电子课程设计Word下载.docx
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5
变压器(实验室提供)
220V/12V2
6
整流二极管
1N4007
9只
7
电容器
470μF,100μF,0.01μF
各2只
8
电位器
1K,5K
各1只
9
负载电阻
100Ω/2W
2只
10
三极管
TIP41
11
电阻器
120,150,220,360,560
各一只
12
*稳压二极管
1.25V
三、实验原理
小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成,如图1所示。
(a)稳压电源的组成框图
u1u2u3uIU0
0t0t0t0t0t
(b)整流与稳压过程
图1稳压电源的组成框图及整流与稳压过程
1.电源变压器
电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。
电源变压器的效率为:
其中:
是变压器副边的功率,
是变压器原边的功率。
一般小型变压器的效率如表1所示:
表1小型变压器的效率
副边功率
效率
0.6
0.7
0.8
0.85
因此,当算出了副边功率
后,就可以根据上表算出原边功率
。
2.整流和滤波电路
在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路,整流电路的作用是将交流电压u2变换成脉动的直流电压u3。
滤波电路一般由电容组成,其作用是把脉动直流电压u3中的大部分纹波加以滤除,以得到较平滑的直流电压UI。
UI与交流电压u2的有效值U2的关系为:
在整流电路中,每只二极管所承受的最大反向电压为:
流过每只二极管的平均电流为:
R为整流滤波电路的负载电阻,它为电容C提供放电通路,放电时间常数RC应满足:
T=20ms是50Hz交流电压的周期。
3.稳压电路
由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时,滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。
因此,为了维持输出电压UI稳定不变,还需加一级稳压电路。
稳压电路的作用是当外界因素(电网电压、负载、环境温度)发生变化时,能使输出直流电压不受影响,而维持稳定的输出。
稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。
采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。
集成稳压器的类型很多,在小功率稳压电源中,普遍使用的是三端稳压器。
按输出电压类型可分为固定式和可调式,此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。
固定电压输出稳压器
常见的有CW78
(LM78
)系列三端固定式正电压输出集成稳压器;
CW79
(LM79
)系列三端固定式负电压输出集成稳压器。
三端是指稳压电路只有输入、输出和接地三个接地端子。
型号中最后两位数字表示输出电压的稳定值,有5V、6V、9V、15V、18V和24V。
稳压器使用时,要求输入电压UI与输出电压Uo的电压差UI-Uo≥2V。
稳压器的静态电流Io=8mA。
当Uo=5~18V时,UI的最大值UImax=35V;
当Uo=18~24V时,UI的最大值UImax=40V。
它们的引脚功能及组成的典型稳压电路见附录图A所示。
(2)可调式三端集成稳压器
可调式三端集成稳压器是指输出电压可以连续调节的稳压器,有输出正电压的CW317系列(LM317)三端稳压器;
有输出负电压的CW337系列(LM337)三端稳压器。
在可调式三端集成稳压器中,稳压器的三个端是指输入端、输出端和调节端。
稳压器输出电压的可调范围为Uo=1.2~37V,最大输出电流Iomax=1.5A。
输入电压与输出电压差的允许范围为:
UI-Uo=3~40V。
LM317是三端浮动稳压器,工作时LM317建立并保持输出与调节端之间1.25V的标称参考电压(Vref)这一参考电压由R1(见图2)转换编程电流(IPROG),该恒定电流经R2到地。
稳压输出电压由下式给出:
Vout=Vref(1+R2/R1)+IAdjR2
因为调节端的电流(IAdj)小于100μA才能保持恒定。
为达到这一点,所以静态工作电流都返回到输出端。
这样需要最小负载电流,如果负载电流小于最小值,输出电压会上升。
因为LM317是浮动稳压器,所以只有电路两端电压差对性能是重要的,工作在对地呈高电压也就成为可能。
图2
四、基础实验內容
1.电源变压器参数测量
图2所示220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。
实验室给定变压器参数测量:
记录测量结果
2.整流和滤波电路的参数测量(以图3为例)
在稳压电源中,一般用四个整流二极管组成桥式整流电路,整流电路的作用是将交流电压u2变换成脉动的直流电压V1。
滤波电路一般由电容组成,其作用是把脉动直流电压V1中的大部分纹波加以滤除,以得到较平滑的直流电压VI。
改变电容观测和测量V1。
计算整流系数K=V1/u2(V1直流u2交流有效值),记录相应的结果(测量时变压器副边接①-②)
图3
3.三端稳压器各项性能指标的测试(以图4为例)
稳压电路的作用是当外界因素(电网电压、负载、环境温度)发生变化时,能使输出直流电压不受影响,而维持稳定的电压输出。
(1).输出电压与最大输出电流的测试(以LM317为例),测量时以5V为准。
测试电路如图所示。
一般情况下,稳压器正常工作时,其输出取Io=0.1A,可算出RL=100Ω,工作时RL上消耗的功率为:
PL=UoIo=5×
0.1=0.5w故RL取额定功率为1W,阻值为100Ω。
测试Iomax时,估计最多电流的测试会受变压器输出功率的限制,(大功率负载在大电流的情况下,受温度影响,负载电阻值会发生变化)。
改用三极管Q1和电位器RV2组成的电流负载,直到Vo的值下降5%,此时流经RL的电流就是Iomax,记下Iomax后,要马上调大RL的值,以减小稳压器的功耗。
记录测量结果。
注意输出负载的调节,用两块数字万用表监视调试,当电压下降5%时,记下此时的电压和电流(Iomax),马上改变Rv使输出电压回到5V.
图4
(2).电压调节范围的测量
调节电位器RV1,分别测量Vomin和Vomax的值,验证Vo=1.25×
(1+Rw/R1)记录测量的结果。
(3).稳压系数的测量(调节输出电压为5V时)
按图所示连接电路,在u1=220V时,测出稳压电源的输出电压Vo,应改变电源电压上升和下降10%,分别测量稳压电源的输出电压VO,RL=100Ω。
在实验室调节交流不太方便时,可采用变压器的次级变换的方法,如①②脚电压为18V,测量一次,记下VO1.再更换到③①脚测量一次VO2,记录测量的结果。
则稳压系数为:
SV=(ΔVO/VO)/(Δu1/u1)
(4).输出内阻的测量(调节输出电压为5V时)
通过表格3的数据可以计算出输出内阻,则输出电阻为:
R0=-(VO1-VO2)/(IO1-IO2)=(VO1-VO2)/IO2。
(5).纹波电压的测量(调节输出电压为5V时)
用示波器观察Vo的纹波峰峰值,(此时Y通道输入信号采用交流耦合AC),测量Vop-p的值(约几mV)。
设计题目二:
跑马灯
一.设计要求及指标要求
1.1设计要求
(1)、根据技术指标要求确定电路形式,分析工作原理,计算元件参数。
(2)、列出所用元器件清单并购买。
(3)、安装调试所设计的电路,使之达到设计要求。
(4)、记录实验结果。
(5)、撰写设计报告。
1.2指标要求
(1)实现8灯循环点亮。
(2)间隔时间可调。
(3)广告灯的样式自定。
二.设计过程
2.1题目分析
我们设计的跑马灯实际上是主要使用一个74LS161,一个74LS138,一个74LS20和一个78L05这四个芯片对8个LED进行控制,产生循环控制的效果。
形成一个流水似的广告灯。
2.2整体构思
拟定系统方案框图,画出系统框图中每框的名称、信号的流向,各框图间的接口,使用protel99电路设计软件画出原理图,再生成网络表和PCB板。
对照原理图进行统计要使用的元器件后,在电子市场购买所需要的电子元器件。
最后在指导老师的辅导下在实验室进行下一步工作。
2.3具体实现
我们需要使用碳粉打印机把我们设计的原理图打印出来,不过要注意必须要使用不干胶纸的光滑面进行打印。
因为我们要使用热转印的方法对原理图进行转移在覆铜板上。
我们将原理图转移在覆铜板上后,再使用氯化铁(Fecl3)溶液进行腐蚀,这个过程大约要十几分钟。
腐蚀好覆铜板后,先用清水冲洗掉残留的溶液,再用香蕉水擦洗掉覆在铜板上的碳粉,最后我们再清洗一下覆铜板。
接下来我们就该进行打孔,根据原理图和实际元器件管脚的大小,选择适当的针对焊盘进行打孔,这样我们的PCB板就做好了。
最后我们进行焊接,对照原理图进行元器件插接,插接好元器件后再进行焊接。
焊接好后进行测试和调试。
三.元件说明
3.1元件说明
74LS20
74LS20芯片的功能很简单,就是包含两个4输入与非门,内含两组4与非门第一组:
1,2,4,5输入6输出。
第2组:
9,10,12,13输入8输出。
74LS20功能表
ABCDY
11110
0XXX1
X0XX1
XX0X1
XXX01
<
74LS20真值表>
<
74LS20引脚图>
74LS20测试:
只要通过对输入1111,0111,1011,1101,1110五项进行检测就可判断其逻辑功能是否正常。
74LS161
74LS161型四位同步二进制可预置计数器的外引线排列图及其逻辑符号,其中是直接清零端,是预置数控制端,A3A2A1A0是预置数据输入端,EP和ET是计数控端,是计数输出端,RCO是进位输出端。
74LS161型计数器的功能表如表
(a)外引线排列图(b)逻辑符号
74LS161型四位同步二进制计数器
74LS161型四位同步二进制计数器的功能表
清0
预置
控制
时钟
预置数据输入
输出
EP
ET
CP
A3
A2
A1
A0
×
↑
d3
d2
d1
d0
保持
计数
由表可知,74LS161具有以下功能。
由表可知,74LS161具有以下功能。
①异步清零。
=0时,计数器输出被直接清零,与其他输入端的状态无关。
②同步并行预置数。
在=1条件下,当=0且有时钟脉冲CP的上升沿作用时,A3、A2、A1、A0输入端的数据d3、d2、d1、d0将分别被所接收。
③保持。
在==1条件下,当ET·
EP=0,不管有无CP脉冲作用,计数器都将保持原有状态不变。
需要说明的是,当EP=0,ET=1时,进位输出RCO也保持不变;
而当ET=0时,不管EP状态如何,进位输出RCO=0。
④计数。
当==EP=ET=1时,74ls161处于计数状态。
74LS138
74LS1383线-8线译码器,共有54/74S138和54/74LS138两种线路结构型式,
其工作原理如下:
当一个选通端(E3)为高电平,
另两个选通端(E1)和/(E2))为
低电平时,可将地址端(A、B、C)
的二进制编码在一个对应的输出
端以低电平译出。
利用E1、E2和E3可级联扩展成
24线译码器;
若外接一个反<
74ls138引脚图>
相器还可级联扩展成32线译码器。
若将选通端中的一个作为数据输入端时,74LS138还可作数据分配器。
桥式整流器
简介:
桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路,常用来将交流电转变为直流电。
简易电路图
原理:
桥式整流是对二极管半波整流的一种改进。
半波整流利用二极管单向导通特性,
在输入为标准正弦波的情况下,输
出获得正弦波的正半部分,负半部
分则损失掉。
桥式整流器利用四个二极管,两两对接。
输入正弦波的正半部分是两只管导通,得到正的输出;
输入正弦波的负半部分时,另两只管导通,由于这两只管是反接的,所以输出还是得到正弦波的正半部分。
桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。
桥式整流是交流电转换成直流电的第一个步。
78L05
78L05是一种固定电压(5V)三端集成稳压器,其适用于很多应用场合.象牵涉到单点稳压场合需要限制噪声和解决分布问题的在-卡调节.此外它们还可以和其它功率转移器件一起构成大电流的稳压电源,如可驱动输出电流高达100毫安的稳压器.
78L05特性:
*三-端稳压器
*输出电流可达到100mA
*无需外接元件
*内部热过载保护
*内部短路电流限制
四.检查过程
4.1检查过程
将焊接好的PCB板进行检查,利用数字万用表对各个电路进行测试,看是否有焊接短路的地方,检查是否覆铜板上的线路有断路的地方。
看各个元件的安放是否美观,查看发光二极管是否是发光,是否出现有虚焊的情况。
4.2遇到问题及解决措施
如果发现二极管没有亮,就用数字万用表检查电路是否是通路。
看看PCB板上是否有短路和断路地方,如果有就修整错误的地方。
如果没有,则检查发光二极管是否已坏,如坏,则更换二极管。
附录一:
跑马灯元件清单
序列
名称
型号或规格
数量
译码器
74ls138
双4输入与非门
74ls20
同步计数器
74ls161
78l05
桥式整流
2W10V
单刀双置开关
变压器
6V3W
覆铜板
9*15cm
9
发光二极管
10
电阻
1K
电容
0.1u
电解电容
470uf
13
插头
附录二:
跑马灯电路原理图
五.心得体会
通过本次的课程设计,使我受益匪浅,感触良深,认识到电子课程设计的重要性,作为电子专业的学生必须要有动手的习惯。
只有在理论知识和实际操作相结合下才能够学好电子技术专业。
通过自己动手制做学到了很多课本上学不到的东西,使我认识到动手的重要性和必要性。
只有通过自己亲力亲为的去解决问题,才能体会到成功时的那份收获的喜悦,从这次课程设计中,我深切的体会自己动手创造出来的劳动成果才是可贵的,不仅如此,在参与动手的过程中更是有很多意想不到的收获。
作为一名大学生,我们不应该仅仅学习理论知识,还要注重实践,只有理论结合实践才能够学习好知识。
作为当代大学生,我们肩负着建设祖国未来的使命,我们就应该打起精神来好好学习,只有学好了知识才能够更好的建设祖国。
在以后的学习过程中我会更加的努力!