簡(jiǎn)易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源研發(fā)設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告專(zhuān)用紙第6頁(yè)，共8頁(yè)1引言隨著對(duì)系統(tǒng)更高效率和更低功耗的需求，電信與通信設(shè)備的技術(shù)更新推動(dòng)電 源行業(yè)中直流/直流電源轉(zhuǎn)換器向更高靈活性和智能化方向發(fā)展。整流系統(tǒng)由以 前的分立元件和集成電路控制發(fā)展為微機(jī)控制，從而使直流電源智能化，具有遙測(cè)、遙信、遙控的三遙功能，基本實(shí)現(xiàn)了直流電源的無(wú)人值守設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電 源主要由單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤(pán)、數(shù)碼管顯示器、指示燈及報(bào)警電路、檢測(cè)電路、D/A 轉(zhuǎn)換電路、直流穩(wěn)壓電路等幾部分，直流穩(wěn)壓電源是最常用的儀器設(shè)備。2簡(jiǎn)易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)任務(wù)和要求設(shè)計(jì)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。基本要 求如下：1.輸出直流電壓調(diào)節(jié)

2、范圍315V,紋波小于10mV2 輸出電流為止500m A.3 .穩(wěn)壓系數(shù)小于0.2。4. 直流電源內(nèi)阻小于0.5 Qo5. 輸出直流電壓能步進(jìn)調(diào)節(jié)，步進(jìn)值為 1V。6. 由“ +”、“- ”兩鍵分別控制輸出電壓步進(jìn)增的減。2.2設(shè)計(jì)方案根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的工作原理框圖如圖1所示。主要包括三大部分：數(shù)字控制部分、D/A變換器及可調(diào)穩(wěn)壓電源。數(shù)字控制部分用+、-按鍵控制一可逆二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出輸入到D/A變換器，經(jīng)D/A變換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓，此電壓經(jīng)過(guò)放大到合適的電壓值后， 去控制穩(wěn)壓電源的輸出，使穩(wěn)壓電源的輸出電壓以1V的步進(jìn)值增或減。矚慫潤(rùn) 厲釤瘞睞櫪廡賴(lài)。減

3、"-捋健酩專(zhuān)二<圖1簡(jiǎn)易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源框圖2.3電路設(shè)計(jì)2.3.1整流、濾波電路設(shè)計(jì)首先確定整流電路結(jié)構(gòu)為橋式電路；濾波選用電容濾波。電路如圖2所示。式中，Umax為穩(wěn)壓電源輸出最大值；（U-Uo） min為集成穩(wěn)壓器輸入輸 出最小電壓差；URip為濾波器輸出電壓的紋波電壓值（一般取UO、（ U-U。）min之和的確良10% ; UI為電網(wǎng)波動(dòng)引起的輸入電壓的變化（一般取UO（ U-U。） min、URip之和的10%。聞創(chuàng)溝燴鐺險(xiǎn)愛(ài)氌譴凈。對(duì)于集成三端穩(wěn)壓器，當(dāng)（U-U。）min=210V時(shí)，具有較好的穩(wěn)壓特性。故濾 波器輸出電壓值：U > 15+3+1.8+1.98

4、 >22（V）,取UI=22V.根據(jù)UI可確定變壓 器次級(jí)電壓 U2。U 2=U/ 1.11.2（20V）殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。在橋式整流電路中，變壓器，變壓器次級(jí)電流與濾波器輸出電流的關(guān)系為：1 2=（1.5 2）I I" （1.5 2）I O=1.5 X 0.5=0.75（A）.取變壓器的效率 n = 0.8,則變壓器的容量為 釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。P=U 2I2/ n =20X 0.75/0.8=18.75（W）選擇容量為20W的變壓器。因?yàn)榱鬟^(guò)橋式電路中每只整流三極管的電流為彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。D=1 / 2I maX=1/2I OmaX=1/2 X 0.5=0.25

5、(A)每只整流二極管承受的最大反向電壓為U RM - 2U max = 2 匯 20 匯（1 +10%）畑 31（V）選用三極管IN4001，其參數(shù)為：Id=1A, U=100V。可見(jiàn)能滿足要求。一般濾波電容的設(shè)計(jì)原則是，取其放電時(shí)間常數(shù)RC是其充電周期的確25倍。對(duì)于橋式整流電路，濾波電容 C的充電周期等于交流周期的一半，艮卩謀蕎摶篋飆鐸懟類(lèi)蔣薔。R_C>（ 2 5） T/2=2 5/2f,由于3 = 2n f,故3 FtC> （2 5） n ,取3 R_C= 3 n貝U C=3 n / co R其中FL=UI/I i，所以濾波電容容量為 C= 3n I i/2 n fUi =

6、（3 n X 0.5）/ 2 n3X 50 X 22= 0.681 X 10 （卩F）廈礴懇蹣駢時(shí)盡繼價(jià)騷。取C=1000u F。電容耐壓值應(yīng)考慮電網(wǎng)電壓最高、負(fù)載電流最小時(shí)的情況。 UCma=1.1 X ,2U2ma=1.1 X 2 X 20" 31.1（V）綜合考慮波電容可選擇 C=1000u F,50V的電解電容。另外為了濾除高頻 干擾和改善電源的動(dòng)態(tài)特性，一般在濾波電容兩端并聯(lián)一個(gè)0.010.1 H的高 頻瓷片電容。煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。2.3.2 D/A 變換器D/A變換器設(shè)計(jì)若要使UIN步進(jìn)變化，則需要一數(shù)模轉(zhuǎn)換器完成。電路 如圖4所示。圖4 D/A 轉(zhuǎn)換器電路該電路的輸

7、入信號(hào)接四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端，設(shè)計(jì)數(shù)器輸出高電平為UH" +5V,輸出 低電平 U" 0V。則輸出 電壓表達(dá)式為鵝婭盡損鶴慘歷蘢鴛賴(lài)。U01=-Rf UH/8R D+U4R D+UH/2R D+UH/R D33210=-R fUH/2 R2D+2D+2D+2D設(shè) U2=-Uo1（Uin）.當(dāng) BDDDb（Q3QQQ）=1111 時(shí)，要求 Un=12V,即：籟叢媽羥為贍債蟶練淨(jìng)。312=RfUH/2 RX 15當(dāng)U=5V時(shí)，Rf=1.28R.取R=20K ,Rf由20K Q電阻和電阻3.5K Q電位器串聯(lián)組成。預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。233 可調(diào)穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)為了滿足穩(wěn)壓電源

8、最大輸出電流 500mA勺要求，可調(diào)穩(wěn)壓電路選用三端集成 穩(wěn)壓器CW7805該穩(wěn)壓器的最大輸出電流可達(dá) 1.5A，穩(wěn)壓系數(shù)、輸出電阻、紋 波大小等性能指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求。要使穩(wěn)壓電源能在 515V之間調(diào)節(jié)，可 采用圖3所示電路。滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。圖3可調(diào)穩(wěn)壓電路設(shè)運(yùn)算放大器為理想器件，所以UP又因?yàn)閁P=( R2/R1+R2 UIN，UN=( U0-R3/R3+R4 X 3 所以，輸出電壓滿足關(guān)系式U0=UNI- (R- /R1+R2) + (R3/R3+R4 X 3 令 R仁R4=0 R2=R3=1Q。則 U0=UIN+3由此可見(jiàn)，U0與Uin之間成線性關(guān)系，當(dāng)UIN變化時(shí)，輸出電壓也

9、相應(yīng)改變。若要求輸出電壓步進(jìn)增或減，UIN步進(jìn)增或減即可。鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。234數(shù)字控制電路設(shè)計(jì)數(shù)字控制電路的核心是可逆二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。74LS193就是雙時(shí)鐘4位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器數(shù)字輸出的加/減控制是由“ +”、“- ”兩面三刀 按鍵組成，按下“ +”或“-”鍵，產(chǎn)生的輸入脈沖輸入到處 74LS193的CP+ 或CP-端，以便控制74LS193的輸出是作加計(jì)數(shù)還是作減計(jì)數(shù)。為了消除按 鍵的抖動(dòng)脈沖，引起輸出的誤動(dòng)作，分別在“ +”、“- ”控制口接入了由雙集 成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CD4538組成的單脈沖發(fā)生器。每當(dāng)按一次按鍵時(shí)，輸出一個(gè) 100ms左右的單脈沖。電路如圖 5所示。7

10、4LS193及CD4538的功能表請(qǐng)查閱有關(guān)資料。擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。圖5可逆二進(jìn)制計(jì)數(shù)器2.3.5輔助電源設(shè)計(jì)要完成D/A轉(zhuǎn)換及可調(diào)穩(wěn)壓器的正常工作，運(yùn)算放大器 LM324必須要求 正、負(fù)雙電源供電?，F(xiàn)選擇土 15V供電電源。數(shù)字控制電路要求 5V電源，可 選擇CW780集成三端穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)。輔助電源原理圖如圖 6所示。贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。圖6輔助電源電路圖2.4調(diào)試要點(diǎn)2.4.1輔助電源的安裝調(diào)試在安裝元件之前，尤其要注意電容元件的極性，注意三端穩(wěn)壓器的各端子 的功能及電路的連接。檢查正確無(wú)誤后，加入交流電源，測(cè)量各輸出端直流 電壓值。壇搏鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。2.4.2單脈沖及計(jì)數(shù)器調(diào)試加

11、入5V電源，用萬(wàn)用表測(cè)量計(jì)數(shù)器輸出端子，分別按動(dòng)“+”鍵和“-”鍵，觀察計(jì)數(shù)器的狀態(tài)變化。2.4.3 D/A變換器電路調(diào)試將計(jì)數(shù)器的輸出端 Q3-Q0分別接到D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入端D3DO, 當(dāng)QAQ0=0000寸，調(diào)節(jié)RW1使運(yùn)算放大器輸出 UO2=0Vi Q3-Q0=1111時(shí)， 調(diào)節(jié)10KQ電位器，使 U02=10V蠟變黲癟報(bào)倀鉉錨鈰贅。2.4.4可調(diào)穩(wěn)壓電源部分調(diào)試將電路聯(lián)接好，在運(yùn)算放大器同相輸入端加入一 010v的直流電壓，觀 察輸出穩(wěn)壓值的變化情況。將上述各部分電路調(diào)節(jié)器試好后，將整個(gè)系統(tǒng)連接起來(lái)。2.5總電路圖1K3元件清單LM3ARES23T?11+15VLM3 34ES2

12、R R5ES2R R6ES2第7頁(yè)，共8頁(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告專(zhuān)用紙1Part TypeDesignatorI21KR531ufC3A1uf04520KR16674LS19374LS19371000Rw1a150KR129150KR13100RIDGD1-D411CD4538CD453612COMCW70O5'13LM324LM324I14LM324I15R910歐姆R1010KtvR111?RES2R619RES2R120RES2R221RES2R322RES2RB23RES2R7r24RES2R425-220V926減S227S14心得體會(huì)通過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)，我們綜合應(yīng)用課本理論解決實(shí)際問(wèn)

13、題的能力得到了提 高；我覺(jué)得課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的幫助很大，它需要我們將學(xué)過(guò)的理論知識(shí)與實(shí)際情 況的聯(lián)系起來(lái)，加強(qiáng)我們對(duì)學(xué)過(guò)的知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力。在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中， 我遇到了幾個(gè)自己不能解決的問(wèn)題， 通過(guò)老師和同學(xué)的幫助最終把問(wèn)題解決， 因 此，我發(fā)現(xiàn)自己的電子知識(shí)還是有限的，而且我們所學(xué)的理論知識(shí)是很有用的， 沒(méi)有堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)，是不可能完成設(shè)計(jì)的。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還培養(yǎng)了我們的團(tuán) 隊(duì)精神，同學(xué)們共同協(xié)作，解決了許多人無(wú)法解決的問(wèn)題，在今后的學(xué)習(xí)過(guò)程中 我們會(huì)更加團(tuán)結(jié)和努力。買(mǎi)鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。調(diào)頻TDA7088集成電路應(yīng)用核心器件是一塊 TDA7088集成電路、調(diào)頻收音機(jī)中從天線接收、振蕩器

14、、混頻器、AFC（頻率自動(dòng)控制）電路、中頻放大器（中頻頻率為70kHz）、中頻限幅器、中頻濾波器、鑒頻器、 低頻靜噪電路、音頻輸出等全部功能。綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。自動(dòng)搜索調(diào)頻收音機(jī)與普通調(diào)頻收音機(jī)的主要區(qū)別就在于它們的調(diào)臺(tái)方式不同。自動(dòng)搜索調(diào)頻收音機(jī)采用電調(diào)諧方式選擇電臺(tái)，省去了可變電容器，設(shè)置了搜索”和復(fù)位”兩個(gè)輕觸式按鈕。使用時(shí)只要按下搜索按鈕， 收音機(jī)就會(huì)自動(dòng)搜索電臺(tái)，當(dāng)它搜索到一個(gè)電臺(tái)后， 會(huì)準(zhǔn)確地調(diào)諧并停止下來(lái)。如果想換一個(gè)電臺(tái)， 只需再次按下搜索按鈕，收音機(jī)就會(huì)繼續(xù)向頻率高端搜索電臺(tái)。當(dāng)調(diào)諧到頻率最高端后， 就需要按下復(fù)位按鈕， 讓收音機(jī)本振頻率回到 最低端才能重新開(kāi)始搜索電臺(tái)。

15、這種自動(dòng)搜索調(diào)頻收音機(jī)使用方便，調(diào)諧準(zhǔn)確，由于不使用可變電容器，所以使用壽命長(zhǎng) （可變電容器容易損壞），它的缺點(diǎn)是沒(méi)有頻率指示。驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。一、電路的工作原理圖1是自動(dòng)搜索調(diào)頻收音機(jī)的電原理圖。其核心器件是一塊TDA7088集成電路，這塊集成電路中包含了調(diào)頻收音機(jī)中從天線接收、振蕩器、混頻器、AFC（頻率自動(dòng)控制）電路、中頻放大器（中頻頻率為70kHz）、中頻限幅器、中頻濾波器、鑒頻器、低頻靜噪電路、音頻 輸出等全部功能，還專(zhuān)門(mén)設(shè)有搜索調(diào)諧電路、信號(hào)檢測(cè)電路及頻率鎖定環(huán)路。貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。取代可變電容器的是變?nèi)荻O管，它是一種特殊的二極管。它的PN結(jié)電容隨著PN結(jié)上的偏壓（反向

16、電壓）變化而改變。偏壓增大，PN結(jié)變厚，PN結(jié)電容變??；偏壓降低，PN結(jié)變薄，則PN結(jié)電容增大。因此改變 PN結(jié)上的偏壓，就可以改變 PN結(jié)的電容。電路中 變?nèi)荻O管接在本機(jī)振蕩電路上，就可以改變振蕩頻率。因?yàn)榧呻娐分泻茈y集成較大容量的電容器，所以集成電路外接的電容器較多。TDA7088集成電路的1腳接的電容器 C1為靜噪電容；3腳外接環(huán)路濾波元件；6腳上的C4 為中頻反饋電容；7腳上的C5為低通電容器；8腳為中頻輸出端；9腳為中頻輸入端；10 腳上的C7為中頻限幅放大器的低通電容；15腳為搜索調(diào)諧輸入端，C12為濾波電容器；16腳為電調(diào)諧、AFC輸出端。調(diào)頻收音機(jī)的耳機(jī)線兼作天線， 電臺(tái)信

17、號(hào)送入集成電路的第 11腳和12腳，電感L2、 電容器C8、C9、C10構(gòu)成輸入回路。電路的頻率由 L1、C3及變?nèi)荻O管 VD1決定?；祛l 后產(chǎn)生的70kHz中頻信號(hào)經(jīng)集成電路內(nèi)的中頻放大器、中頻限幅器、中頻濾波器、鑒頻器后變?yōu)橐纛l信號(hào)，由集成電路的第 2腳輸出，送到音量電位器上，再由電容器 C15送到由 三極管VT1、VT2等組成的低頻放大電路中進(jìn)行放大， 推動(dòng)耳機(jī)發(fā)聲。連接耳機(jī)插座的電感 器L3、L4是為了防止天線的信號(hào)被耳機(jī)旁路而設(shè)置的。發(fā)光二極管和電阻器R6組成電源顯示電路。電容器 C18和C19為電源濾波電路。電容器 C17是用來(lái)改善音質(zhì)的。二、電路的制作圖2是自動(dòng)搜索調(diào)頻收音機(jī)的元件安裝示意圖。首先將16腳的雙列微型扁平封裝的集成電路TDA7088焊在電路板中的敷銅面上。由于集成電路管腳間隙很小，焊接時(shí)一定要十分小心?？上葘⒓呻娐返墓苣_和電路板上的焊點(diǎn)鍍錫，把電烙鐵頭上的焊錫甩掉后，將集成電路對(duì)準(zhǔn)電路板上的焊接處（集成電路的1腳處在耳機(jī)插座的一方），用不帶焊錫的電烙鐵進(jìn)行焊接。其次將4根跨線、5只電阻器、2只電感器焊到電路板上。再依次將17只電容器、2只電解電容器、2只三極管、變?nèi)荻O管、2只線圈、電位器、耳機(jī)插座、輕觸開(kāi)關(guān)、發(fā)光二極管焊到電路板上。注意發(fā)光二極管 的高低要與機(jī)殼相配合。最后用導(dǎo)線連接電池接觸