电子工程训练直流稳压电源波形发生器课程设计ICL8038.docx
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电子工程训练直流稳压电源波形发生器课程设计ICL8038
电子工程训练
——直流稳压电源
——波形发生器
专业：
电子信息工程
班级：
姓名：
学号：
组员：
指导教师：
时间：
第一部直流稳压电源
一、设计任务及主要技术指标
1、直流稳压电源的设计与制作：
完成电路的设计与计算，并实现电路的焊接与制作,设计输出双路输出±12V和+5V的直流稳压电源。
2、波形发生器的电路设计、仿真与制作：
完成电路的设计与计算，通过仿真确定参数，并实现电路的焊接与制作，以8038实际电路为核心，设计制作一个多波形信号发生器。
3、直流稳压电源的技术指标
（1）输入：
AC220V±10%,50Hz;
（2）输出：
DC±12V±2%,0.2A;DC+5V±2%,0.5A;
（3）电压调整率Su（（ΔUo/Uo）/（ΔUi/Ui））:
小于0.02；
（4）稳压系数Sr（ΔUo/Uo）:
小于0.01；
（5）纹波电压ΔUop-p:
小于10mV;
4、波形发生器技术指标
（1）分别输出方波、三角波和正弦波
（2）波形频率960Hz~1.2KHz可调，最后精确输出1KHz
（3）输出正弦波波形幅度3V
（4）发挥波分，三种波形输出可调2V~5V
二、各单元电路的设计计算过程、各部分电路图、整体电路图
1、直流稳压电源的设计与制作的设计与计算过程、各部分电路图及整体电路图
1）
本设计主要分为变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路四个部分。
变压电路：
将交流电网220V的电压变味所需要的电压值。
整流电路：
将交流电压变成脉动的直流电压。
滤波电路：
由于经过整流的脉动直流电压还含有较大的纹波，因此需要设计滤波电路加以滤除。
稳压电路：
在电网电压波动、负载和温度变化时，依然维持输出直流电压稳定。
2）单元模块设计原理及各部分电路图
①电源变压器
电源变压器是将输入的220V交流电压U1转变为整流电路所需要的交流电压U2。
因为要最终通过78、79系列输出正向最大12V负向最大12V的电压，所以选择带有中间抽头的双12V变压器。
考虑到今后的功率需要，这次我选择了25W的变压器。
这样两个12V的输出分别给78、79系列使用，中间抽头作为固定电压输出部分的地线
②整流电路
整流电路有半波整流电路与单相桥式整流电路。
图3-2-1半波整流电路输入输出波形对比
半波整流电路的特点是输出电压波形为输入正弦波电源波形的正半周期，所以输出电压脉动很大，直流分量较小，整流效率较低。
另一种是单向桥式全波整流电路。
如右图，四只整流二极管D1~D4形成电桥。
图3-2-2单向桥式全波整流电路
在V2正半周。
电流从变压器副边线圈上端流出，只经过D1流向RL,在由D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。
在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。
电流通路用实线箭头表示。
同理在V2负半周时，D2、D4正向导通，D1、D3反偏截止。
在负载上产生上正下负的输出电压。
电流通路如图的虚线箭头表示。
图3-2-3单向桥式全波整流电路
输入输出波形对比
综上可知输入端经变压器后在副边得到了一个单向的脉动电压。
③
滤波电路
图3-3-1几种不同的复式滤波电路
经过整流的脉冲电压纹波很大要经过滤波电路的滤波作用，一般有电抗元件组成，如在电阻两端并联电容器C，或在整流电路输入端与负载间串联电感器L，以及有电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。
在这里选择用电容滤波，适合小电流负载。
④稳压电路
图3-4-3集成稳压器LM79xx
图3-4-2集成稳压器LM78xx
由于输出地直流电压会随着稳压电路的波动、负载和温度发生变化而变化，所以，为了维持输出直流电压稳定不变，还要加上稳压电路。
由于电源要求的输出功率较小，为了简化电路并提高电路的稳定性，因此选择集成稳压器。
集成稳压器在使用中普遍使用的是三端稳压器。
三端集成稳压器还有78、79系列分别对应正电压输出和负电压输出.79系列和78系列的外形相似但是连接不同，79的1端接地，2端接负的输入。
3端接输出。
3）元件参数选择
输出电压固定的集成稳压器有正电源LM7800系列稳压器和负电源LM7900系列稳压器。
按LM7800系列输出电压可分为7805（+5V）、7806（+6V）、7809（+9V）、7812（+12V）、7815（+15V）、7818（+18V）、7824（+24V）;按输出电流可分为78Lxx表示输出电流100mA、78Mxx表示输出电流500mA、78xx表示输出电流1.5A。
负向集成稳压器与正向类似。
由于此次要输出得电压为±12V、+5V，电流要求均小于1A，故选择的芯片为LM7805、LM7812、LM7912。
Uomax+（Ui-Uomin）≤Ui≤Uomin+（Ui-Uo）max
18V+3V≤Ui≤3V+40V
21V≤Ui≤43V
U2≥Uimin/1.1=21/1.1=19.09V
取U2=20则P=20W，所以选取24V/25W的变压器即可。
整流桥用四个二极管拼接而成，输出12V和5V一样，而输出-12V的二极管的方向和前面两个完全相反。
三个电路的滤波电容都使用220uF25V和100uF25V的电解电容，但由于如此电路的5V电路输出不稳定，因此，5V电路的稳压片前面还要加一个680uF50V的电解电容。
不需要电阻。
4）整体电路图
整体电路图
5）输出效果图
输出效果图
第二部分波形发生器
一、波形发生器的设计与制作的设计与计算过程、各部分电路图及整体电路图
1）波形发生器ICL8038的电路结构如图所示，共有5个组成部分。
两个电流源的电流分别为Is1和Is2，且Is1=I，Is2=2I；两个电压比较器I和II的阈值电压分别为2/3Vcc和1/3Vcc，它们的输入电压等于电容两端的电压Uc,输出电压分别控制RS触发器的S端和R’端，RS触发器的状态输出端Q和Q’用来控制开关S，实现对电容C的充放电；两个缓冲放大器用于隔离波形发生电路和负载，使三角波和矩形波输出端的输出电阻足够低，以增强带负载能力；三角波变正弦波电路用于获得正弦波电压.
8038的内部原理电路框图
两个电压比较器的电压传输特性如下图所示
两个电压比较器的电压传输特性
2）常用接法
图为ICL8038的管脚图，其中管脚8为频率调节电压输入端，电路的振荡频率与调频电压成正比，管脚7输出调频偏置电压，数值是管脚7与+Vcc之差，它可作为管脚8的输入电压。
ICL8038的管脚图
下图为ICL8038的最常见的两种基本接法，矩形波输出端为集电极开路形式，需外接电阻RL至+Vcc。
根据8038的内部电路和外接电阻可以推导出占空比的表达式为T1/T2=（2RA-RB）/2RA.
3）整体电路图
4）输出波形如图所示
输出波形
三、电路的调试及测试方法，有关的测试数据
1）不同负载的输出电源值
幅值/电阻值
150
30
600
100
5V
--
4.71
--
4.95
+12V
12
--
12.01
--
-12V
-11.98
--
-12
--
不同输入电压信号的输出电压
输入电压
输出电压
12v
-12v
5v
240v
12.01v
-11.99v
4.88v
200v
11.78v
-11.77v
4.65v
电路输出纹波:
幅值/电阻值
150
25
300
75
5V
--
0.6v
--
4mv
+12V
3mv
--
3mv
--
-12V
5mv
--
5mv
--
电压调整率:
幅值
Su（（ΔUo/Uo）/（ΔUi/Ui））
5V
0.006~0.0175
+12V
0.0005~0.011
-12V
0.0005~0.011
稳压系数:
幅值
Sr（ΔUo/Uo）
5V
0.01~0.058
+12V
0.00083
-12V
0.00166
2）把直流稳压电源的+12v作为8038的输入电压，得到的实验数据
波形
幅值Uop-p
频率
方波
3V
10000Hz
三角波
2V
10000Hz
正弦波
1.5V
10000Hz
3）电路的调试及测试方法
相对来说，本次设计的电路并不是太复杂，但是有许多的线路走的比较接近。
这对于元件焊接技术就有一定的要求，稍有不慎就会造成相邻两根线短路而造成电路的焊接错误，严重的还会导致元器件的损坏。
还有一个需要注意的就是元件管脚的接入是否准确，例如二极管，在正向时，正极接输出端、负极接地；但是在负向时，正好相反。
电解电容的接法与之类似，而且电解电容一定要接入准确，如果方向错误，不仅将损坏器件，电容还可能飞起、爆裂，危害人身安全。
集成稳压器芯片的管脚还有整流桥的同样在焊接前要核对仔细，否则可能会损坏集成电路；而且它们的管脚相对较多，如果焊接错误，不易改正。
在这次的焊接中，与电工实习时最大的区别就是，这次不是在印刷板上焊接所有的元件布局、走线都有自己决定。
如果布局恰当，不仅美观大方，而且给焊接节省了许多不必要的麻烦；还有一个就是元件的引线粗细不再是恰好适合板上的留孔，对于像较大的二极管，就需要自己将空钻开。
开始没有经验，钻的比较慢，而且效果不佳，再与同学一起多次尝试，找到了开孔的合适工具，大大提高了工作的效率。
直流电源的调试，接到示波器上看输出波形及纹波还有加负载以后用万用表测负载的两端的电压，看看是否达到稳压的要求，及接到不通的电源上，看稳压的效果如何.
波形发生器的测试，先接信号发生器提供电源，看看调试波形是否稳定及幅值是否满足要求，然后接到稳压电源作为输入信号，看看整体的效果是否达到了预期的设想，实验结果证明，接到稳压电源后的波形和用信号发生器作为输入信号的效果一样，说明总体的实验结果还不错。
四、元器件明细表
设计所用仪器及器件
1．双踪示波器1台
2．信号发生器1台
3．二极管1N40078个
4．ICL80381片
5．电位器100K2个
10K1个
1K1个
6．电容1μF3个
0.33μF3个
0.1μF1个
3.3μF1个
电解电容560μF2个
电解电容1000μF1个
7．电阻10k3个，20k1个
8．稳压器MC78051片
MC78121片
MC79121片
9.四端接线柱3个
10.排针、导线若干
11．变压器双12V/25W1个
12电路板2块
13．电工工具一套及万用表
五、收获与体会
这一次的电子工程训练学会了好多，从来没有过的第一次通过查找资料自己设计电路，才做出的作品。
从各种错误中慢慢摸索，改进，再形成完成作品的一系列过程。
思考才是最重要的。
像在做电源时，不知道到变压器的输出的额定电流，然后我设计了+5V的电源接在+12V的电源后面，而+12V的电源给出的电流是不符合标准的，让我明白做作品必须先了解器件的数据先。
做波形发生器的时候怎么调都是高频，最后估计是变位器损坏了。
这次的电子工程训练让我更进了一个台阶。
六、参考文献
电子工程训练（I）指导书.
ICL8038说明书
模拟电子技术基础（第二版）华中理工大学电子教研室陈太杨华高等教育出版社
全国大学生电子设计竞赛培训系列教程：
模拟电子线路设计高吉祥电子工业出版社
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