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模拟电子课程设计论文
第一章可调直流稳压电源的制作与调试
1.1设计任务
根据直流稳压电源的技术指标要求,按照一定的方法,设计出满足技术指标要求的稳压电源。
本题目要求设计并制作一个输出电压为连续可调功能的直流稳压,并且经过多次调试后能达到预期结果,使之按要求输出不同的直流电压,从而达到可调、直流、稳压的目的。
通过集成直流稳压电源的设计,要求学会:
(1)选择整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源。
(2)掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法。
根据设计与计算的结果,写出设计报告。
1.2总体设计方案
直流稳压电源的基本原理:
直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成,基本框图如下。
低压交流电输入 → 桥式整流电路 → 电容滤波 电路→ LM317集成稳压电路→可调直流稳压输出
该电路能实现直流、稳压、可调这三个作用。
该电路输入电压为15v的正弦交流电,桥式整流电路和滤波器就能实现交流到直流的转化;由模电知识可知,输出电压会随着电网电压的波动而波动,用一个稳压集成电路就能实现稳压的目的;经查阅相关资料,并结合自身实际可设计出通过接入不同的电阻,采用分压式来实现可调的目的。
1.3系统分析与设计
首先是交流电的直流化。
220v的电压经变压器后变为15v的正弦交流电它是该电路的低电压输入。
为提高电压的利用率,我们采用桥式整流电路。
它由四个二极管组成,通过二极管的单向导电特性及交替导通,经过整流后得到的是脉动直流。
为了进一步将其转化为平稳的直流,我们采用了滤波电路,就是在桥式电路的末端并联一个电容。
该电路就能将大部分的交流转化为直流。
这样就实现了交流电到直流电的转化。
常见整流电路如下
其次是输出电压的稳定化。
因为整流滤波电路的输出电压会随着电网电压的波动而波动。
也会随着负载的变化而变化,这不符合电子电路和电子设备对直流电源的要求。
为了解决这个问题,我们采用了稳压集成电路LM317。
LM317是个三端可调稳压器集成电路,它的三个引角分别是输入端、输出端和公共端,该电路就是用它来实现稳压的。
LM317的输出电压可以从1.25V连续调节到37V。
其输出电压可以由下式算出:
输出电压=1.25×(1+ADJ端到地的电阻/ADJ端到+Vout端的电阻)。
如果你需要其它的电压值,即可自选改变有关电阻的阻值来得到。
值得注意的是,LM317T有一个最小负载电流的问题,即只有负载电流超过某一值时,它才能起到稳压的作用。
最后是输出电压的可调化。
电压是跟电阻成正比的,由此我们采用分压式。
借鉴该想法,负载端是电阻的串联,要实现可调,就相当于接入不同的电阻。
由此在电阻的末端引出线,选择合适的电阻就可达到需要的输出电压。
它的输出由3V、4.5V、6V、7.5V、9V、12V共六档。
。
3V、4.5V、6V等各档分别与S1相联,即可得到相应的电压值。
1.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单
1.4.1总电路图
图2总电路图
1.4.2元器件清单
表1元器件清单
元器件名称
具体说明(大小、型号等)
数量
电阻(欧)
1500
1
300
1
150
3
120
1
139
1
160
1
电容(微法)
1000
1
100
1
33
1
LM317
无
1
二极管
IN4007
4
发光二极管
无
1
1.4.3仪器仪表清单
表2仪器仪表清单
仪器仪表名称
个数
万用电路板
1
万用表
1
电烙铁
1
焊芯
若干
电工钳
1
导线
若干
直流稳压电源
1
1.4.4重要部件的功能介绍:
LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块,是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。
317系列稳压块的型号很多:
例如LM317HVH、W317L等。
317稳压块都有一个最小稳定工作电流,有的资料称为最小输出电流,也有的资料称为最小泄放电流。
最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。
由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同,其最小稳定工作电流也不相同,但一般不大于5mA。
当317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时,317稳压块就不能正常工作。
当317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时,317稳压块就可以输出稳定的直流电压。
在应用中,为了电路的稳定工作,在一般情况下,还需要接二极管作为保护电路,防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏。
1.5系统安装、调试与参数测量
1.5.1系统的安装与调试
直流稳压电源的安装与调试加深理解整流、滤波与稳压电路原理。
掌握稳压电源的主要性能指标及其测试方法。
系统安装步骤为:
(1)根据设计要求,画出实验电路图;
(2)准备电烙铁,预热,摆放材料;
(3)根据电路图,布线,焊接(防止虚焊,漏焊);
(4)认真的检查焊接的是否正常,万用表测(2——3次)所焊电路部分;
(5)测试是否成功,并测量实验参数;
1.5.2参数的测量
在整个电路连好之后,用万用表测该电路的输出电压。
若接入不同的电阻,有不同的电压时。
则说明该电路焊接成功。
将万用表的红表笔与C3的正极相连,黑表笔与不同的电阻负极相连。
当黑表笔接R3的负极时。
电压读数为3V;当黑表笔接R4的负极时,电压读数是5V;依次接入R5、R6、R7、R8时,电压读数各不相同,且依次增大。
1.6改进意见与收获体会
该电路的设计虽然看起来简单,但焊接起来比较困难,尤其是LM317的接法更是让人有点不知所措。
而且负载端多个电阻的串联,对跟导线的引出是电路板看起来更复杂。
为使电路板更简化,可用滑动变阻器来代替。
但是LM317集成电路的引入简化了电路,使电路比较紧凑。
通过本次设计,让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标.也让我们认识到在此次设计电路中所存在的问题;而通过不断的努力去解决这些问题.在解决设计问题的同时自己也在其中有所收获.通过自己独立自主的设计电路,自己翻阅查找各种资料,不仅学到了关于集成流稳压电源有关的知识,更加了解了三端稳压器LM317,知道了它的功能和接法,使自己对模拟电路充满了兴趣,增加了我对模拟电路学习的热情。
在自学过程中有很多不懂的问题,通过与任课老师的沟通和向同学们的虚心请教,不仅完成了课程设计的任务而且学到了很多新知识,也体会到了“人多力量大”这句话的深刻含义。
第二章电子抢答器制作
2.1设计任务
该题目要求设计一台供4名选手参加比赛的抢答器。
具体任务如下:
选手在抢答之前,电路导通,即一个显示灯亮,此时抢答器处于等待状态;在抢答时,当某个开关被最先摁下时,与之相关的显示灯亮,其他开关再摁下时与之相关的灯也不亮,而且最先显示电路连通的显示灯熄灭;抢答完之后,通过对电源的复位,电路显示灯亮,此时抢答器又处于等待状态,准备下一次抢答,通过灯的序号来判断抢答者的序号。
2.2总体设计方案
该设计题目要求在未抢答时,电路显示灯亮,其他灯不亮,此时抢答器处于等待状态。
当抢答时,与最先摁下键相关的灯亮,显示灯熄灭,其他灯不亮。
这就需要某些器件在这两种情况下有不同的反应,该电路采用的是NE555,该电路就通过它来实现抢答器的部分功能,它是一块时基电路,在高电平和低电平时导通出现不同的情况。
2.3系统分析与设计
电路的工作原理为:
本电路使用一块时基电路NE555,其高电平触发端6脚和低电平触发端2脚相连,构成施密特触发器,当加在2脚和6脚上的电压超2/3VCC时,3脚输出低电平,当加在2脚和6脚上的电压低于1/3VCC时,3脚输出高电平。
按下开关SW,施密特触发器得电,因单向可控硅SCR1~SCR4的控制端无触发脉冲,SCR1~SCR4关断,2脚和6脚通过R1接地而变为低电平,所以3脚输出高电平,绿色发光二极管LED5发光,此时抢答器处于等待状态。
K1~K4为抢答键,假如K1最先被按下,则3脚的高电平通过K1作用于可控硅SCR1的控制端,SCR1导通。
红色发光二极管LED1发光,+9V电源通过LED1和SCR1作用于NE555的2脚和6脚,施密特触发器翻转,3脚输出低电平,LED5熄灭。
因3脚输出为低电平,所以此后按下K2~K4时,SCR2~SCR4不能获得触发脉冲,SCR2~SCR4维持关断状态,LED2~LED4不亮,LED1独亮说明按K1键者抢先成功,此后主持人将开关SW起落一次。
复位可控硅,LED1熄灭,LED5亮,抢答器又处于等待状态。
220V市电经变压器降压,VD1~VD4整流,C滤波,为抢答器提供+9V直流电压。
VD1~VD4选IN4001,C选用220μF/15V。
R1和R2选1KΩ,LED1~LED4选红色发光二极管,LED5选绿色发光二极管。
SW为拨动开关,K1~K4为轻触发开关,单向可控硅选2P4M,IC为NE555。
2.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单
2.4.1总电路图
2.4.2元器件清单
表1元器件清单
元器件名称
个数
NE555芯片
1
电阻
2
二极管
8
发光二极管
5
开关
5
2.4.3仪器仪表清单
表2仪器仪表清单
仪器仪表名称
个数
万用电路板
1
万用表
1
电烙铁
1
焊芯
1
电工钳
1
导线
若干
2.4.4重要器件的功能介绍:
NE555----8脚时基集成电路,各脚主要功能1:
接地GND2:
触发端3:
输出端4:
复位5:
控制电压6:
门限(阈值)7:
放电端8:
电源电压Vcc,引脚图如下:
其应用十分广泛,可装如下几种电路:
1。
单稳类电路作用:
定延时,消抖动,分(倍)频,脉冲输出,速率检测等。
2。
双稳类电路作用:
比较器,锁存器,反相器,方波输出及整形等。
3。
无稳类电路作用:
方波输出,电源变换,音响报警,玩具,电控测量,定时等。
施密特触发电路,有最简单形式的(2.2.1)和输入端电阻调整偏置或在控制端(5)加控制电压VCT以改变阀值电压的(2.2.2)共2个单元电路。
双稳电路的输入端的输入电压端一般没有定时电阻和定时电容。
这是双稳工作方式的结构特点。
2.2.2单元电路中的C1只起耦合作用,R1和R2起直流偏置作用。
发光二极管----LED。
由镓(Ga)与砷(AS)、磷(P)的化合物制成的二极管,当电子与空穴复合时能辐射出可见光,因而可以用来制成发光二极管,在电路及仪器中作为指示灯,磷砷化镓二极管发红光,磷化镓二极管发绿光,碳化硅二极管发黄光。
晶闸管----可控硅整流器在触发脉冲的作用下导通,在过“零点”时关断,也就是说在流过晶闸管的电流小于“维持电流”时关断,所以流过晶闸管的电流必须是断续的,才能是可控的。
2.5系统安装、调试与参数测量
2.5.1系统安装与调试
(1)根据设计要求,画出实验电路图;
(2)准备电烙铁,预热,摆放材料;
(3)根据电路图,布线,焊接(防止虚焊,漏焊);
(4)认真的检查焊接的是否正常,万用表测(2——3次)所焊电路部分;
(5)测试是否成功;
2.5.2参数的测量
实验结果为:
当主持人宣布开始.分别按下开关K1~K4,由于机械动作,总有一个是第1个按下,其灯亮,其他的保持不亮,除非主持人重新复位按下开关SW,甲,乙,丙,丁又可重新抢答问题.
2.6改进意见与收获体会
该抢答器存在的缺陷是,每抢答完一次,电路不会自动复位,需要主持人动手将其复位,复位之后才可以进行下一次的抢答。
而且抢答前没有时间限制,应设置有时间限制的,以便公平。
当定时时间到,却没有选手抢答时,系统报警,并封锁输入电路,禁止选手超时后抢答。
选手在定时时间内抢答时,抢答器完成:
优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。
当一轮抢答之后,定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。
如果再次抢答必须由主持人再次操作,以使抢答器复位。
改课程设计题目的分析与焊接,让我受益匪浅。
一方面使我对课堂上所学的知识有了进一步的认识,进一步加深了我对模拟电子技术的了解,使我对数字电子技术的兴趣进一步提高;另一方面又让我了解了NE555这一电子器件的工作原理及相关知识,并加强了自己的动手能力。
但同时,也暴露了我一些知识上的不足。
学海无涯,因此,我会在今后的学习生活中,加强相关知识的学习,改正不足,努力培养自己独立思考的能力,从而更加适应社会需求。
第三章流水彩灯的调试与安装
3.1设计任务
本题目的设计任务是设计一个流水彩灯,要求经过调试使电路中的4个彩灯H1、H2、H3、H4循环工作,其工作循环顺序为:
H1亮—H2亮—H3亮—H4亮—全熄—H1、H2亮—H1、H2、H3亮—H1、H2、H3、H4亮—全熄,然后依次循环工作。
3.2总体设计方案
该电路的最大特点是彩灯的循环工作,需要计数器和定时元件来判断上个循环是否已经完成,是否进行下一个循环。
彩灯的熄、亮受电压的变化来控制,循环的周期需要一个专门的电路来控制完成,这就需要该电路既要有控制周期的电路,也要有控制电压脉冲的电路。
本方案将运用CD4069非门电路和CD4017芯片及相关器件,按电路图连接电路,从而实现流水彩灯的制作。
3.3系统分析与设计
由总体设计方案知,该电路需要计数器和震荡电路。
电源用9V直流电压供电路工作,由CD4069非门电路和定时元件R、C组成了多谐震荡器,向CD4017的时钟端输出周期T=1.4RC的方波,CD4017是一块能产生序列脉冲的CMOS计数/分配器,在时钟信号的作用下,Y0-Y9依次输出为正脉冲。
二极管编码电路和CD4017协调一致地工作以实现所要求的效果,从而解决了循环彩灯的周期问题。
另外,CD4069和CD4017引入了脉冲电压,就出现了高电平和低电平,此时需要引入单向可控硅来控制电压的导通或截止。
由于彩灯循环工作的顺序复杂,在导通和截止问题上,该方案还引入了二极管。
二极管最大的特性就是单向导电性,当我们要求某个彩灯亮时,与之相连的二极管就应该导通,反之就截止。
该设计就是通过CD4017、CD4069、单向可控硅管和二极管的综合应用来实现设计任务的。
3.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单
3.4.1总电路图
3.4.2元器件清单
表1元器件清单
元器件名称
个数
CD4017芯片
1
CD4069非门电路
1
二极管
16
97A6可控硅管
6
小灯泡
4
22uF电容
1
18KΩ电阻
1
3.4.3仪器仪表清单
表2仪器仪表清单
仪器仪表名称
个数
万用电路板
1
万用表
1
电烙铁
1
焊芯
若干
电工钳
1
导线
若干
直流稳压电源
1
3.4.4部件的功能介绍:
CD4017 是5 位Johnson 计数器,具有10 个译码输出端,CP、CR、INH 输入端。
时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能,对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。
INH 为低电平时,计数器在时钟上升沿计数;反之,计数功能无效。
CR 为高电平时,计数器清零。
防锁选通,保证了正确的计数顺序。
译码输出一般为低电平,只有在对应时钟周期内保持高电平。
在每10 个时钟输入周期CO 信号完成一次进位,并用作多级计数链的下级脉动时钟。
引出端功能符号:
CO:
进位脉冲输渊,CP:
时钟输入端,CR:
清除端,INH:
禁止端,Q0-Q9:
计数脉冲输出端,VDD:
正电源,VSS:
地。
3.5系统安装、调试与参数测量
实验步骤为:
(1)根据设计要求,画出实验电路图;
(2)准备电烙铁,预热,摆放材料;
(3)根据电路图,布线,焊接(防止虚焊,漏焊);
(4)认真的检查焊接的是否正常,万用表测(2——3次)所焊电路部分;
(5)测试是否成功;
实验结果为:
各个灯泡循环发光,其工作循环顺序为H1亮—H2亮—H3亮—H4亮—全熄—H1、H2亮—H1、H2、H3亮—H1、H2、H3、H4亮—全熄,然后依次循环工作。
3.5.1系统的安装与调试
分析电路图,理解各元件的作用,弄清各引角的接法后就可以开始焊接了。
由于CD4069和CD4017引脚很多,焊点也多,焊接时需注意邻近的引脚是否短路,焊完一个节点后,需用万用表测试。
另外需注意单向可控硅管和电解电容,它们都有正负极,具体判断方法题目2中已经介绍。
最后,因为该电路中,接地的点很多,可事先令电路板的最外一条边为地。
之后,凡是接地的点都可以引到这条边上,这样就降低了焊接的难度。
3.5.2参数的测量
在所有线路都焊接好后,就可以测试了。
由于该电路的彩灯工作时得通220V市电压,容易出现安全事故,因此我们就通过测定二极管和单控硅管的电压输出波形来判定。
给CD4096和CD4017接通9V的直流电压后,用两种方法来测量。
第一:
用示波器测单控硅管控制级的电压。
经测量,六个控制级电压分别有不同的波形。
将各个波形画出,可看见它们是周期性变化的,高点平时,能驱动彩灯工作,低电平时,与之相关的彩灯熄灭。
第二:
用万用表测单孔硅管的控制和二极管电压,看它们是否为周期性变化,是否有高低电平。
经测量,测定现象和理论现象是一致的。
这充分说明该电路是成功的,若接上220V市电压,彩灯就能按要求实现循环工做。
3.6改进意见与收获体会
该电路火线的输入电压为220V的电压,如果操作不当,很容易发生安全事故,限制了该设计方案的应用范围。
可以通过哦降压,减小火线的输入电压,为了能驱动电路,可采用小功率的元器件,这样既方便调试,又能提高安全系数。
由于各个引脚之间的距离非常短,焊接的时候很容易造成短路。
各种发光方式可按自己的需要进行具体的组合,若要改变彩灯的闪光速度,可改变电容C的大小。
通过该课程设计,使我对课堂上所学的知识有了更深层次的认识,更进一步加深了我对模拟电子技术的了解,使我对数字电子技术的兴趣有了很大程度的提高,同时又让我了解了CD4069和CD4017这两个电子器件的工作原理及相关知识,并加强了自己的动手实践能力,同时领会到团结的重要性。
3.7参考文献:
1.唐金元、王翠珍,0~24V可调直流稳压电源电路的设计方法,《现代电子技术》
2.朱裕刚四人抢答器设计报告,《鄂州大学校刊》
3.谢自美<<电子线路设计·实验·测试>>(第三版).武汉:
华中科技大学出版社,2005年
4.康华光<<模拟电子技术基础>>(第五版).北京.高等教育出版社,2006年
5.韩学军<<模拟电子技术基础>>(第一版).北京.中国电力出版社,2008年
6.刘志军<<模拟电路基础实验教程>>(第一版).北京.清华大学出版社,2005年
7.王家继<<脉冲与数字电路>>(第一版).北京.高等教育出版社.1992年
8.何立民编著.MCS-51系列单片机应用系统设计--------系统配置与接口技术,北京航空航天大学出版社,1991.
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