數(shù)控直流穩(wěn)壓電源

1、教　　材：電子課程設(shè)計(jì)與工藝實(shí)習(xí) 指導(dǎo)書寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院編,設(shè)計(jì)題數(shù)控直流穩(wěn)壓電源,設(shè)計(jì)過程:電路圖設(shè)計(jì)→組裝→調(diào)試→寫設(shè)計(jì)調(diào)試報(bào)告,電路圖設(shè)計(jì)：一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求,1、設(shè)計(jì)任務(wù)　　設(shè)計(jì)并制作有一定輸出電壓調(diào)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(diào)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(shè)計(jì)：一、設(shè)計(jì)任務(wù)與

2、要求,4>、輸出直流電壓能步進(jìn)調(diào)節(jié)，步進(jìn)值為1V。5>、由“+”、“-”兩鍵控制輸出電壓步進(jìn)值的增或減。6>、用數(shù)碼管顯示輸出電壓值，當(dāng)輸出電壓為15V時(shí)，數(shù)碼管顯示為“15”。,電路圖設(shè)計(jì)：一、設(shè)計(jì)任務(wù)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(duì)穩(wěn)壓電路部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，前三部分利用現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)壓電源。即 uI=實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)壓

3、電源的輸出電壓,+uI－,電路圖設(shè)計(jì)：,二、設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)：二、設(shè)計(jì)的基本原理,調(diào) 整 管,取 樣 電 路,比 較 放 大 器,基 準(zhǔn) 電 壓 電 路,輸出電壓為：,電路圖設(shè)計(jì)：二、設(shè)計(jì)的基本原理,顯然， UO與UZ成線性關(guān)系，若UZ是數(shù)控的，則UO就可以是數(shù)控的。故基準(zhǔn)電源電路可用數(shù)控基準(zhǔn)電源電路代替。,3、數(shù)控基準(zhǔn)電源,數(shù)控基準(zhǔn)電源的原理框圖,電路圖

4、設(shè)計(jì)：二、設(shè)計(jì)的基本原理,此處，U'O代替穩(wěn)壓管電壓UZ 。,數(shù)控基準(zhǔn)電源的工作原理,電路圖設(shè)計(jì)：二、設(shè)計(jì)的基本原理,產(chǎn)生記數(shù)的脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電壓步進(jìn)值的增或減。“+”鍵控制步進(jìn)增，“－”鍵控制步進(jìn)減。,對(duì)單脈沖產(chǎn)生電路的信號(hào)進(jìn)行 “+”或“－”計(jì)數(shù)，或從預(yù)置數(shù)端直接輸入所需的數(shù)值。,將計(jì)數(shù)器輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量U'O ，控制穩(wěn)壓電源的輸出。,將計(jì)數(shù)器的輸出譯碼，顯示當(dāng)前穩(wěn)壓電源的輸出。,,,,,三、具體設(shè)計(jì)　　?、?/p>

5、、總框圖,㈡、單元電路設(shè)計(jì),1、數(shù)控基準(zhǔn)電源1>、單脈沖產(chǎn)生電路 單脈沖通?？梢杂冒存I產(chǎn)生，實(shí)際的電路有多種形式，可以由門電路構(gòu)成，也可以由集成單脈沖觸發(fā)器構(gòu)成。,三、具體設(shè)計(jì),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(gè)負(fù)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(shè)計(jì) 1、數(shù)控基準(zhǔn)電源,（2）R、C及VCC值估算VCC估算： 必須UR2> VT+,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 1、數(shù)控基準(zhǔn)電源,VT+可根據(jù)選用的施密特觸發(fā)器型號(hào)，從手冊(cè)上查得。其值與施密特觸發(fā)器的工作電源電壓VDD有關(guān)。 一般VDD、VCC取自同一個(gè)電源，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的穩(wěn)壓電源確定，如5V、10V、12V、15V等。,因,故,設(shè)：充電開始到uC=VT+所需

7、時(shí)間為tW。則：,故：,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 1、數(shù)控基準(zhǔn)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(zhuǎn)。,tW必須小于手按鍵時(shí)間。,其中,R、C估算：,一般 取C=0.1μF ； 查得VT+； 由公式計(jì)算R1、 R2 （可取R1=R2 ）；單

8、脈沖產(chǎn)生電路2可自己看指導(dǎo)書。,設(shè)：手按鍵時(shí)間為1ms；則,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 1、數(shù)控基準(zhǔn)電源,2>、可逆計(jì)數(shù)器 可逆計(jì)數(shù)器可直接用74LS192/74LS193實(shí)現(xiàn)。為使D/A轉(zhuǎn)換方便起見，選用十六進(jìn)制的 74LS193。①、 74LS193邏輯符號(hào)及引腳功能,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 1、數(shù)控基準(zhǔn)電源,②、 與前后電路連接,74LS193,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 1、

9、數(shù)控基準(zhǔn)電源,“+”按鍵產(chǎn)生步進(jìn),“－”按鍵產(chǎn)生步進(jìn),,分別接4個(gè)雙擲開關(guān),用于置數(shù),,分別接D/A轉(zhuǎn)換器的4個(gè)輸入端。,3>、D/A轉(zhuǎn)換電路 D/A轉(zhuǎn)換電路有多種型號(hào)，我們選用最常用的DAC0832 D/A轉(zhuǎn)換芯片為例，說明D/A轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)。 ①、 內(nèi)部結(jié)構(gòu),㈡、單元電路設(shè)計(jì) 1、數(shù)控基準(zhǔn)電源,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 1、數(shù)控基準(zhǔn)電源,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 1、數(shù)

10、控基準(zhǔn)電源,VREF ：參考電壓輸入端，電壓范圍為±10V；Iout1： D/A轉(zhuǎn)換器電流輸出端，接外部運(yùn)放的反相輸入端 ；Iout2： D/A轉(zhuǎn)換器電流輸出端，接外部運(yùn)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(luò)匹配的電阻R。接外部運(yùn)放的輸出端。,②、 DAC0832基本工作方式雙緩沖方式 ：兩級(jí)寄存器均工作在輸入鎖存狀態(tài)，即,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 1、數(shù)控基準(zhǔn)電源,②、 DAC083

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

12、轉(zhuǎn)換電路的連接及參數(shù)設(shè)置VREF設(shè)置 ：,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 1、數(shù)控基準(zhǔn)電源,8位 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為：,因計(jì)數(shù)器輸出只有4位，只能接D/A轉(zhuǎn)換器中D0~D7的4位，故輸出電壓與輸入端的選擇有關(guān)。,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 1、數(shù)控基準(zhǔn)電源,若選低4位，則：,步進(jìn)值為：,若取步進(jìn)值為：,應(yīng)取合適的VREF及步進(jìn)值。,考慮:,則應(yīng)取,若取步進(jìn)值為：,則應(yīng)取,若選高4位，則：,步進(jìn)值為：,若取步進(jìn)值為：,

13、則應(yīng)取,若取步進(jìn)值為：,則應(yīng)取,③、 D/A轉(zhuǎn)換電路的連接及參數(shù)設(shè)置數(shù)控基準(zhǔn)電源輸出電壓范圍：,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 1、數(shù)控基準(zhǔn)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(zhuǎn)換電路的外接運(yùn)放選取根據(jù)運(yùn)放的最大輸出電壓、輸出電流選擇,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 1、數(shù)控基準(zhǔn)電源,若選低4位,運(yùn)放的最大輸出電壓為：

14、,若選高4位,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 1、數(shù)控基準(zhǔn)電源,若選低4位,若選高4位,運(yùn)放的最大輸出電流為：,④、 D/A轉(zhuǎn)換電路的外接運(yùn)放選取,①、 輸入電壓UI的確定,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 2、穩(wěn)壓電路,由模電知識(shí)：,因設(shè)計(jì)指標(biāo)：,一般,故,考慮電源電壓波動(dòng)10%，則：,即,取,②、 調(diào)整管參數(shù)選擇（三個(gè)極限參數(shù)）,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 2、穩(wěn)壓電路,由模電知識(shí)：,設(shè)計(jì)指標(biāo)：,選管子，使,注意管子類

15、型，PNP還是NPN。,③、 運(yùn)放的選取,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 2、穩(wěn)壓電路,運(yùn)放輸出電流：,設(shè)計(jì)指標(biāo)：,運(yùn)放輸出電壓：,運(yùn)放電源電壓： 必須大于運(yùn)放的輸出電壓。,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 2、穩(wěn)壓電路,基準(zhǔn)電源的運(yùn)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(zhǔn)電源的要求，故運(yùn)放可選用同一種。,比較放大器的運(yùn)放要求：,③、 運(yùn)放的選取,④、 取樣電路R

16、1、R2的選取,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 2、穩(wěn)壓電路,輸出電壓：,設(shè)計(jì)指標(biāo)：,步進(jìn)值：,步進(jìn)值：,則：,④、 取樣電路R1、R2的選取,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 2、穩(wěn)壓電路,則,若,若,則,R1、R2比例越大，調(diào)整越困難，故應(yīng)選擇合適的 。,實(shí)際電路中，R1可用一個(gè)固定電阻和一個(gè)可調(diào)電阻串聯(lián)，以便于調(diào)整比例。,⑤、 紋波小于20mV的設(shè)置,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 2、穩(wěn)壓電路,產(chǎn)生紋

17、波的原因有兩個(gè)：,變化，或,變化。,紋波為D最大時(shí)的△UO。故,選低4位,選高4位,⑤、 紋波小于20mV的設(shè)置,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 2、穩(wěn)壓電路,選低4位,選高4位,A、,⑤、 紋波小于20mV的設(shè)置,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 2、穩(wěn)壓電路,即D/A轉(zhuǎn)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(shí)：,A、,怎么實(shí)現(xiàn)？,⑤、 紋波小于20mV的設(shè)置,㈡、單元電路設(shè)計(jì)

18、 2、穩(wěn)壓電路,選低4位,選高4位,⑤、 紋波小于20mV的設(shè)置,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 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(shí)：,1>、譯碼顯示電路框圖,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 3、譯碼顯示電路,,譯碼顯示電路框圖,2>、十六進(jìn)制/BCD碼轉(zhuǎn)換電路,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 3、譯碼顯示電路,①、列真值表,2>、十六進(jìn)制/BCD

19、碼轉(zhuǎn)換電路,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 3、譯碼顯示電路,②、卡諾圖化簡(jiǎn),2>、十六進(jìn)制/BCD碼轉(zhuǎn)換電路,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 3、譯碼顯示電路,②、卡諾圖化簡(jiǎn),③、畫電路圖（略）,㈡、單元電路設(shè)計(jì) 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(yīng)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)壓電源的允許值選取，然后再計(jì)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(gè)數(shù)，VREF盡量選整數(shù),以使調(diào)整方便，誤差少?！　?>、選運(yùn)放　　實(shí)驗(yàn)室提供了兩種運(yùn)放芯片LM353、LM342，查手冊(cè)了解參數(shù)，確定引腳功能，搞清電源數(shù)值，按運(yùn)放的電源電壓必須大于輸出電壓的要求選擇?！　?>、選電阻　　實(shí)驗(yàn)室提供的電阻均是標(biāo)稱值的，應(yīng)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選擇相近值的電阻，不夠部分加電位器調(diào)節(jié)。,將每一個(gè)單元電路經(jīng)過Multisim仿真后，再做實(shí)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?！　?、整體結(jié)構(gòu)布局和元器件的安置　　首先應(yīng)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(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （1）整體結(jié)構(gòu)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(diào)試、測(cè)量和更換。電路圖中相鄰的元器件，在安裝時(shí)原則上也應(yīng)就近安裝。不同級(jí)的元件不要混置在一起，輸入級(jí)和輸出級(jí)之間不要靠近，以免引起級(jí)與級(jí)之間的寄生耦合，使干擾和噪聲增

22、大。,組裝,（3）對(duì)于有磁場(chǎng)產(chǎn)生相互影響和干擾的元器件，應(yīng)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(shí)加裝散熱器。為保證電路穩(wěn)定工作，對(duì)溫度敏感的元器件要遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。?。?）元器件的標(biāo)志安裝時(shí)應(yīng)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(yīng)橫平豎直。接插集成電路時(shí)首先應(yīng)認(rèn)清管腳排列方向，所有集成電路的插入方向應(yīng)保持一致，集成電路上有缺口的或有小孔標(biāo)志的一端一般在左側(cè)。,

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(shí)布線應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：?。?）所有布線應(yīng)直線排列，并做到橫平豎直，以減小分布參數(shù)對(duì)電路的影響。走線要盡可能短，信號(hào)線不可迂回，盡量減少形成閉合回路。信號(hào)線之間、信號(hào)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(yīng)貼近電路板，不應(yīng)懸

24、空，更不應(yīng)跨接在元件上面，走線之間應(yīng)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(cè)量和檢查，要盡可能選擇不同顏色的線，電源線的正負(fù)極和地線的顏色要有規(guī)律?！。?）布線時(shí)一般先布置電源線和地線，再布信號(hào)線。布線時(shí)要根據(jù)電路原理圖或裝配圖，從輸入到輸出逐級(jí)布線，切忌東接一根西接一根沒有規(guī)律，這樣容易形成錯(cuò)線和漏線?！。?）地線是所有信號(hào)共同使用的通路，一般地線較長(zhǎng)，為減小信號(hào)通過公共阻抗的耦合，故地

25、線要選擇較粗的導(dǎo)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。　　每組一套。購(gòu)買地點(diǎn)：信息樓410房間購(gòu)買時(shí)間：本周四（7月2日）上午9：00也可自己在其它地方購(gòu)買，只要符合要求即可。,組裝,1、調(diào)試各單元電路,調(diào)試,1>、調(diào)試單脈沖電路，按鍵一下產(chǎn)生一個(gè)矩形波。2>、測(cè)試可逆計(jì)數(shù)器是否可正常工作： 計(jì)數(shù)器給一

26、個(gè)矩形波，輸出數(shù)字加1（或減1）；,調(diào)試,3>、調(diào)試D/A轉(zhuǎn)換器電路,可在電路中增加3個(gè)電位器RP1、RP2、RP3，如圖。,①、零點(diǎn)校準(zhǔn)RP3：調(diào)零電位器。當(dāng)輸入00000000時(shí)， 若vO≠0，調(diào)節(jié)RP3，使vO=0。 若運(yùn)放無調(diào)零部分就不用接RP3。,,給數(shù)字量，用萬(wàn)用表測(cè)試輸出模擬電壓。,⑴、校準(zhǔn)調(diào)節(jié),調(diào)試,3>、調(diào)試D/A轉(zhuǎn)換器電路,⑴、校準(zhǔn)調(diào)節(jié),②、增益校準(zhǔn)RP2：調(diào)放大倍數(shù)電位器。當(dāng)輸入

27、11111111時(shí)，,若vO<9.96V，調(diào)RP2，使(RF+RP2)增大，放大倍數(shù)提高，使vO=9.96V。,,,調(diào)試,⑴、校準(zhǔn)調(diào)節(jié),②、增益校準(zhǔn)RP1：調(diào)參考電壓電位器。當(dāng)輸入11111111時(shí)，若vO>9.96V，調(diào)RP1 。增大RP1，使VREF減小，vO下降，直到vO=9.96V。,,,3>、調(diào)試D/A轉(zhuǎn)換器電路,調(diào)試,3>、調(diào)試D/A轉(zhuǎn)換器電路⑵、步進(jìn)調(diào)節(jié)在輸入數(shù)字量0000~1111變化

28、時(shí)：,4>、調(diào)試基準(zhǔn)電源電路將基準(zhǔn)電源電路連接起來，輸入數(shù)字量0000~1111變化時(shí)，基準(zhǔn)電壓輸出變化正確，譯碼輸出顯示0~15。,低4位,高4位,2、調(diào)試總電路,調(diào)試,各塊電路連接后，調(diào)試輸出電壓在輸入數(shù)字量0000~1111變化時(shí)，能實(shí)現(xiàn)0~15V變化，同時(shí)顯示0~15數(shù)字。,,設(shè)計(jì)調(diào)試報(bào)告,課程設(shè)計(jì)的總結(jié)報(bào)告是對(duì)學(xué)生寫科研論文和科研總結(jié)報(bào)告的能力訓(xùn)練。通過寫報(bào)告，不僅把設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試的內(nèi)容進(jìn)行全面的總結(jié)，而且把實(shí)踐的內(nèi)

29、容上升到理論的高度。總結(jié)報(bào)告應(yīng)包括以下幾點(diǎn)：1、課題名稱2、內(nèi)容摘要3、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求,,設(shè)計(jì)調(diào)試報(bào)告,4、系統(tǒng)設(shè)計(jì)1>、總體方案的確定。比較和選定設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案，作出系統(tǒng)框圖。2>、各單元電路的設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)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(shè)計(jì)調(diào)試報(bào)告,5、系統(tǒng)的組裝、調(diào)試1>、使用的主要儀器儀表。2>、調(diào)試電路的方法和技巧。3>、測(cè)試數(shù)據(jù)和波形并與計(jì)算結(jié)

30、果比較分析。4>、調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法。6、總結(jié)設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)和方案的優(yōu)缺點(diǎn)，提出改進(jìn)意見。7、列出參考文獻(xiàn)。,,時(shí)間安排,方案設(shè)計(jì)：第一周的周一~周三方案檢查：第一周的周四~周五 學(xué)生寫清單（用A4紙），老師簽字， 在316室領(lǐng)元器件。安裝調(diào)試：第二周開始 第三周的周三必須全部結(jié)束驗(yàn)收。工作時(shí)間：上午