數(shù)控直流穩(wěn)壓電源實驗報告

1、實驗報告數(shù)控直流穩(wěn)壓電源實驗報告學院：信息學院專 業(yè)：電氣工程與自動化班級： 12 自動化班姓名：陳志強學 號:126040083指導老師：胡乾苗2014年7月8日word教育資料數(shù)控直流穩(wěn)壓電源一、系統(tǒng)初步設計直流穩(wěn)壓電源框圖：我們只對穩(wěn)壓電路部分進行設計，前三部分利用現(xiàn)成的實驗室穩(wěn)壓電源。即Ui =實驗室穩(wěn)壓電源的輸出電壓1.1.1 設計任務設計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。1.1.2 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。(4)輸出直流電壓能步進調(diào)節(jié)，步進值為 1V。(5)由“+”、“-

2、”兩鍵控制輸出電壓步進值的增或減。(6)用數(shù)碼管顯示輸出電壓值，當輸出電壓為 15V時，數(shù)碼管顯示為“ 15”。1.2基本工作原理1.2.1 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路較常用的串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電路具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)方便、輸出電 壓穩(wěn)定性強、紋波電壓小等優(yōu)點，其原理圖如圖1所示。輸入電壓為整流濾波電 路的輸出電壓。穩(wěn)壓電路的輸出電壓為：Uo=(R + R2)= UP(R + R2)(1-1)R2R2由式(1-1)可知輸出電壓與基準電壓為線性關系，當改變 UZ的大小，則輸出電壓也將發(fā)生變化。如果此基準電壓時一個數(shù)控基準電壓，則此穩(wěn)壓電路就可以構(gòu)成一個數(shù)控的穩(wěn)壓電源+UORL圖1串聯(lián)穩(wěn)壓電路原理圖1.2.

3、2 數(shù)控基準電壓源數(shù)控基準電壓源的原理框圖如圖 2所示。數(shù)控基準電壓源的電壓大小可以 通過可逆計數(shù)器預置數(shù)據(jù)，計數(shù)器的內(nèi)容對應于穩(wěn)壓電源的輸出電壓， 同時該計 數(shù)值經(jīng)譯碼顯示電路，顯示當前穩(wěn)壓電源的輸出電壓。計數(shù)器的輸出送至D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成相應的電壓，此電壓去控制穩(wěn)壓電源的輸出，使穩(wěn)壓電源的輸出 電壓以1V的步進值增或減。19圖2數(shù)控基準電壓源框圖1.2.3 數(shù)字直流穩(wěn)壓電源總框圖圖3數(shù)字直流穩(wěn)壓電源總框圖.單元電路設計系統(tǒng)1.1.1 單脈沖產(chǎn)生電路工作原理單脈沖通?？梢杂冒存I產(chǎn)生，實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0Ri單脈沖產(chǎn)生電路1按鍵閉合：C充電

4、，充=&按鍵斷開：C放電，tM=R2C, G:施密特觸發(fā)器，有VT+、VT-,則Uc與Uo的波形為：V T+V T-1.1.2 VCC1 估算根據(jù)實驗公式：Vcc(1 B)VtVT時根據(jù)選用的施密特觸發(fā)器型號，從下表查得表1 CD40106閾值數(shù)值參數(shù)名稱VDD/V最小值/V最大值/V52.23.6Vt+104.67.1156.810.8綜上，取Vcc=5V,Vt+=3.6V,可計算得到選取 R1=0.2R21.1.3 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)。設：充電開始到uC=VT+所需時間為tW則：UC (0 ) = 0，UC ( D

5、= U R2，UC (tW ) = VT故:tw 二 RiC lnUcG ) - Uc(0 )Uc (二)一 Uc(tw)二 R1Cln URU R2 - VT其中:U R2R2VRiR2綜上，若假設手按鍵時間為1ms, C=0.1uF,R1=0.2R2,且tW必須小于手按鍵時間，根據(jù)實驗室器材的具體情況，選取 R1=2K.R2=10K2.2 可逆計數(shù)器電路可逆計數(shù)器可直接用74LS192/74LS193實現(xiàn)。為使D/A轉(zhuǎn)換方便起見，本實 驗選用十六進制的74LS193。2.3 D/A轉(zhuǎn)換電路DAC0832 D/A轉(zhuǎn)換芯片為例，說明 D/AD/A 轉(zhuǎn)換電路有多種型號，我們選用最常用的 轉(zhuǎn)換電路

6、的設計。D、內(nèi)部結(jié)構(gòu)麗廣圖七Du8位輸入寄存器入存選端輸寄器通ILEcsDAC寄存據(jù)ILE：信號允許端， 益電平有效：CS：片選端， 低電平有效；WR1：寫輸入端1, 低電平有效VDAC寄存器選通端模擬地數(shù)字地電源5715VXFER：信號傳送控制端, 低電平有效】WR2：寫輸入端Z 低電平有效。8位D/A轉(zhuǎn)換器V REFI out 2I out 1R FVREF:參考電壓輸入端，電壓范圍為土 10V;loutl : D/A轉(zhuǎn)換器電流輸出端，接外部運放的反相輸入端；Iout2 : D/A轉(zhuǎn)換器電流輸出端，接外部運放的同相輸入端；RF:反饋電阻端，內(nèi)部已有與倒T型網(wǎng)絡匹配的電阻R。接外部運放的輸出

7、端。D/A轉(zhuǎn)換電路有多種型號，我們選用最常用的 DAC0832 D/A轉(zhuǎn)換芯片為例，說明D/A轉(zhuǎn)換電路的設計。DAC083M以有三種基本的工作 方式：雙緩沖方式、 單緩沖方式、完全直通方式。根據(jù)實驗電路要求，選取完全直通方式。2.3.1 D/A 轉(zhuǎn)換電路的連接圖4 DAC0832完全直通方式連接圖2.3.2 D/A 轉(zhuǎn)換電路的參數(shù) Vref設置8位D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為：UO = - VT(27d7 26d6 25d5 Hl 20d0)= - VREF DO2850256因計數(shù)器輸出只有4位，只能接D/A轉(zhuǎn)換器中D0D7ffi 4位，故輸出電壓與 輸入端的選擇有關。1若選低4位，則：步進值為

8、：UO = -VREH23 d3 22d2 21dl 2°d0)O32107VREF256256UOVREF(27d7 26d6 25d5 24d4)256754/2>若選高4位，則：VREF . 2，一一 VREF25616綜上所述，根據(jù)實驗室所提供電源的實際情況和減小實驗誤差, 空V-TTZ VREF256VRE=-5V。WJ AUo=0.3125V, UO =02.3.3 D/A轉(zhuǎn)換電路的外接運放選取運放的最大輸出電壓為：Uomax240256VREF運放的最大輸出電流為：I-Omax選取高4位,24010= 9.375V256Uomax 9.375V-max = 0.9

9、375mA10K1綜上，所需運放的/&出電壓要大于 9.375V,輸出電流要大于0.9375mA2.4穩(wěn)壓電路2.4.1穩(wěn)壓電路連接圖拄j算淮也悝2.4.2 輸入電壓UI的確定由模電知識：Uimin > Uomax +Uces因設計指標：Uomax =15V, 一般 Uces = 2V max故 Uimin 17V考慮電源電壓波動10%則：0.9U1A17V即： U| >18,9/取 Ui =20/2.4.3 調(diào)整管參數(shù)選擇設計指標： ILmax = 0 500mA U。= 015Vl max由模電知識可知： IC maxU ce maxI E max = I R1- UI

10、m ax - U o minI Lmax I Lmax = 500mA= 1.1UI - 0 = 1,1 20 = 22VPCmax = ICmaxUCEmax = 500 mA 22V = 11Wc max c max ce max選擇管子時,應使 I。乂 1.1 Icmax UcEO 1,1UcEmax 兄M . 1兄max據(jù)9013、8050、13005的資料可知13005 的參數(shù)如下：Icm=4A; Vce=400V Pcm=1.5W9013 的參數(shù)如下：Icm=0.5A; Vce=45M Pcm=0.625W9013 的參數(shù)如下：Icm=1.5A; Vce=25M綜上所述，調(diào)整管選取

11、130052.4.4 集成運放的選取設計指標：ILmax = 0500mAUo = 015Vl max運放輸出電流： U 放 max >Uomax+UBE =15+ 0.7= 15.7V運放輸出電壓：I放max > ILmax/P = 500mA/B綜合2.3.3的運放需求，可得集成運放的輸出電壓要大于15.7V,輸出電流要大于 500mA/B據(jù)LM324 LF353的資料可知LM324#數(shù)如下：單管 Vo=332V 雙管 Vo=1.516V;LF353 參數(shù)如下：Vo=+/-18V綜上所述，集成運放選取 LF353,集成運放的Vdd=18V, Vee=-18V。2.4.5 取樣電

12、路R1、R2的選取Uo = 1V設計指標：UO=015V步進值:輸出電壓：UO = (1 -R1)UO R2.R.步進化.：UO=(1) UO則:RUo(1) = OR2Uo由于AU0=0.3125V,則R1=2.2R2,故選取R1=1O0 K 的滑動變阻器，R2選 取 10 KQ02.4.6 紋波小于20mV勺設置考慮VRE用本不變，故在實驗中可以通過控制滑動變阻器R1的阻值，控制R1/R2的比例，使產(chǎn)生的紋波在2 0 mV之內(nèi)。2.5實驗器材綜合上述各個單元電路的器件計算，可知所需元器件如下:型號名稱數(shù)量13005NPW三極管1LF353通用集成運放2DAC0832D/A轉(zhuǎn)換芯片1CD40

13、106六施密特觸發(fā)器174LS193同步雙時鐘可逆計數(shù)器10.1uF電容2電建22K電阻110K電阻3100K口艾電阻1三、仿真電路設計圖1.1 單脈沖產(chǎn)生電路如右圖所示，該單脈沖產(chǎn)生電路由集成單脈沖觸發(fā)器一一施密特觸發(fā)器構(gòu) 成。單脈沖可由按鍵B產(chǎn)生。按鍵B每按下一次都會通過施密特觸發(fā)器產(chǎn)生并傳送一個單脈沖1.2 可逆計數(shù)器和D/A轉(zhuǎn)換電路如右圖所示，可逆計數(shù)器是直接由74LS193實現(xiàn)的，而 D/A轉(zhuǎn)換部分則是由DAC0832D/A專換芯片實現(xiàn)的。74LS193芯片的4號5號引腳分別是單脈沖信號上升沿和下降沿的信號輸入之，當6號引腳接收到一個單脈沖信端。當4號引腳接收到一個單脈沖信號時，計時

14、器會產(chǎn)生+1'的任務響應。反號時，計時器會產(chǎn)生-1 '的任務響應。而3,2,6,7號引腳則是信號輸出端，將 信號輸出至譯碼顯示器和 D/A轉(zhuǎn)換器。DA0832D/A專換芯片則是起到將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號的作用。1.3 穩(wěn)壓電路后半部分如右圖所示，分別由NPN®三極管，LF353集成運放，兩個固定電阻和一個 滑動變阻器構(gòu)成調(diào)整管部分，比較放大部分，取樣電路。其中，由調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值來控制R1與R2的比值，進一步調(diào)節(jié)步進值，提高實驗的精確度。1.4 實驗設計總電路圖10KD.-.<一1.5 仿真結(jié)果1、當調(diào)試至3V時，顯示管跟電壓表顯示W(wǎng)E? C*I93N2、

15、當調(diào)試至12V時，顯示管跟電壓表顯示CLR - -I7 C1.74LS193N- q p4-3、當調(diào)試至0V時，顯示管跟電壓表顯示Hll B F r 'JR， 后-,>> QB- GQC. Lg，也一* 1rleMi* . a?4LS193NWD(_c。5.4、由+"、-'”兩鍵控制輸出電壓步進值的增或減。仿真結(jié)果符合實驗設計要求，清點實驗所需器材和實驗設備，便可開始焊接 實驗。四、系統(tǒng)的焊接組裝總結(jié)4. 1.使用的主要儀器儀表電壓源、數(shù)碼管、電烙鐵、銀子、萬用表、剪刀，導線、線路板等。5. 2.調(diào)試電路的方法技巧總結(jié)：整體結(jié)構(gòu)布局的合理性；電子電路的合理

16、布線；元器件的安置要便于調(diào)試、 測量和更換；采用分塊逐個焊接的方法：此方法的好處在于在焊接好每一塊功能 塊之后都可以及時檢驗是否焊接成功，以免出現(xiàn)在全部焊接完畢之后再進行檢驗 時無法找到出現(xiàn)問題的部位6. 3實驗測量數(shù)據(jù)如下表所示：數(shù)碼管 顯示理論輸出值 (V)實際測量值(V)相對誤差(V)000.000.00111.010.01222.000.00333.020.02444.010.01555.010.01666.000.00777.020.02888.000.00999.010.01101010.000.00111111.020.02121212.000.00131313.010.0114

17、1414.000.00151514.990.01誤差分析：紋波系數(shù)在20mv以內(nèi)，符合實驗要求，實驗達到預期目標五、實驗過程問題總結(jié)問題：虛焊是電路焊焊接實驗中經(jīng)常會出現(xiàn)的問題。解決方法：在每次焊接好一根線路時及時用萬用表測量是否導通，可以極大得避免虛焊出現(xiàn)。問題：由于焊接時在電路板的背面進行， 而元器件都插在正面，所以在焊接過程 中背面不方便看出元件管腳尤其是芯片管腳。易產(chǎn)生錯誤。解決方法：在背面的芯片槽內(nèi)貼一張標有管腳號的小紙片或標注記號。問題：在所有電路單個分塊調(diào)試成功之后驗證實驗最后結(jié)果時，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字無法正常的跳變。解決辦法：重新檢查了一遍所有的線路是否有斷開或者短路，分塊檢測了各

18、塊的功能。沒有發(fā)現(xiàn)問題，經(jīng)詢問老師和查閱發(fā)現(xiàn) LF353的正負引腳接錯并且 未將兩個電源的地端連接才導致問題的出現(xiàn)，需將兩個電源發(fā)生器的地端 共接才能實現(xiàn)線路板中所有地線共地。六：實驗總結(jié)通過本次實驗，掌握了制作一個實際電路的整體過程。首先在進行電路焊接之前必須對電路進行模擬測試，即可以用Multisim等操作軟件對電路進行模擬仿真，在保證模擬電路輸出誤差等實際量值達到預定指 標時，才可將電路數(shù)據(jù)用于實際操作中。但不可過于理想化，電源的選擇不正確， 在multisim 上可以運行，但在實際操作中可能燒壞芯片。其次，電路的設計中必須事先掌握了各元件、芯片數(shù)據(jù)信息，可通過網(wǎng)絡查找資料，選取合理電壓

19、源，以滿足實驗室供給。最后，通過實際電板的焊接，了解了整體結(jié)構(gòu)布局和元器件的安置在一個實 際電路中起到的重要作用。還有由于連接失誤，電壓正負極接錯，導致 LF353 燒壞，因此，在連接電路時，一定要小心謹慎。通過本次實驗，我更好的利用并掌握堂所學知識并切實運用到現(xiàn)實實驗的制作中，進一步掌握模擬電路、數(shù)字電路和電路原理等專業(yè)知識， 進一步提升自己 的自主動手操作能力，為以后能夠順利的完成畢業(yè)設計打下扎實的基礎。學會的不僅是專業(yè)上的技術，還有與他人合作的方法。這次課程設計讓我 學會了復雜電路的設計，也學會了實際操作的方法。同時讓我體會了合作的重 要性，我和我的搭檔就在本次實驗中培養(yǎng)了很好的默契。總體來說，這次的課 程設計另我受益匪淺，這將成為我人生中寶貴的經(jīng)驗。參考文獻：1、模擬電子技術基礎（第四版）（清華大學電子學教研組編，童詩白、華成英主編）2、數(shù)字電路邏輯設計（第二版）（王毓銀 主編）3、電子課程設計與工藝實習指導書（寧波大學信息科學與工程學院）4、模擬電子技術實驗指導書（寧波大學信息科學與工程學院）5、6、http:（電子電