數(shù)控直流穩(wěn)壓電源

1、教　　材：電子課程設計與工藝實習 指導書寧波大學信息科學與工程學院編,設計題數(shù)控直流穩(wěn)壓電源,設計過程:電路圖設計→組裝→調試→寫設計調試報告,電路圖設計：一、設計任務與要求,1、設計任務　　設計并制作有一定輸出電壓調節(jié)范圍和功能的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源。,2、基本要求1>、輸出直流電壓調節(jié)范圍0~15V，紋波小于20mV。2>、輸出電流0~500mA。3>、穩(wěn)壓系數(shù)小于0.2。,電路圖設計：一、設計任務與

2、要求,4>、輸出直流電壓能步進調節(jié)，步進值為1V。5>、由“+”、“-”兩鍵控制輸出電壓步進值的增或減。6>、用數(shù)碼管顯示輸出電壓值，當輸出電壓為15V時，數(shù)碼管顯示為“15”。,電路圖設計：一、設計任務與要求,1、直流穩(wěn)壓電源框圖,電源變壓器,整流電路,濾波電路,穩(wěn)壓電路,+uO－,~220V50Hz,我們只對穩(wěn)壓電路部分進行設計，前三部分利用現(xiàn)成的實驗室穩(wěn)壓電源。即 uI=實驗室穩(wěn)壓

3、電源的輸出電壓,+uI－,電路圖設計：,二、設計的基本原理,2、穩(wěn)壓電路工作原理,采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，其原理圖為,,,,,,,,電路圖設計：二、設計的基本原理,調 整 管,取 樣 電 路,比 較 放 大 器,基 準 電 壓 電 路,輸出電壓為：,電路圖設計：二、設計的基本原理,顯然， UO與UZ成線性關系，若UZ是數(shù)控的，則UO就可以是數(shù)控的。故基準電源電路可用數(shù)控基準電源電路代替。,3、數(shù)控基準電源,數(shù)控基準電源的原理框圖,電路圖

4、設計：二、設計的基本原理,此處，U'O代替穩(wěn)壓管電壓UZ 。,數(shù)控基準電源的工作原理,電路圖設計：二、設計的基本原理,產(chǎn)生記數(shù)的脈沖信號，實現(xiàn)電壓步進值的增或減?！?”鍵控制步進增，“－”鍵控制步進減。,對單脈沖產(chǎn)生電路的信號進行 “+”或“－”計數(shù)，或從預置數(shù)端直接輸入所需的數(shù)值。,將計數(shù)器輸出的數(shù)字量轉換成模擬量U'O ，控制穩(wěn)壓電源的輸出。,將計數(shù)器的輸出譯碼，顯示當前穩(wěn)壓電源的輸出。,,,,,三、具體設計　　　㈠

5、、總框圖,㈡、單元電路設計,1、數(shù)控基準電源1>、單脈沖產(chǎn)生電路 單脈沖通?？梢杂冒存I產(chǎn)生，實際的電路有多種形式，可以由門電路構成，也可以由集成單脈沖觸發(fā)器構成。,三、具體設計,單脈沖產(chǎn)生電路1（1）工作原理按鍵閉合：C充電，τ充=R1C按鍵斷開：C放電，τ放=R2CG：施密特觸發(fā)器，有VT+、VT-則uC與uO的波形為：,即按鍵一下，輸出一個負脈沖。注意：R1電阻必須有，否則電容C容易損壞。,㈡、

6、單元電路設計 1、數(shù)控基準電源,（2）R、C及VCC值估算VCC估算： 必須UR2> VT+,㈡、單元電路設計 1、數(shù)控基準電源,VT+可根據(jù)選用的施密特觸發(fā)器型號，從手冊上查得。其值與施密特觸發(fā)器的工作電源電壓VDD有關。 一般VDD、VCC取自同一個電源，根據(jù)實驗室提供的穩(wěn)壓電源確定，如5V、10V、12V、15V等。,因,故,設：充電開始到uC=VT+所需

7、時間為tW。則：,故：,㈡、單元電路設計 1、數(shù)控基準電源,R、C估算： 按鍵閉合后，必須能使電容C充電到VT+以上，從而使施密特觸發(fā)器輸出翻轉。,tW必須小于手按鍵時間。,其中,R、C估算：,一般 取C=0.1μF ； 查得VT+； 由公式計算R1、 R2 （可取R1=R2 ）；單

8、脈沖產(chǎn)生電路2可自己看指導書。,設：手按鍵時間為1ms；則,㈡、單元電路設計 1、數(shù)控基準電源,2>、可逆計數(shù)器 可逆計數(shù)器可直接用74LS192/74LS193實現(xiàn)。為使D/A轉換方便起見，選用十六進制的 74LS193。①、 74LS193邏輯符號及引腳功能,㈡、單元電路設計 1、數(shù)控基準電源,②、 與前后電路連接,74LS193,㈡、單元電路設計 1、

9、數(shù)控基準電源,“+”按鍵產(chǎn)生步進,“－”按鍵產(chǎn)生步進,,分別接4個雙擲開關,用于置數(shù),,分別接D/A轉換器的4個輸入端。,3>、D/A轉換電路 D/A轉換電路有多種型號，我們選用最常用的DAC0832 D/A轉換芯片為例，說明D/A轉換電路的設計。 ①、 內(nèi)部結構,㈡、單元電路設計 1、數(shù)控基準電源,㈡、單元電路設計 1、數(shù)控基準電源,㈡、單元電路設計 1、數(shù)

10、控基準電源,VREF ：參考電壓輸入端，電壓范圍為±10V；Iout1： D/A轉換器電流輸出端，接外部運放的反相輸入端 ；Iout2： D/A轉換器電流輸出端，接外部運放的同相輸入端；RF： 反饋電阻端，內(nèi)部已有與倒T型網(wǎng)絡匹配的電阻R。接外部運放的輸出端。,②、 DAC0832基本工作方式雙緩沖方式 ：兩級寄存器均工作在輸入鎖存狀態(tài)，即,㈡、單元電路設計 1、數(shù)控基準電源,②、 DAC083

11、2基本工作方式單緩沖方式 ：一級寄存器鎖存，另一級直通 。,㈡、單元電路設計 1、數(shù)控基準電源,②、 DAC0832基本工作方式完全直通方式 ：兩級寄存器均工作在直通狀態(tài)，即,㈡、單元電路設計 1、數(shù)控基準電源,③、 D/A轉換電路的連接及參數(shù)設置連接方式 ：采用完全直通方式。,㈡、單元電路設計 1、數(shù)控基準電源,也可自選反饋電阻，接在U?O與IOUT1之間。,③、 D/A

12、轉換電路的連接及參數(shù)設置VREF設置 ：,㈡、單元電路設計 1、數(shù)控基準電源,8位 D/A轉換器的輸出電壓為：,因計數(shù)器輸出只有4位，只能接D/A轉換器中D0~D7的4位，故輸出電壓與輸入端的選擇有關。,㈡、單元電路設計 1、數(shù)控基準電源,若選低4位，則：,步進值為：,若取步進值為：,應取合適的VREF及步進值。,考慮:,則應取,若取步進值為：,則應取,若選高4位，則：,步進值為：,若取步進值為：,

13、則應取,若取步進值為：,則應取,③、 D/A轉換電路的連接及參數(shù)設置數(shù)控基準電源輸出電壓范圍：,㈡、單元電路設計 1、數(shù)控基準電源,若選低4位，則：D=00000000~00001111,因,故,若選高4位，則：,D=00000000~11110000,故,④、 D/A轉換電路的外接運放選取根據(jù)運放的最大輸出電壓、輸出電流選擇,㈡、單元電路設計 1、數(shù)控基準電源,若選低4位,運放的最大輸出電壓為：

14、,若選高4位,㈡、單元電路設計 1、數(shù)控基準電源,若選低4位,若選高4位,運放的最大輸出電流為：,④、 D/A轉換電路的外接運放選取,①、 輸入電壓UI的確定,㈡、單元電路設計 2、穩(wěn)壓電路,由模電知識：,因設計指標：,一般,故,考慮電源電壓波動10%，則：,即,取,②、 調整管參數(shù)選擇（三個極限參數(shù)）,㈡、單元電路設計 2、穩(wěn)壓電路,由模電知識：,設計指標：,選管子，使,注意管子類

15、型，PNP還是NPN。,③、 運放的選取,㈡、單元電路設計 2、穩(wěn)壓電路,運放輸出電流：,設計指標：,運放輸出電壓：,運放電源電壓： 必須大于運放的輸出電壓。,㈡、單元電路設計 2、穩(wěn)壓電路,基準電源的運放要求： 若選高4位,顯然，滿足比較放大器的要求，就可以滿足基準電源的要求，故運放可選用同一種。,比較放大器的運放要求：,③、 運放的選取,④、 取樣電路R

16、1、R2的選取,㈡、單元電路設計 2、穩(wěn)壓電路,輸出電壓：,設計指標：,步進值：,步進值：,則：,④、 取樣電路R1、R2的選取,㈡、單元電路設計 2、穩(wěn)壓電路,則,若,若,則,R1、R2比例越大，調整越困難，故應選擇合適的 。,實際電路中，R1可用一個固定電阻和一個可調電阻串聯(lián)，以便于調整比例。,⑤、 紋波小于20mV的設置,㈡、單元電路設計 2、穩(wěn)壓電路,產(chǎn)生紋

17、波的原因有兩個：,變化，或,變化。,紋波為D最大時的△UO。故,選低4位,選高4位,⑤、 紋波小于20mV的設置,㈡、單元電路設計 2、穩(wěn)壓電路,選低4位,選高4位,A、,⑤、 紋波小于20mV的設置,㈡、單元電路設計 2、穩(wěn)壓電路,即D/A轉換器VREF端接的電壓值必須在,范圍內(nèi)，才能使紋波小于20mV。,變化，,不變時：,A、,怎么實現(xiàn)？,⑤、 紋波小于20mV的設置,㈡、單元電路設計

18、 2、穩(wěn)壓電路,選低4位,選高4位,⑤、 紋波小于20mV的設置,㈡、單元電路設計 2、穩(wěn)壓電路,即取樣電路電阻比值必須在,范圍內(nèi)，才能使紋波小于20mV。,變化，,不變時：,1>、譯碼顯示電路框圖,㈡、單元電路設計 3、譯碼顯示電路,,譯碼顯示電路框圖,2>、十六進制/BCD碼轉換電路,㈡、單元電路設計 3、譯碼顯示電路,①、列真值表,2>、十六進制/BCD

19、碼轉換電路,㈡、單元電路設計 3、譯碼顯示電路,②、卡諾圖化簡,2>、十六進制/BCD碼轉換電路,㈡、單元電路設計 3、譯碼顯示電路,②、卡諾圖化簡,③、畫電路圖（略）,㈡、單元電路設計 ４、元器件選取規(guī)則,1>、選電源　　電路中需用穩(wěn)壓電源的有：VCC、VDD、VREF 、UI，這些值應根據(jù)計算結果，結合實驗室穩(wěn)壓電源的允許值選取，然后再計算其它參數(shù)值。 VCC、VD

20、D盡量選擇相同的值，從而減少使用電源個數(shù)，VREF盡量選整數(shù),以使調整方便，誤差少?！　?>、選運放　　實驗室提供了兩種運放芯片LM353、LM342，查手冊了解參數(shù)，確定引腳功能，搞清電源數(shù)值，按運放的電源電壓必須大于輸出電壓的要求選擇。　　3>、選電阻　　實驗室提供的電阻均是標稱值的，應根據(jù)計算結果，選擇相近值的電阻，不夠部分加電位器調節(jié)。,將每一個單元電路經(jīng)過Multisim仿真后，再做實際電路。,㈢、Mult

21、isim 仿真,分別焊接單元電路，然后將各模塊組裝。　　1、整體結構布局和元器件的安置　　首先應該考慮電氣性能上的合理性，其次要盡可能注意整齊美觀，具體應注意以下幾點： （1）整體結構布局要合理，要根據(jù)電路板的面積合理布置元器件的密度。 （2）元器件的安置要便于調試、測量和更換。電路圖中相鄰的元器件，在安裝時原則上也應就近安裝。不同級的元件不要混置在一起，輸入級和輸出級之間不要靠近，以免引起級與級之間的寄生耦合，使干擾和噪聲增

22、大。,組裝,（3）對于有磁場產(chǎn)生相互影響和干擾的元器件，應該盡可能分開或采取自身屏蔽。?。?）發(fā)熱元器件的安置要盡可能靠近電路板的邊緣，以利于散熱，必要時加裝散熱器。為保證電路穩(wěn)定工作，對溫度敏感的元器件要遠離發(fā)熱元件。?。?）元器件的標志安裝時應該一律向外，以便檢查。元器件在電路板上的位置方向原則上應橫平豎直。接插集成電路時首先應認清管腳排列方向，所有集成電路的插入方向應保持一致，集成電路上有缺口的或有小孔標志的一端一般在左側。,

23、組裝,2、正確布線　電子電路合理布線，不僅影響其外觀，而且是影響電子電路性能的重要因素之一。電路中常見的自激振蕩，往往是由于布線不合理所致。因此，為保證電子電路工作的穩(wěn)定可靠，在電路安裝時布線應注意以下幾點：　（1）所有布線應直線排列，并做到橫平豎直，以減小分布參數(shù)對電路的影響。走線要盡可能短，信號線不可迂回，盡量減少形成閉合回路。信號線之間、信號線與電源線之間不要平行，以防寄生耦合而引起電路自激?！。?）布線應貼近電路板，不應懸

24、空，更不應跨接在元件上面，走線之間應避免相互重疊，電源線不要緊靠有源元件的引腳。,組裝,（3）為使布線整潔美觀，并便于測量和檢查，要盡可能選擇不同顏色的線，電源線的正負極和地線的顏色要有規(guī)律?！。?）布線時一般先布置電源線和地線，再布信號線。布線時要根據(jù)電路原理圖或裝配圖，從輸入到輸出逐級布線，切忌東接一根西接一根沒有規(guī)律，這樣容易形成錯線和漏線?！。?）地線是所有信號共同使用的通路，一般地線較長，為減小信號通過公共阻抗的耦合，故地

25、線要選擇較粗的導線。,組裝,3、焊接工藝,組裝,4、所需工具　1）、小剪刀； 2）、小螺絲刀； 3）、鑷子鉗； 4）、45W電烙鐵?！　∶拷M一套。購買地點：信息樓410房間購買時間：本周四（7月2日）上午9：00也可自己在其它地方購買，只要符合要求即可。,組裝,1、調試各單元電路,調試,1>、調試單脈沖電路，按鍵一下產(chǎn)生一個矩形波。2>、測試可逆計數(shù)器是否可正常工作： 計數(shù)器給一

26、個矩形波，輸出數(shù)字加1（或減1）；,調試,3>、調試D/A轉換器電路,可在電路中增加3個電位器RP1、RP2、RP3，如圖。,①、零點校準RP3：調零電位器。當輸入00000000時， 若vO≠0，調節(jié)RP3，使vO=0。 若運放無調零部分就不用接RP3。,,給數(shù)字量，用萬用表測試輸出模擬電壓。,⑴、校準調節(jié),調試,3>、調試D/A轉換器電路,⑴、校準調節(jié),②、增益校準RP2：調放大倍數(shù)電位器。當輸入

27、11111111時，,若vO<9.96V，調RP2，使(RF+RP2)增大，放大倍數(shù)提高，使vO=9.96V。,,,調試,⑴、校準調節(jié),②、增益校準RP1：調參考電壓電位器。當輸入11111111時，若vO>9.96V，調RP1 。增大RP1，使VREF減小，vO下降，直到vO=9.96V。,,,3>、調試D/A轉換器電路,調試,3>、調試D/A轉換器電路⑵、步進調節(jié)在輸入數(shù)字量0000~1111變化

28、時：,4>、調試基準電源電路將基準電源電路連接起來，輸入數(shù)字量0000~1111變化時，基準電壓輸出變化正確，譯碼輸出顯示0~15。,低4位,高4位,2、調試總電路,調試,各塊電路連接后，調試輸出電壓在輸入數(shù)字量0000~1111變化時，能實現(xiàn)0~15V變化，同時顯示0~15數(shù)字。,,設計調試報告,課程設計的總結報告是對學生寫科研論文和科研總結報告的能力訓練。通過寫報告，不僅把設計、組裝、調試的內(nèi)容進行全面的總結，而且把實踐的內(nèi)

29、容上升到理論的高度。總結報告應包括以下幾點：1、課題名稱2、內(nèi)容摘要3、設計內(nèi)容及要求,,設計調試報告,4、系統(tǒng)設計1>、總體方案的確定。比較和選定設計的系統(tǒng)方案，作出系統(tǒng)框圖。2>、各單元電路的設計、參數(shù)計算和器件的選擇。3>、作出完整的電路圖說明主要工作原理。,,設計調試報告,5、系統(tǒng)的組裝、調試1>、使用的主要儀器儀表。2>、調試電路的方法和技巧。3>、測試數(shù)據(jù)和波形并與計算結

30、果比較分析。4>、調試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法。6、總結設計電路的特點和方案的優(yōu)缺點，提出改進意見。7、列出參考文獻。,,時間安排,方案設計：第一周的周一~周三方案檢查：第一周的周四~周五 學生寫清單（用A4紙），老師簽字， 在316室領元器件。安裝調試：第二周開始 第三周的周三必須全部結束驗收。工作時間：上午