高低电平课程设计Word格式文档下载.docx
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3.正文
1)课程设计任务书
2)总体设计方案(画出一个实现电路功能的大致框图)
3)单元电路(各组成部分电路)设计及其原理说明
4)元器件的选择及其相关技术数据,参数的计算
5)总体电路原理图及其整个电路的工作原理
4.课程设计中的收获和体会
5.参考文献
(2)技术指标
当输入电压
时电路报警,其中
为0~10V步进电源,步进1V。
(3)设计内容
此报警器可由以下几部分组成:
1.步进电源:
产生0~10V的输入电压V1;
2.比较器:
将V1与报警门限电平相比较,由于该报警器要求有两个门限电平,如电路图当
上边发光二级管亮,如电路图当
下边发光二级管亮,而
电路不报警,此时比较器可选用窗口比较器。
(5)评分依据
1.平时的出勤情况占10%;
2.设计过程中的动手能力占20%;
3.课程设计说明书的总质量(包括课程设计思路是否合理,单元电路正确与否,整体电路是否完整,电路原理说明是否基本正确等)占40%;
4.答辩过程中回答问题的情况占30%。
2、总体设计方案
根据技术要求,此报警电路由以下几个部分组成,首先要产生输入电压V1为0~10v的步进电源;
第二部分应是比较器,将V1与报警门限电平相比较,由于该报警器要求有两个门限电平,即如电路图当
总体框图:
1.0~10V步进电源的组成如1所示,其中电源变压器,整流电路,滤波电路等部分的设计。
输出
电压
上图为直流稳压电源的组成
步进电源由直流电源和求和电路组成,而直流电源由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路和加法电路5部分组成。
由于要求输出0~10V步进电源,在此选用三端可调输出集成稳压器LM317,LM317输出电压范围为1.25V~37V,为了能满足技术要求输出0~10V,可再选用一片LM337(输出-1.25~-37V),使之输出-1.25V,与LM317的+1.25V相加,从而使输出电压达到0V。
V01
V0
V02
该电路由整流部分、滤波部分、稳压部分和同相加法器组成。
整流部分的作用:
实际是将变换后的交流电压转变为单方向的脉动电压。
直流电路的任务是将交流点变为直流电。
完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用。
因此二极管是整流电路的关键元件。
滤波电路的作用:
对整流电路输出的脉动直流进行平滑,使之成为含交变成份很小的直流电压。
滤波电路用于滤去输出电压中的纹波,一般由电抗元件组成。
由于电抗元件在电路中有储能作用,并联的电容C在电源供给的电压升高时,能把部分能量存储起来,而当电压降低时,就能把能量释放出来,使负载电压比较平滑,即C具有平波作用。
三端可调输出集成稳压器LM317的作用:
它的内部电路有比较放大器、偏置电路、电流源电路和带隙基准电压VREF等,它的公共端改接到输出端,器件本身无接地端。
所以消耗的电流都从输出端流出,内部的基准电压接至比较放大器的同相端和调整端之间。
它的特点是输出电压连续可调,调节范围较宽。
R2的大小根据输出电压调节范围确定。
C2和C6是用来实现频率补偿、防止稳压器长生高频自激振荡和抑制电路引入的高频干扰。
C3、C4和C7是用来减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。
同相加法器的作用:
该电路是求和电路,
和
从同相输入.
参数计算:
图中用4个开关的不同组合方式来调节LM317的输出电压V01,已知VREF是LM317的基准电压,其值为VREF=1.25V,且VO=VREF(1+R2/R1),
所以
改变
即可改变
,根据上式,可以很容易的推导出四个开关不同的闭合方式下Vo1的值。
理论值
闭合开关序号
实际测量值(V)
R2阻值(Ω)
实际测量值(Ω)
(V)
1.25
-1.25
1,2,3,4
0.19
0.15
2.25
2,3,4
1.19
80
82
3.25
1,3,4
2.1
160
156
4.25
3,4
2.94
240
238
5.25
1,2,4
4.24
320
330
6.25
2,4
5.11
400
412
7.25
1,4
6.15
480
486
8.25
4
6.9
560
568
9.25
1,2,3
7.91
640
636
10.25
2,3
8.71
720
718
11.25
1,3
9.8
800
792
理论值:
R1=80Ω,R2=160Ω,R3=320Ω,R4=640Ω
实验数据:
R1=82Ω,R2=156Ω,R3=330Ω,R4=636Ω
由于R2的取值范围是(0~1200)
,根据上面的公式计算得
的取值范围是:
1.25(1+0)V~1.25(1+800/100)V,即
=(1.25~11.25)V。
而LM337的输出Vo2始终为1.2V。
A1组成同相加法器,根据电路图,由虚短和虚断的概念可得:
------------①
---------------------------------------②
----------------------------------------------------③
3个方程式联立得
,
由
的范围可得
的变化范围是(1.25~11.25)V。
其它电阻和电容的大小由经验可得。
2窗口比较器的设计与报警电路的设计
电路如图(a)所示,传输特性如图(b)所示。
根据技术要求,UL应为
,UH应为
取R1=R2=R3=15K可满足技术要求,工作过程如下:
当VI>
UH时,LED1导通并发光,Vo为低电平
当VI<
UL时,LED2导通并发光,Vo为低电平
当UL<
VI<
UH时,LED1、LED2都不导通,Vo为高电平.
电路如图(a)
传输特性如图(b)
4、元器件的选择及其相关技术数据,参数的计算
1.LM317器件
LM317的输出电压范围是1.2V至37V,负载电流最大为1.5A。
它的使用非常简单,仅需两个外接电阻来设置输出电压。
此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。
LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。
通常LM317不需要外接电容,除非输入滤波电容到LM317输入端的连线超过6英寸(约15厘米)。
使用输出电容能改变瞬态响应。
调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比.LM317能够有许多特殊的用法。
比如把调整端悬浮到一个较高的电压上,可以用来调节高达数百伏的电压,只要输入输出压差不超过LM317的极限就行。
当然还要避免输出端短路。
还可以把调整端接到一个可编程电压上,实现可编程的电源输出。
特性简介
可调整输出电压低到1.2V。
保证1.5A输出电流。
典型线性调整率0.01%。
典型负载调整率0.1%。
80dB纹波抑制比。
输出短路保护。
过流、过热保护。
调整管安全工作区保护。
标准三端晶体管封装。
电压范围
LM3171.2V至37V连续可调。
其封装形式如下:
调制
输入
绝对最大额定值
符号
参数
值
单位
VI-O
输入-输出电压差
40
V
IO
输出电流
内部限制
Top
工作结温
LM117
-55到150
℃
LM217
-25到150
LM317
0到125
Ptot
功耗
Tstg
储存温度
-65到150
LM317工作原理:
LM317的输入最同电压为30多伏,输出电压1.5----32V...电流1.5A...不过在用的时候要注意功耗问题...注意散热问题。
LM317有三个引脚.一个输入一个输出一个电压调节。
输入引脚输入正电压,输出引脚接负载,电压调节引脚一个引脚接电阻(200左右)在输出引脚,另一个接可调电阻(几K)接于地.输入和输出引脚对地要接滤波电容.
LM317内部原理图:
LM317标准应用电路图
2.LM337器件
LM337的输出电压范围是-1.2V至-37V,负载电流最大为0.4~2.2A。
此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。
LM337内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。
通常LM337不需要外接电容,除非输入滤波电容到LM337输入端的连线超过6英寸(约15厘米)。
调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。
LM337能够有许多特殊的用法。
比如把调整端悬浮到一个较高的电压上,可以用来调节高达数百伏的电压,只要输入输出压差不超过LM337的极限就行。
还可以把调整端接到一个可编程电压上,实现可编程的电源输出。
为前置级音响电路、精密电路、电子制作等对电源要求实现高精度供电的电路,其内阻小,电压稳定,噪音极低,输出纹波小(输出端仅用100uf),能有效的保证电路的高度稳定工作,提高瞬态特性和高频特性。
特性简介
典型线性调整率0.01%。
典型负载调整率0.1%。
输入输出最小压差降为0.2V。
功能与LM317差不多,只是是LM317的反向输出。
附封装的引脚识别图:
LM337工作原理:
LM337的输出电压范围是-1.2V至-37V,负载电流最大为0.4~2.2A。
3.LM324器件
LM324是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装,外形如图所示。
它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运放相互独立。
每一组运算放大器有5个引出脚,其中“+”、“-”为两个信号输入端,“V+”、“V-”为正、负电源端,“Vo”为输出端。
两个信号输入端中,Vi-(-)为反相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反;
Vi+(+)为同相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。
系列运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器。
可工作在单电源下,电压范围是3.0V-32V或16V.
特性简介:
短跑保护输出,真差动输入级,可单电源工作:
3V-32V,低偏置电流:
最大100nA,每封装含四个运算放大器,具有内部补偿的功能,共模范围扩展到负电源,行业标准的引脚排列,输入端具有静电保护功能。
运算放大器如下:
LM324引脚图如下:
部分功能:
LM324应用作比较器
当去掉运放的反馈电阻时,或者说反馈电阻趋于无穷大时(即开环状态),理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大(实际上是很大,如LM324运放开环放大倍数为100dB,既10万倍)。
此时运放便形成一个电压比较器,其输出如不是高电平(V+),就是低电平(V-或接地)。
当正输入端电压高于负输入端电压时,运放输出低电平。
附图中使用两个运放组成一个电压上下限比较器,电阻R1、R1ˊ组成分压电路,为运放A1设定比较电平U1;
电阻R2、R2ˊ组成分压电路,为运放A2设定比较电平U2。
输入电压U1同时加到A1的正输入端和A2的负输入端之间,当Ui>
U1时,运放A1输出高电平;
当Ui<U2,则当输入电压Ui越出[U2,U1]区间范围时,LED点亮,这便是一个电压双限指示器。
若选择U2>
U1,则当输入电压在[U2,U1]区间范围时,LED点亮,这是一个“窗口”电压指示器。
此电路与各类传感器配合使用,稍加变通,便可用于各种物理量的双限检测、短路、断路报警等。
5、总体电路原理及整个电路的工作原理
比较电路
两个星期的课程设计就这么的结束了,虽然只是短短的两个星期,但是学到的东西并不比两个星期的理论课学到的少,而是更多。
这两个星期的学习让我们学到了很多课堂上学不到的东西。
比如说独立思考解决问题,出现差错的随机应变,和与人合作共同提高等等。
这些都是完成一件事必不可少的,让我受益匪浅。
以前我们只是学的一些理论知识,可以这么说,光有理论知识是远远不够的,只有把理论知识跟实践相结合起来。
这次的课程设计就是这样。
由于是第一次做课程设计嘛,所以做的过程中,遇到很多的问题,由于线比较的细,在做线路的过程中,不是太好弄,线做的有点弯弯曲曲的,不是那么的美观,还有就是插元器件时,有些排布的有点密,老师说如果电路有错的话,元器件会烧坏,由于排布比较密,可能靠近的也会烧坏,基于安全等因素,排布不能太密。
在我们检验电路板的过程中,也不是太顺利,第一次去的时候电路一个正确的现象都没出现,这对我们打击非常的大,老师说让我们好好的检查一下。
第二次验电路板时,稳压器lm317、lm337端输出的电压都不对,lm337端的输出电压应该是负值,但是测出来的却是正直,有点匪夷所思。
最后老师给我们检查了一下电路,发现稳压器lm337控制端没有接地,才会出现这种怪现象。
有了前2次的失败,我们把电路接了地,然后又仔细的检查了一遍。
第三次检验电路板时,基本都正确了,lm317端输出电路是1.25v左右,lm337端是-1.25v。
步进电路也正确了,可以从0v~10v调出来,只是有点小小的误差,可能是电阻选择上有点小误差,然后窗口比较电路跟报警电路也实现了输出电压>
8v和<
4v时报警电路led灯会亮报警,在输出4~8之间的电压时报警电路led灯不亮,也就是不会报警。
看到了我们2个星期幸苦做出来的电路板成功了,我们的心里真的很高兴。
最后老师让我们把电路板稍微调整一下,把误差降低。
可能接线处,与电路板没有很好的接触,导致阻抗大了,导线的电阻就大了。
高低电平报警电路终于完成了,其中有过成功,有过失败,有我们洒下的汗水,有老师的孜孜教诲。
在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
既然发现了问题,就要改正嘛。
2个星期的课程,很艰辛,但是我做的很快乐,能够成功,不是只靠自己,有伙伴有老师的帮助,老师对我们的帮助,我是记忆犹新,在验电路板时,老师很认真的给我们检验,出现问题时,老师还会很用心的检查原因,有些女生不敢调节开关时,也是老师帮她们调的,老师对我们真的是很用心,很感谢老师。
希望今后类似这样课程设计、类似这样的锻炼机会能更多些!
1.《武汉理工大学学报(信息与管理工程版)》1998年第02期作者:
郑建彬,周伟,曾翠林
2.《电子技术基础》模拟部分【M】第五版高级出版社康华光主编
3.《运算放大器原理与应用》【M】科学出版社2005蔡锦福主编
4.《快速学会认电子元器件》第一版人们邮电出版社门宏
5.《XX文库》即网上的资料查询及分析应用
6.《常用电子测量仪器的使用》电子工业出版社1999鲁特金著
7.《数字万用表的原理使用与维修》电子工业出版社1988沙古友沙古著
元件名称
个数
电解电容
100uf
3
470uf
2
电容
0.1uf
电阻
1
100
15k
7
100k
5
300k
运算放大器
LM324
稳压块
LM337
发光二级管
LED-RED
8、元件详细清单