz的振蕩頻率,hcv04也能可靠地工作。圖中反相器a1經(jīng)r1偏置電阻為放大器放大,然后和晶體stj及諧振電路組成晶體振蕩器;反相器
22、a2將振蕩輸出信號整形,產(chǎn)生高頻方波輸出。多諧振蕩器多諧振蕩器的工作特點是: 電路不具有穩(wěn)定狀態(tài),但是具有兩個暫穩(wěn)態(tài); 不需外加觸發(fā)信號,電路就能自動產(chǎn)生矩形波的輸出; 電路工作就是在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回轉(zhuǎn)換。 它的用途是:產(chǎn)生定量的矩形脈沖。 60mhz晶體振蕩器本振蕩器主要是由晶體振蕩電路和緩沖放大電路等組成工作原理:如下圖所示。本晶體三極管vt1為60mhz的晶體振蕩器,振蕩器的輸出送至晶體三極管vt2的緩沖放大器進(jìn)行信號放大,它的發(fā)射極有較大的反饋,使振蕩器更穩(wěn)定。電阻r5、r6為偏置,r7為負(fù)載電阻,信號通過電容c6耦合輸出60mhz的高頻信號。圖 3-2-2 60mhz晶體振蕩器其中
23、,vt1集電極回路由電感l(wèi)1及電容c4、c5組成并聯(lián)諧振回路,調(diào)節(jié)空氣可變電容器c4,使回路諧振在振蕩頻率60mhz上,電感l(wèi)3和電容c7組成去耦電路,其作用濾除電源中的高次諧波,以保證頻率波形的純度。但是為了使震蕩器的震蕩頻率與電視機(jī)視頻信號要基本相近,并且為達(dá)到容易實現(xiàn),成本低運行快等目的,況且目前大部分電視機(jī)的視頻工作信號一般都是48mhz。因此,在定時干擾電路中新選擇了一個48mhz的晶體震蕩器電路,該震蕩器如下圖所示:圖 3-2-3 48mhz晶體震蕩器該震蕩器當(dāng)輸入為正弦波時,通過ewb仿真模擬得出輸出為接近48mhz的正弦波電路。通過將該震蕩器電路接入定時干擾電路的設(shè)計方案原理框圖,當(dāng)圖中電源開
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