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电子课程设计

课程设计

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

设计题目一：

关于直流稳压电源的设计和测试

一、实验目的

1.了解集成稳压器的特性和使用方法。

2.掌握集成稳压器主要性能指标的测试方法。

3.学会集成稳压器的设计方法。

二、实验仪器及器件

序号

名称

型号/规格

数量

1

面包板

BDCL

1块

2

数字式万用表

UT58

1块

3

数字存储示波器

TDS1002

1台

4

三端集成稳压器

LM317

1只

5

变压器（实验室提供）

220V/12V2

1只

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

1只

11

电阻器

120，150，220，360，560

各一只

12

*稳压二极管

1.25V

1只

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：

其中：

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：

其中：

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。

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。

（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

0

×

×

×

×

×

×

×

×

0

0

0

0

1

0

×

×

↑

d3

d2

d1

d0

d3

d2

d1

d0

1

1

0

×

×

×

×

×

×

保持

1

1

×

0

×

×

×

×

×

1

1

1

1

↑

×

×

×

×

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

1

译码器

74ls138

1

2

双4输入与非门

74ls20

1

3

同步计数器

74ls161

1

4

三端集成稳压器

78l05

1

5

桥式整流

2W10V

1

6

单刀双置开关

2

7

变压器

6V3W

1

8

覆铜板

9*15cm

1

9

发光二极管

10

10

电阻

1K

10

11

电容

0.1u

2

12

电解电容

470uf

1

13

插头

1

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！