數(shù)控步進(jìn)直流可調(diào)電源的制作

1、課程設(shè)計(jì)題目數(shù)控步進(jìn)直流可調(diào)電源功能技術(shù)指標(biāo)功能：輸出直流電壓3-17.5v,步進(jìn)0.5v。量化指標(biāo)：1.按動開關(guān)1使輸出3、6、9、12、15伏各檔之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。 2.按動開關(guān)2輸出在3.5、4、4.5、5、5.5伏各檔之間調(diào)節(jié)。 3.有復(fù)位鍵輸出電壓最低。 備注：可用數(shù)字表頭、配精美外殼。工作量適中工作計(jì)劃3月21日 開題3月22日 查資料，分析原理3月25日 列元器件表，買元器件3月26日 畫出原理框圖3月27日4月04日 安裝調(diào)試電路4月05日4月09日 終檢寫說明書4月09日 準(zhǔn)備答辯4月10日 答辯指導(dǎo)教師評語 指導(dǎo)教師簽字：2009年4月9日21目錄第1章 緒論11.1設(shè)計(jì)要求1

2、1.1.1 設(shè)計(jì)題目和設(shè)計(jì)指標(biāo)11.1.2 設(shè)計(jì)功能2第2章 電路的方框圖32.1電路方框圖32.2 電路方框圖的比較42.2.1 比較方框圖的原理4第3章 單元電路設(shè)計(jì)與分析53.1 單元電路設(shè)計(jì)53.2 參數(shù)的計(jì)算與元器件的選擇6321電源電路6321電源電路63.2.2循環(huán)脈沖發(fā)生電路73.2.3開關(guān)電路83.2.4分壓電路9 3.3 CD4017工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)93.4 LM317基本功能與優(yōu)點(diǎn)103.5 7812的簡單說明123.6 其它元件技術(shù)要求13第4章 整機(jī)電路的工作原理14第5章 電路的組裝調(diào)試165.1 合理布局165.2 分級調(diào)試16收獲與體會18致 謝19參考文獻(xiàn)2

3、0附錄21第1章 緒論數(shù)控步進(jìn)直流可調(diào)穩(wěn)壓電源在工礦企業(yè)、交通運(yùn)輸、郵電通訊、國防科研、醫(yī)療設(shè)備、家用電器及建筑大樓等許多方面得到了廣泛應(yīng)用。其主要用作平滑無級調(diào)節(jié)電壓的調(diào)壓電源或穩(wěn)定電壓的穩(wěn)壓電源。經(jīng)過多年發(fā)展穩(wěn)壓電源已成為電源技術(shù)的一個重要分支。 課程設(shè)計(jì)是運(yùn)用自己所學(xué)的數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)知識，根據(jù)老師所給課程設(shè)計(jì)題目，自行分組（每組3-4人）來設(shè)計(jì)、搭接、調(diào)試電路，使其實(shí)現(xiàn)所給題目要求的功能、量化指標(biāo)等參數(shù)，三周內(nèi)上交電路，老師通過對電路的完成情況、出勤情況、說明書制作情況以及課程設(shè)計(jì)答辯情況對每位同學(xué)進(jìn)行評分。1.1設(shè)計(jì)要求電路搭接要求外表美觀，能夠?qū)崿F(xiàn)題目所要求的功能、量化指

4、標(biāo)等。按照老師給定模板制作電子設(shè)計(jì)說明書，說明書應(yīng)包括以下內(nèi)容：（1）課題名稱（2）已知條件（3）主要技術(shù)指標(biāo)（4）實(shí)驗(yàn)用儀器（5）電路工作原理，電路設(shè)計(jì)與調(diào)試（6）技術(shù)指標(biāo)測試,試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理（7）整機(jī)電路原理圖，并標(biāo)明調(diào)試測試完成后的各元件參數(shù)（8）故障分析及解決的辦法（9）實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論與誤差分析。課程設(shè)計(jì)答辯要求每組用圖紙畫出工作原理圖，答出老師所問的問題。要求全設(shè)計(jì)過程在三周內(nèi)完成。1.1.1 設(shè)計(jì)題目和設(shè)計(jì)指標(biāo) 課程設(shè)計(jì)題目：數(shù)控步進(jìn)直流調(diào)壓電源 量化指標(biāo)：1.按動開關(guān)1使輸出3、6、9、12、15伏各檔之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。 2.按動開關(guān)2輸出在3.5、4、4.5、5、5.5伏各檔之間調(diào)節(jié)。

5、 3.有復(fù)位鍵輸出電壓最低。 備注：可用數(shù)字表頭、配精美外殼。1.1.2 設(shè)計(jì)功能課程設(shè)計(jì)題目要求實(shí)現(xiàn)功能：輸出直流電壓3-17.5v,步進(jìn)0.5v。第2章 電路的方框圖 數(shù)控步進(jìn)直流調(diào)壓電源電路分為電源電路、順序脈沖發(fā)生電路、開關(guān)電路、分壓電路和三端可調(diào)穩(wěn)壓輸出構(gòu)成，電路主要元件為集成芯片CD4017和可調(diào)三端集成穩(wěn)壓器LM317。2.1 電路方框圖 圖 2-1數(shù)控步進(jìn)直流調(diào)壓電源電路由電源電路、順序脈沖發(fā)生電路、開關(guān)電路、顯示電路、分壓電路和三端可調(diào)穩(wěn)壓輸出構(gòu)成。各部分電路作用如下：電源電路產(chǎn)生直流+12v電壓為順序脈沖發(fā)生器提供工作電壓，并為可調(diào)穩(wěn)壓輸出電路提供輸入電壓。（1）順序脈沖發(fā)

6、生電路是為開關(guān)電路提供開關(guān)脈沖，使開關(guān)管順序?qū)?。?）開關(guān)電路是控制分壓電路連入三端可調(diào)穩(wěn)壓器調(diào)整端電阻大小。（3）顯示電路是顯示所選擇檔位與輸出電壓值。（4）分壓電路是通過開關(guān)電路的控制連入可調(diào)三端穩(wěn)壓器調(diào)整端，從而調(diào)整可調(diào)三端穩(wěn)壓輸出電壓的大小?？烧{(diào)三端穩(wěn)壓器是通過分壓電路去控制調(diào)整輸出電壓值。2.2 電路方框圖的比較上訴方框圖還可畫成如下圖形： 圖 2-22.2.1 比較方框圖的原理 （1）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。 （2）整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?0Hz的正弦交流電變換成脈動的

7、直流電 (3)濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。 （4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。 該電路各部分作用在2.1已敘述，按鍵屬開關(guān)電路，計(jì)數(shù)器既是順序脈沖發(fā)生器。變壓、整流電路既是上面電路的電源電路。下章單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和器件的選擇將按2.1-1圖敘述。第3章 單元電路設(shè)計(jì)與分析通過對方框圖的分析，可以進(jìn)一步設(shè)計(jì)出各部分單元電路的具體原理電路圖，并選擇計(jì)算各單元電路元件的參數(shù)，然后按參數(shù)選擇合適元件將各元件按原理圖搭接，測試其能否實(shí)現(xiàn)電路要求的量化指標(biāo)。3.1 單元電路設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)

8、單元電路首先應(yīng)考慮電源供電問題，設(shè)計(jì)出電源電路得出循環(huán)脈沖發(fā)生器所需電源電壓為直流+12v，可以用固定三端集成穩(wěn)壓器（7812）來產(chǎn)生直流+12v。同時要得到3-17.5v之間可調(diào)的直流電壓，步進(jìn)為0.5v的電壓輸出，就可以用可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器（LM317）來實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)整端與地之間所接電阻值的不同來改變輸出的電壓值，但調(diào)整端與地之間的分壓電阻值的大小如何去控制，我們會想到用計(jì)數(shù)/分頻器（CD4017）去控制開關(guān)三極管的導(dǎo)通與截止來實(shí)現(xiàn)可調(diào)端與地之間所接電阻值的大小，從而控制可調(diào)三端集成穩(wěn)壓器的電壓輸出值，以實(shí)現(xiàn)其電路設(shè)計(jì)要求的功能。 電源電路可通過變壓器降壓，二極管橋式整流，電容濾波，將

9、220v電壓降為18v左右交流電壓經(jīng)慮波送給固定三端集成穩(wěn)壓器得到+12v電壓，可以給循環(huán)脈沖發(fā)生器CD4017提供工作電壓，確保兩芯片的電源輸入。此外它還為可調(diào)三端集成穩(wěn)壓器提供輸入電壓，（1）順序脈沖發(fā)生電路通過CD4017（計(jì)數(shù)/分頻器）得到順序脈沖去控制開關(guān)管的導(dǎo)通與截止。 （2）開關(guān)電路既是通過開關(guān)三極管的導(dǎo)通與截止去改變可調(diào)三端集成穩(wěn)壓器的調(diào)整端與地之間電阻的串入狀態(tài)，；來實(shí)現(xiàn)電阻值的改變。 （3）分壓電路既在三端集成可調(diào)穩(wěn)壓器調(diào)整端串入幾個檔位的電阻，通過開關(guān)電路控制可調(diào)端接入電阻的檔位。 通過以上電路的工作調(diào)節(jié)最終使三端集成穩(wěn)壓器輸出電壓達(dá)到課題所要求的電壓值。3.2 參數(shù)的計(jì)

10、算與元器件的選擇 對于該課程設(shè)計(jì)題目數(shù)控步進(jìn)直流調(diào)壓電源基本框架已設(shè)計(jì)完成，下面對其各單元電路進(jìn)行元器件參數(shù)計(jì)算，進(jìn)而選擇合適的元器件搭接電路。321電源電路整流電路，濾波電路，整流橋選用圓橋2W06做為全波整流，濾波電容選用470選擇220v-18v的變壓器，后面接整流橋整流電0uF的電解電容。產(chǎn)生一個+21v的脈動直流電壓。橋式整流的公式為 Vo=1.2V變 3-1式 電路如圖3-1： 圖3-1 脈動直流電壓經(jīng)濾波送給固定三端集成穩(wěn)壓器7812穩(wěn)壓，產(chǎn)生一個直流+12v的電壓給CD4017(計(jì)數(shù)/分頻器)供電，同時所得到的脈動直流電壓+21v經(jīng)濾波又送入可調(diào)三端集成穩(wěn)壓器LM317進(jìn)行可調(diào)

11、穩(wěn)壓輸出。3.2.2循環(huán)脈沖發(fā)生電路該部分電路主要計(jì)數(shù)/分頻器CD4017構(gòu)成。CD4017是上升沿有效，通過按鍵給CP(13腳)輸入脈沖，當(dāng)輸入一個脈沖Q0、Q1、Q2、Q3、Q4順序產(chǎn)生CP脈沖送給開關(guān)電路。CD4017是按BCD碼計(jì)數(shù)、時序譯碼器組成的順序脈沖發(fā)生器。如圖3-2： 圖3-23.2.3開關(guān)電路 電路如圖3-3： 圖 3-3由10開關(guān)三極管和10個限流電阻組成，開關(guān)三極管選用9013，限流電阻選用1.5K金屬膜電阻。CD4017產(chǎn)生的順序脈沖使開關(guān)管一次導(dǎo)通。為了使顯示輸出各個電壓值明顯，在開關(guān)電路加接LED顯示，當(dāng)三極管導(dǎo)通時對應(yīng)的LED發(fā)光。該顯示電路接在開關(guān)管限流電阻之

12、前，選用發(fā)光二極管LED和1K限流電阻。3.2.4分壓電路選用10個分壓電阻，其中連接可調(diào)三端穩(wěn)壓器LM317的固定電阻選用220歐為上拉電阻，經(jīng)過3-2式的計(jì)算與1腳相連接的電阻是330歐，而連接第一個CD4017用四個520歐電阻和一個90歐電阻作為可調(diào)三端穩(wěn)壓器LM317的可調(diào)換擋（3V）電阻，另選四個90歐電阻連接第二個CD4017作為可調(diào)換擋(0.5V)電阻，與CD4017相連的電阻選擇電阻參數(shù)依據(jù)可調(diào)三端集成穩(wěn)壓器輸出電壓公式，如：Uo=1.25（1+RRp ； 32式3.3 CD4017工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu) CD4017引腳圖 表 31 CD4017功能表 輸入輸出CPINHCRQ

13、0Q9CO××1Q0 計(jì)數(shù)脈沖為Q0Q4時： CO=100計(jì)數(shù)100×0保持計(jì)數(shù)脈沖為Q5Q9時： CO=0×10×0×0圖32 CD4017引腳排列CD4017引腳：CO 進(jìn)位脈沖輸出端CP 時鐘輸入端CR 清除端INH 禁止端Q0-Q9 計(jì)數(shù)脈沖輸出端圖3-3 CD4017的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖十進(jìn)制計(jì)數(shù)分頻器CD4017，其內(nèi)部由計(jì)數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實(shí)現(xiàn)對脈沖信號的分配，整個輸出時序就是O0、O1、O2、O9依次出現(xiàn)與時鐘同步的高電平，寬度等于時鐘周期。CD4017有10個輸出端（O0O9）和1個進(jìn)位輸出端O5-9。每輸入

14、10個計(jì)數(shù)脈沖，O5-9就可得到1個進(jìn)位正脈沖，該進(jìn)位輸出信號可作為下一級的時鐘信號。CD4017有3個輸（MR、CP0和CP1），MR為清零端，當(dāng)在MR端上加高電平或正脈沖時其輸出O0為高電平，其余輸出端（O1O9）均為低電平。CP0和CPl是2個時鐘輸入端，若要用上升沿來計(jì)數(shù)，則信號由CP0端輸入；若要用下降沿來計(jì)數(shù)，則信號由CPl端輸入。設(shè)置2個時鐘輸入端，級聯(lián)時比較方便，可驅(qū)動更多二極管發(fā)光。由此可見，當(dāng)CD4017有連續(xù)脈沖輸入時，其對應(yīng)的輸出端依次變?yōu)楦唠娖?圖31 CD4017的輸出波形3.4 LM317基本功能與優(yōu)點(diǎn)其中Uout為可調(diào)三端集成穩(wěn)壓器LM317的輸出電壓，R為上拉

15、電阻（一般在為120到240歐姆），Rp為調(diào)整電壓的電位器。三端穩(wěn)壓輸出電路：即可調(diào)三端集成穩(wěn)壓器LM317，由可調(diào)端接入不同的檔位電阻輸出所要的電壓值。LM317是以TO-220為塑封，輸出電壓范圍為1.2537，最大電流為1.5A,該電路輸出必須大于1.5mA，集成電路才能正常工作，否則電路設(shè)計(jì)不合理。 3腳為輸入端，1腳為電壓調(diào)整端，2腳是經(jīng)電壓調(diào)整后的輸出端，工作時LM317在輸出端2腳與調(diào)整端1腳之間提供1.25基準(zhǔn)電壓。其管腳分部如圖3-4：圖 3-4 LM317引腳圖LM317的優(yōu)點(diǎn)1.減小紋波的措施LM317自身具有60DB以上的輸入紋波壓縮座，采用ADJ端子與地之間連接電容C

16、2的作用就減小紋波。 2.增加電流的方法 LM317與固定輸出3端子穩(wěn)壓器一樣也可以采取輸出電流的措施，由于輸出電流可以高達(dá)2A，因此在將NPN晶體管互補(bǔ)連接可進(jìn)以步提高總的電流放大率 3.保護(hù)作用三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器內(nèi)有過流保護(hù)，熱保護(hù)和安全工作區(qū)保護(hù)電路，即使輸出端短路穩(wěn)壓器也不會損壞。3.4.1 LM317的典型電路 典型電路的工作原理：當(dāng)輸入電壓通過LM317的1腳，通過滑動電阻器來調(diào)節(jié)輸出電壓值在1.25V到37V之間可調(diào)，D1的作用是保護(hù)LM317,C1和C2是更好 的減少紋波系數(shù)，輸出電壓是UO=1.25(1+RP/R1),所以改變RP的阻值就改變的輸出電壓值。3.5 7812的

17、簡單說明7812主要用途：適用于各種電源穩(wěn)壓電路。7812主要特點(diǎn)：輸出穩(wěn)定性好、使用方便、輸出過流、過熱自動保護(hù)。固定三端集成穩(wěn)壓器：。 電阻由輸出電流檔次決定，電阻由輸出電壓檔次決定，三端式穩(wěn)壓器由啟動電路、基準(zhǔn)電壓電路、取樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護(hù)電路等部分組成。下面對各部分電路作簡單介紹。 （1）啟動電路 （2）基準(zhǔn)電壓電路 （3）取樣比較放大電路和調(diào)整電路 （4）減流式保護(hù)電路 (5) 過熱保護(hù)電路 3.6 其它元件技術(shù)要求二極管元器元件IN4148 的正向壓降 1V 最高反向工作電壓75V 反向擊穿電壓100V 反向恢復(fù)時間4ns 三極管元器件利用三極管的開關(guān)特性 硅 0.5V

18、 鍺0.3V9013是高頻小功率晶體管 最大反向工作電壓25V本章小結(jié)計(jì)數(shù)/分頻器（CD4017）的用途很多，計(jì)數(shù)器，分頻等用途在電子領(lǐng)域非常好用。三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器LM317,它自身具有很好的保護(hù)功能，外部接有滑動變阻器就可以對輸出電壓進(jìn)行可調(diào)，使用非常方便，而且工作非常穩(wěn)定可靠。 固定三端集成穩(wěn)壓器，使用時也非常簡單，但是散熱效果沒有LM317的散熱好。所以使用時必須加散熱片。 第4章 整機(jī)電路的工作原理 圖41 數(shù)控步進(jìn)直流調(diào)壓電源電路數(shù)控步進(jìn)直流調(diào)壓電源電路如圖41所示。電路中的IC1是一個可調(diào)三端集成穩(wěn)壓器，通常在IC1的1腳與地之間串接電位器，用來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。該電路則是通過

19、半導(dǎo)體管VT1VT10將電阻R2R11串入其間，通過VT1VT10的導(dǎo)通與截止改變串入電阻的狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的目的。輸出的直流電壓在317.5V之間可調(diào)，步進(jìn)為0.5V。電路中的IC2、IC3為十進(jìn)制計(jì)數(shù)分頻器，按動開關(guān)S1、S2可實(shí)現(xiàn)脈沖的輸入。每按動一次S1或S2，IC2或IC3的Q0Q4輸出端輸出的高電平邊向前跳進(jìn)一位，是對應(yīng)的半導(dǎo)體三極管導(dǎo)通，將相應(yīng)的R2R11電阻接入IC1的1腳與地之間，IC1的輸出電壓Vout將躍變一個檔位。為便于指示Vout的大小，在IC2、IC3的Q0Q4輸出端接有發(fā)光二極管LED1LED10. 當(dāng)電源接通后，IC2、IC3的Q0輸出端均置于高電平，此時，只有

20、VT1、VT6導(dǎo)通，R2被接入電路，Vout為3V。按動S1則可使Vout在3、6、9、12及15V各檔之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。若IC2的Q0端為高電平，按動S2則可使Vout在3.5、4、4.5、5V及5.5V各檔之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此每按動一次S1，Vout步進(jìn)3V；按S2，Vout步進(jìn)為0.5V，開關(guān)S3、S4為回零按鈕，按它們后，可使輸出電壓回到最低一檔。第5章 電路的組裝調(diào)試5.1 合理布局 首先根據(jù)電路原理圖上的電路元件，選擇電路元件，檢測元器件的好壞，再在面包板上進(jìn)行調(diào)試，之后在萬能焊板上合理布局進(jìn)行焊接，5.2 分級調(diào)試（1）為提高學(xué)生的動手能力，學(xué)生自行設(shè)計(jì)印刷電路板，并焊接。 （2）在每

21、個模塊電路的輸入端加一信號，測試輸出端信號，以驗(yàn)證每個模塊能否達(dá)到所規(guī)定的指標(biāo)。 （3）重點(diǎn)測試穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)。 （4）將各模塊電路連起來，整機(jī)調(diào)試，并測量該系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)。 （5） 在萬能板上焊接完電路后對電路進(jìn)行分級調(diào)試，讓后對每一部分電路進(jìn)行檢測調(diào)試，首先是穩(wěn)壓是否穩(wěn)定，然后進(jìn)行電路的整體調(diào)試，直到輸出所要求的電壓值。 （6） 按照原理圖所計(jì)算的參數(shù)進(jìn)行元件參數(shù)的選擇，先在面包板上進(jìn)行搭建測試。測試完搭接后的電路能夠?qū)崿F(xiàn)主功能，但是輸出電壓值與設(shè)計(jì)指標(biāo)的電壓輸出值有一定偏差，說明實(shí)際參數(shù)值與理論值有一定誤差，利用滑動變阻器調(diào)節(jié)分壓電路的分壓電阻值，使輸出的電壓值達(dá)到課題的技術(shù)指標(biāo)。得

22、出實(shí)際電路的元件參數(shù)，將實(shí)際元器件參數(shù)標(biāo)注在電路原理圖上，將調(diào)試完的達(dá)標(biāo)元器件參數(shù)件插入萬能焊板上進(jìn)行焊接，焊接無誤后接通電源得到了所需的電壓輸出值(7) 結(jié)論：電路組裝調(diào)試，輸出電壓值與步進(jìn)要求值基本符合課題技術(shù)指標(biāo)所要求的電壓值，在焊接是布線也有一定困難，由于電源變壓器與電壓表頭的體積比較大，不能固定在萬能板上，所以影響了整個電路工藝的美觀。本章小結(jié) 調(diào)試時路可以對電路的功能原理和電路的干擾都能有一定深入理解，在調(diào)試時比安裝更能了解電路，電路的理論和實(shí)際操作有很大的操作，所以調(diào)試時能更理解電路的工作原理。收獲與體會 這次課程設(shè)計(jì)歷時三周，在這三周里，我學(xué)到了許多專業(yè)知識而是在書本上學(xué)不到的

23、東西，在這之間我有很多的體會與感慨，課程設(shè)計(jì)首先最重要的就是團(tuán)隊(duì)協(xié)作，課程設(shè)計(jì)中我們小組分工明確，順利完成電路設(shè)計(jì)，查找的資料只供參考不能照搬。而且感受到了自己專業(yè)知識的缺乏與不牢固，成為了整個過程最大的阻力，又一次熟悉了Protel 99SE軟件的使用，使用Word等畫圖工具畫電路圖，增強(qiáng)自己的畫圖能力。進(jìn)一步熟悉萬用表、實(shí)驗(yàn)臺等實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用，判別元器件的引腳、好壞等能力有所提高。設(shè)計(jì)電路，還要考慮到它的前因后果。什么功能需要什么電路來實(shí)現(xiàn)和電路的干擾等問題。另外，還要考慮它的可行性，實(shí)用性等等。這樣，也提高了我的分析問題的能力。原來，我們學(xué)習(xí)的電路只是一個理論知識，通過這次課設(shè)。使我的理論知識上升到了一個實(shí)踐的過程。同時在實(shí)踐中也加深了我們