模電課設(shè)直流穩(wěn)壓電源

1、 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)和測式一、 設(shè)計(jì)目的1、    學(xué)習(xí)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法；2、    研究直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案；3、    掌握直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)和內(nèi)阻測試方法。二、 設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)1、    技術(shù)指標(biāo)：要求電源輸出電壓為±12V(或±9V/±5V)，輸入電壓為交流220V，最大輸出電流為Iomax=500mA，紋波電壓Vop-p5mv,溫壓系數(shù)Sr5%。2、    設(shè)計(jì)要求：（1

2、） 設(shè)計(jì)一個(gè)能輸出±12V/±5V的直流穩(wěn)壓電源；（2） 要求繪出原理圖，并用Protel畫出印制板圖；（3） 根據(jù)設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)好電路，選好元件及參數(shù)；（4） 要求繪出原理圖，并用Protel畫出印制版圖；（5） 在萬能板或面包板或PCB板上制作一臺(tái)直流穩(wěn)壓電源；（6） 測量直流穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻；（7） 測量直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)、紋波電壓；（8） 撰寫設(shè)計(jì)性報(bào)告。 三、     設(shè)計(jì)提示1、 設(shè)計(jì)電路框圖如圖所示穩(wěn)壓電路濾波電路整 流 電路 變 壓 器交 流 電源穩(wěn)壓電路若使用分離元件要有取樣、放大、比較和調(diào)整四個(gè)環(huán)節(jié)，晶體

3、管選用3DD或3DG等型號；若用集成電路選78XX和79XX穩(wěn)壓器。測量穩(wěn)壓系數(shù):在負(fù)載電流為最大時(shí)，分別測得輸入交流比220V增大和減小10%的輸出Vo，并將其中最大一個(gè)代入公式計(jì)算Sr，當(dāng)負(fù)載不變時(shí)，Sr=VoVI/VIVo.測量內(nèi)阻:在輸入交流為220V，分別測得負(fù)載電流為0及最大值時(shí)的Vo，Ro=Vo/II.紋波電壓測量:疊加在輸出電壓上的交流分量，一般為mV級?？蓪⑵浞糯蠛螅檬静ㄆ饔^測其峰峰值Vop-p;用可用交流毫伏表測量其有效值Vo,由于紋波電壓不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定誤差。2、 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備自耦變壓器一臺(tái)、 數(shù)字萬用表、 數(shù)字電壓表、 變壓器、面包板或萬能板、智能

4、電工實(shí)驗(yàn)臺(tái)、示波器3、 設(shè)計(jì)用主要器件：變壓器、整流二極管、集成穩(wěn)壓器、電容、電阻若干4、 參考書：電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測試華中科技大學(xué)出版社模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)高等教育出版社四、 設(shè)計(jì)報(bào)告要求1、 選定設(shè)計(jì)方案；2、 擬出設(shè)計(jì)步驟，畫出電路、分析并計(jì)算主要元件參數(shù)值；3、 列出測試數(shù)據(jù)表格；4、 測試總結(jié)。五、 設(shè)計(jì)總結(jié)1、 總結(jié)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法和運(yùn)用到的主要知識點(diǎn)，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較。 2、 總結(jié)直流穩(wěn)壓電源的主要參數(shù)的測試方法。目 錄第1章 緒 論5 1.1 直流穩(wěn)壓電源研究的意義5 1.2 直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展?fàn)顩r5第2章 設(shè)計(jì)概述 7 2.1 設(shè)計(jì)目的7 2.2

5、設(shè)計(jì)要求與性能指標(biāo) 7 2.3 設(shè)計(jì)原理7 2.4 設(shè)計(jì)方案的分析 9第3章 單元電路設(shè)計(jì)與元器件的選擇10 3.1變壓器的確定 10 3.2整流電路的確定10 3.3濾波電路的確定13 3.4穩(wěn)壓電路的確定15 3.5 電路的整合連接16第4章 電路仿真與測試17 4.1仿真軟件簡介 17 4.2仿真電路圖 19 4.3仿真結(jié)果及分析 20第5章 安裝與調(diào)試 21 5.1 PCB板制作 21 5.2 萬能板安裝電路22 5.3 調(diào)試與檢測 22 5.4 技術(shù)指標(biāo)測量23第6章 誤差分析 24第7章 心得體會(huì) 25參考文獻(xiàn) 27附 錄【1】28附 錄【2】29附 錄【3】30附 錄【4】31第

6、1章 緒 論 1.1 直流穩(wěn)壓電源的研究意義 電源是各種電子、電器設(shè)備工作的動(dòng)力，是自動(dòng)化不可或缺的組成部分，直流穩(wěn)壓電源是應(yīng)用極為廣泛的一種電源。直流穩(wěn)壓電源是常用的電子設(shè)備，它能保證在電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，輸出穩(wěn)定的電壓。一個(gè)低紋波、高精度的穩(wěn)壓源在儀器儀表、工業(yè)控制及測量領(lǐng)域中有著重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 直流穩(wěn)壓電源通常由變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓控制電路所組成，具有體積小，重量輕，性能穩(wěn)定可等優(yōu)點(diǎn)，電壓從零起連續(xù)可調(diào)，可串聯(lián)或關(guān)聯(lián)使用，直流輸出紋波小，穩(wěn)定度高，穩(wěn)壓穩(wěn)流自動(dòng)轉(zhuǎn)換、限流式過短路保護(hù)和自動(dòng)恢復(fù)功能，是大專院校、工業(yè)企業(yè)、科研單位及電子維修人員理想的直流穩(wěn)壓電源。

7、適用于電子儀器設(shè)備、電器維修、實(shí)驗(yàn)室、電解電鍍、測試、測量設(shè)備、工廠電器設(shè)備配套使用。幾乎所有的電子設(shè)備都需要有穩(wěn)壓的電壓供給，才能使其處于良好的工作狀態(tài)。家用電器中的電視機(jī)、音響、電腦尤其是這樣。電網(wǎng)電壓時(shí)高時(shí)低，電子設(shè)備本身耗供電造成不穩(wěn)定因家。解決這個(gè)不穩(wěn)定因素的辦法是在電子設(shè)備的前端進(jìn)行穩(wěn)壓。直流穩(wěn)壓電源廣泛應(yīng)用于國防、科研、大專院校、實(shí)驗(yàn)室、工礦企業(yè)、電解、電鍍、充電設(shè)備等的直流供電。1.2 直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展?fàn)顩r1955年美國的科學(xué)家羅那（G.H.Royer）首先研制成功了利用磁芯的飽和來進(jìn)行自激振蕩的晶體管直流變換器。此后，利用這一技術(shù)的各種形式的精益求精不斷地被研制和涌現(xiàn)出來，

8、從而取代了早期采用的壽命短、可靠性差、轉(zhuǎn)換效率低的旋轉(zhuǎn)和機(jī)械振子示換流設(shè)備。由于晶體管直流變換器中的功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以由此而制成的穩(wěn)壓電源輸出的組數(shù)多、極性可變、效率高、體積小、重量輕，因而當(dāng)時(shí)被廣泛地應(yīng)用于航天及軍事電子設(shè)備。由于那時(shí)的微電子設(shè)備及技術(shù)十分落后，不能制作出耐壓高、開關(guān)速度較高、功率較大的晶體管，所以這個(gè)時(shí)期的直流變換器只能采用低電壓輸入，并且轉(zhuǎn)換的速度也不能太高。60年代，由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展，高反壓的晶體管出現(xiàn)了，從此直流變換器就可以直接由市電經(jīng)整流、濾波后輸入，不再需要工頻變壓器降壓了，從而極大地?cái)U(kuò)大了它的應(yīng)用范圍，并在此基礎(chǔ)上誕生了無工頻降壓變壓器的開關(guān)

9、電源。省掉了工頻變壓器，又使開關(guān)穩(wěn)壓電源的體積和重量大為減小，開關(guān)穩(wěn)壓電源才真正做到了效率高、體積小、重量輕。開關(guān)電源在世界各國迅速發(fā)展 ，但在初期價(jià)格較高直到八十年代，與這種技術(shù)有關(guān)的高頻，高反壓的功率晶體管、高頻電容、開關(guān)二極管、開關(guān)變壓器的鐵芯等元件也不斷地研制和生產(chǎn)出來，使無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源得到了飛速的發(fā)展，隨著元件工藝的成熟，直流穩(wěn)壓電源的價(jià)格也日益下降，應(yīng)用也變的日益廣泛，應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、通信、航天、彩色電視機(jī)等領(lǐng)域，從而使無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源成為各種電源的佼佼者。近幾年隨著科技的發(fā)展，直流穩(wěn)壓電源的工作頻率由原來的幾十千赫發(fā)展到現(xiàn)在的幾百千赫，甚至更高?，F(xiàn)在智能化的直

10、流穩(wěn)壓電源也被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)領(lǐng)域，對此的研究開始向高頻方面發(fā)展。以美國為首的幾個(gè)發(fā)達(dá)國家在這方面的研究已經(jīng)轉(zhuǎn)向高頻下電源的拓?fù)淅碚?、工作原理、建模分析方法和高頻大功率開關(guān)器件，高性能集成控制器和功率模塊的開發(fā)研制方面發(fā)展。 第2章 設(shè) 計(jì) 概 述2.1 設(shè)計(jì)目的（1）、學(xué)習(xí)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法；（2）、研究直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案；（3）、掌握直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)和內(nèi)阻測試方法。2.2 設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo) 設(shè)計(jì)要求：、設(shè)計(jì)一個(gè)能輸出正負(fù)12V的直流穩(wěn)壓電源；、擬定測試方案和設(shè)計(jì)步驟；、根據(jù)設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)好電路，選好元件及參數(shù)； 、繪出原理圖和印制板圖；、在萬能板上連接電路；、測量直流

11、穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻；、測量直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)、紋波電壓；、撰寫設(shè)計(jì)性報(bào)告。 2.2.2 技術(shù)指標(biāo)：、電源輸出電壓為正負(fù)12V；、輸入電壓220V 、50Hz； 、最大輸出電流為Iom=500mA；、紋波電壓小于等于5mA； 、穩(wěn)壓系數(shù)Sr小于等于5.2.3 設(shè)計(jì)原理:2.3.1 設(shè)計(jì)電路框圖 設(shè)計(jì)電路框圖如圖2-1所示，包括變壓器降壓，整流濾波電路濾波，穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓四個(gè)部分。圖2-2為電壓經(jīng)過各個(gè)部分的波形，交流U1經(jīng)過變壓器降壓后到較小的交流U2，經(jīng)過整流濾波后變?yōu)榧y波很小的直流U4，最后由穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓輸出。 交流電 源 變壓器整流 電 路 濾波電 路穩(wěn)壓電路 圖2-1電路框圖 U1

12、 U2 U3 U4 U5圖2-2整流與穩(wěn)壓過程2.3.2 各部分電路的作用交流變壓器。一般的電子設(shè)備所需要的直流電壓較之交流電網(wǎng)提供的200V電壓相差較大，為了得到輸出電壓的額定范圍，就需要將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)化到合適的數(shù)值。所以，電壓變換部分的主要作用就是將電網(wǎng)電壓變?yōu)樗枰慕涣麟妷?，同時(shí)還可以起到直流電源與電網(wǎng)的隔離作用。整流電路。整流電路的作用是將變換后的交流電壓轉(zhuǎn)換為單方向的脈沖電壓。由于這種電壓存在著很大的脈動(dòng)部分（稱為紋波），因此，一般還不能直接用來給負(fù)載供電，否則，紋波會(huì)嚴(yán)重影響到負(fù)載的性能指標(biāo)。濾波電路。濾波部分的作用是對整流部分輸出的脈動(dòng)直流進(jìn)行平滑，使之成為含交變成分很小的直流電

13、壓。也就是說，濾波部分實(shí)際上使一個(gè)性能較好的低通濾波器，且其截止頻率一定低于整流輸出電壓的基波頻率。穩(wěn)壓電路。盡管經(jīng)過整流濾波后的電壓接近于直流電壓，但是其電壓值的穩(wěn)定性很差，受溫度、負(fù)載、電網(wǎng)電壓波動(dòng)等因素的影響很大，因此，還必須有穩(wěn)壓電路，以維持輸出直流電壓的基本穩(wěn)定。2.4 設(shè)計(jì)方案的的分析 由設(shè)計(jì)原理可知直流穩(wěn)壓電源應(yīng)由幾部分組成，而且各個(gè)部分相對獨(dú)立，因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)電路的時(shí)候我們采用各個(gè)部分分別設(shè)計(jì)，獨(dú)立選擇元器件，獨(dú)立測試的方法，最后將這幾部分進(jìn)行組裝和調(diào)試，最終達(dá)到設(shè)計(jì)完整直流穩(wěn)壓電源電目的。 第3章 單元電路設(shè)計(jì)與元器件的選擇3.1 變壓器的確定3.1.1 變壓器的效率 電源

14、變壓器的作用是將220V的交流電壓U1變換成整流濾波電路所需要的交流電壓U2。變壓器副邊與原邊的功率比由公式3.1確定 P2/P1= （3.1）式中，為變壓器的效率。一般小型變壓器的效率如表所示。表2-1小型號變壓器的效率 副邊功率101030308080200效率0.60.70.80.853.1.2 參數(shù)計(jì)算及元件選擇變壓器副邊電壓有效值為U2，輸出電壓為12V，取UL=1.2U2，則U2= 12V/1.2= 10V （3.2）故選擇220V輸入，10V輸出電源變壓器，功率在1030W之間，效率為0.60.7，本次設(shè)計(jì)選用EI系列小型變壓器。3.2整流電路的確定 整流電路的設(shè)計(jì)圖3-1單向橋

15、式整流電路整流電路將交流電壓變換為脈動(dòng)的直流電壓，再經(jīng)過濾波就可的到紋波較小的直流電壓。常用的整流電路有半波整流、全波整流、橋式整流等。橋式整流電路與單相半波整流電路和單相全波整流電路相比，其明顯的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓較高，紋波電壓較小，整流二極管所承受的最大反向電壓較低，并且因?yàn)殡娫醋儔浩髟谡?fù)半周內(nèi)都有電流流過，所以變壓器繞組中流過的是交流，變壓器的利用率高。在同樣輸出直流功率的條件下，橋式整流電路可以使用小的變壓器，因此，這種電路在整流電路中得到廣泛應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)單相橋式整流電路如圖3-1。它由四個(gè)二極管構(gòu)成電橋形式，兩兩構(gòu)成一組，分別在正弦交流點(diǎn)正負(fù)半軸時(shí)刻導(dǎo)通。工作原理如圖3-2 所示。

16、圖3-2單相橋式整流電路（a）整流電路                         (b)波形圖在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖3-2(a)的電路圖可知：當(dāng)變壓器次級電壓U2為上正下負(fù)時(shí)，二極管D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周，如圖3-2 (b)中0p 所示。當(dāng)變壓器次級電壓

17、為下正上負(fù)時(shí)，二極管D2、D4導(dǎo)通，D1、D3截止，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周，如圖3-2（b）p2 p 所示。在負(fù)載電阻上正負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。3.2.2 參數(shù)計(jì)算與元件選擇根據(jù)圖3-2可知，輸出電壓是單相脈動(dòng)電壓。通常用它的平均值與直流電壓等效。橋式整流電路的輸出電壓平均值為 (3.3)直流電流為 (3.4)在橋式整流電路中，整流二極管D1、D3和D2、D4是兩兩輪流導(dǎo)通的，因此，流過每個(gè)整流二極管的平均電流是電路輸出電流平均值的一半 (3.5) 橋式整流電路因其變壓器只有一個(gè)副邊繞組，在U2正半周時(shí)，D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止，此時(shí)D2、D4所承受的

18、最大反向電壓為U2的最大值，即 （3.6） 同理，在U2負(fù)半周時(shí)，D1、D3也承受同樣大小的反向電壓。設(shè)計(jì)要求最大輸出電流Iom =500mA，則流經(jīng)二極管的最大平均電流為 （3.7）二極管承受的最大反向電壓 （3.8）因此可選用整流二極管IN4001（允許最大電流 IF=1.0A,最大反向電壓VRM=50V）,或選擇整流橋堆MB05M（最大電流IF=0.5A,最大反向電壓VRM=50V）, DB101 (IF=1.0A,VRM=50V)。 3.3濾波電路的確定3.3.1電路組成及工作原理慮波電路如圖3-1濾波部分所示，與單向橋式整流電路組成整流濾波電路。其工作原理：無論U2是正半周還是負(fù)半周

19、，電路中總有二極管導(dǎo)通，在一個(gè)周期內(nèi)，U2對電容充電二次，由于充電時(shí)間常數(shù)很小（二極管導(dǎo)通電阻和變壓器內(nèi)阻很?。?，所以很快充滿電荷，使電容兩端電壓UC基本接近U2m，而電容上的電壓不會(huì)突變?，F(xiàn)假設(shè)在U2在正半周期由零開始上升，很短時(shí)間內(nèi)電容上的電壓Uc基本上接近U2m，因此U2Uc ，D1、D2、D3、D4 管均截止，電容 C同過通過RL放電，由于時(shí)間常數(shù)=RLC 很大（ RL較大時(shí)），因此放電速度很慢，Uc下降很小。與此同時(shí),U2仍按的規(guī)律上升，一旦當(dāng) U2UC時(shí)，D1，D3導(dǎo)通，C又開始充電。不難理解，在U2的負(fù)半周期也會(huì)出現(xiàn)與上述基本相同的結(jié)果。這樣在U2不斷作用下，電容上的電壓不斷進(jìn)行

20、充放電，周而復(fù)始，從而得到一近乎于鋸齒波的電壓UL=UC，負(fù)載電壓的紋波大為減少，如圖3-3 。圖3-3 濾波波形由以上分析可知，電容慮波電路有如下特點(diǎn)：1、RLC越大，電容放電速度越慢，負(fù)載電壓中的紋波成分越小，負(fù)載平均電壓越高。為了得到平滑的負(fù)載電壓，放電時(shí)間常數(shù)應(yīng)滿足 =RLC（35）T/2 （3.9）式中T為交流電壓的周期。2、RL越小輸出電壓越小若一定，當(dāng)RL，即空載時(shí)有 （3.10）當(dāng)0，即無電容時(shí)有 （3.11）當(dāng)整流電路的內(nèi)阻不太大（幾歐姆）和電阻RL電容取值滿足（3.9）時(shí)，有 （3.12）總之，電容濾波適用于負(fù)載電壓較高，負(fù)載變化不大的情況。 參數(shù)計(jì)算與元件選擇負(fù)載電阻 （

21、3.13）由式（3.9），取。由此濾波電容為 （3.14） 若考慮電網(wǎng)波動(dòng)，則電容承受的最高電壓為 （3.15） 濾波電容耐壓值應(yīng)大于輸出電壓值，一般取1.5倍左右，且通常采用有極性的電解電容，因此選用標(biāo)稱值為2200F/30V的電解電容?？紤]到正負(fù)電壓輸出，最后設(shè)計(jì)的整流濾波電路如圖3-4。 圖3-4 整流濾波電路 3.4穩(wěn)壓電路的確定3.4.1穩(wěn)壓芯片介紹 直流穩(wěn)壓電路類型和設(shè)計(jì)方法有多種，本次設(shè)計(jì)采用集成元件構(gòu)成穩(wěn)壓電路。用CW78系列和CW79系列的芯片。 包括固定三端與可調(diào)式三端穩(wěn)壓器，我們介紹固定三端穩(wěn)壓器及其典型應(yīng)用。我們通常所用的7800和7900系列的穩(wěn)壓管如圖3-5所示。圖

22、3-5固定三端式穩(wěn)壓穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用（a）CW78xx系列典型應(yīng)用 （b）CW79xx系列典型應(yīng)用在CW78xx系列中1腳接輸入，2腳接地，3腳接輸出。CW79xx系列中1腳接地，2腳接輸入，3腳接輸出。其中CW78xx系列中輸出為正電壓，如7815則它的輸出電壓為+15V，而CW79xx系列中輸出為負(fù)電壓，如7915則輸出電壓為-15V，（它們的輸出額定電流以字母為標(biāo)志，L表示0.1A,M表示0.5A,無字母表示1.5A）但不管是輸出為正電壓的78系列還是輸出為為負(fù)電壓的79系列，它們的輸入端所接入的電容C的功能是進(jìn)一步濾除紋波，輸出端接入的電容C能改善負(fù)載的瞬態(tài)影響，使電路穩(wěn)定工作。C最好

23、用漏電流小的電容，如果是電解電容的話，則電容量要比圖中的增加10倍。 元件選擇本次設(shè)計(jì)選擇固定集成穩(wěn)壓器L7805CT，L7905CT，其特性參數(shù)：Vo=12V,Iomax=500mA,Vi=1435，副邊電壓V2VImin/1.1=14/1.1=12.7V,取V2=15V。CW7812的引腳如圖3-6所示。芯片說明： 圖3-6 CW7812引腳CW7812、CW7912芯片由于它只有輸入，輸出和公共引出端，故稱之為三端式穩(wěn)壓器。它由啟動(dòng)電路，基準(zhǔn)電壓電路，取樣比較放大電路，調(diào)整電路和保護(hù)電路等部分組成。3.5 電路的整合連接本次設(shè)計(jì)的思想是先進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)，然后再將各個(gè)單元電路進(jìn)行整合，

24、最終達(dá)到設(shè)計(jì)完整電路的目的。以上已完成各部分的分析與設(shè)計(jì)，因此接下來設(shè)計(jì)整個(gè)電路。電路接入幾個(gè)主要部分外，為了防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩和抑制電路引入的高電頻，電路中前后分別接入電容C3=0.33uF，C5=0.1uF。它們的作用是瞬時(shí)增減負(fù)載電流時(shí)不會(huì)引起輸出電壓有較大的波動(dòng)。發(fā)光二極管用來檢測電路是否接通。負(fù)載輸出端的電路與正輸入端對稱，所以C4=0.33uF,C6=0.1uF?？偟碾娐穲D見附錄【3】。第4章 電路仿真與測試4.1 仿真軟件簡介本次試驗(yàn)由EWB軟件進(jìn)行仿真。電子工作平臺(tái)Electronics Workbench (EWB)(現(xiàn)稱為MultiSim) 軟件是加Interact

25、ive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的電子電路仿真的虛擬電子工作臺(tái)軟件,其工作界面如圖4-1。 圖4-1 EWB工作界面4.1.1 EWB的特點(diǎn)：（1）采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路,在計(jì)算機(jī)屏幕上模仿真實(shí)實(shí)驗(yàn)室的工作臺(tái)，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕上選取； （2）軟件儀器的控制面板外形和操作方式都與實(shí)物相似，可以實(shí)時(shí)顯示測量結(jié)果； （3）EWB軟件帶有豐富的電路元件庫，提供多種電路分析方法； （4）作為設(shè)計(jì)工具，它可以同其它流行的電路分析、設(shè)計(jì)和制板軟件交換數(shù)據(jù)；（5）EWB還是一個(gè)優(yōu)秀的電子技術(shù)訓(xùn)練工具，利用它提供的虛擬儀

26、器可以用比實(shí)驗(yàn)室中更靈活的方式進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)，仿真電路的實(shí)際運(yùn)行情況，熟悉常用電子儀器測量方法。與其他電路仿真軟件(Protel99)相比，具有界面直觀、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。他改變了一般電路仿真軟件輸入電路必須采用文本方式的不便，創(chuàng)建電路選用元器件和測試儀器等均可直接從屏幕上器件庫和儀器庫中直接選取。電子電路的分析、設(shè)計(jì)與仿真工作蘊(yùn)含于輕點(diǎn)鼠標(biāo)之間，不僅為電子電路設(shè)計(jì)者帶來了無盡的樂趣，而且大大提高了電子設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量和效率。4.1.2 EWB的優(yōu)點(diǎn)1、各元器件選擇范圍廣，參數(shù)修改方便，不會(huì)象實(shí)際操作那樣多次地把元件焊下而損壞器件和印刷電路板。使電路調(diào)試變得快捷方便。對模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中的絕大部

27、分電路都能應(yīng)用，不僅能用于對單個(gè)電路特性和原理進(jìn)行驗(yàn)證，也能就用于多級的組合電路。2、元件庫不但提供了各種豐富的分立元件和集成電路等元器件,是一個(gè)全開放性的仿真實(shí)驗(yàn)和課件制作平臺(tái),給我們提供了一個(gè)實(shí)驗(yàn)器具完備的綜合性電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室?？梢栽谌我饨M合的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，搭建實(shí)驗(yàn)。通過元件復(fù)制或單級電路的復(fù)制來完成整個(gè)電路的組裝。因此也適用于較大型的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。3、EWB（電子學(xué)工作平臺(tái)）為我們提供了一個(gè)很好的實(shí)用工具，使我們能夠在教學(xué)過程中隨時(shí)提供實(shí)驗(yàn)、演示和電路分析。教師可以在多媒體教室中深入淺出地分析各種電路的特性，講解各種參數(shù)改變對電路的影響。學(xué)生可結(jié)合學(xué)習(xí)內(nèi)容，進(jìn)行接近于實(shí)際電路的調(diào)試分析，有利

28、于對加深對理論理解。特別是一些大中專院校和廣播電視大學(xué)，通過這樣的計(jì)算機(jī)模擬仿真實(shí)驗(yàn)，把電子技術(shù)的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)地結(jié)合了起來。4.1.3 EWB軟件基本操作方法1、元器件操作 元件選用：打開元件庫欄，移動(dòng)鼠標(biāo)到需要的元件圖形上，按下左鍵，將元件符號拖拽到工作區(qū)。 元件的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、復(fù)制和刪除：用鼠標(biāo)單擊元件符號選定，用相應(yīng)的菜單、工具欄，或單擊右鍵激活彈出菜單，選定需要的動(dòng)作。 元器件參數(shù)設(shè)置：選定該元件，從右鍵彈出菜單中選Component Properties可以設(shè)定元器件的標(biāo)簽（Label）、編號（Reference ID）、數(shù)值（Value）和模型參數(shù)（Model）、故障

29、（Fault）等特性。說明：元器件各種特性參數(shù)設(shè)置可通過雙擊元器件彈出的對話框進(jìn)行； 編號（Reference ID）通常由系統(tǒng)自動(dòng)分配，必要時(shí)可以修改，但必須保證編號的唯一性； 故障（Fault）選項(xiàng)可供人為設(shè)置元器件的隱含故障，包括開路（Open）、短路（Short）、漏電（Leakage）、無故障（None）等設(shè)置。 2、導(dǎo)線的操作主要包括導(dǎo)線的連接、彎曲導(dǎo)線的調(diào)整、導(dǎo)線顏色的改變及連接點(diǎn)的使用。連接：鼠標(biāo)指向一元件的端點(diǎn)，出現(xiàn)小園點(diǎn)后，按下左鍵并拖拽導(dǎo)線到另一個(gè)元件的端點(diǎn)，出現(xiàn)小園點(diǎn)后松開鼠標(biāo)左鍵。刪除和改動(dòng)：選定該導(dǎo)線，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出菜單中選delete ?；蛘哂檬髽?biāo)將導(dǎo)線的端

30、點(diǎn)拖拽離開它與元件的連接點(diǎn)。說明：連接點(diǎn)是一個(gè)小圓點(diǎn)，存放在無源元件庫中，一個(gè)連接點(diǎn)最多可以連接來自四個(gè)方向的導(dǎo)線，而且連接點(diǎn)可以賦予標(biāo)識； 向電路插入元器件，可直接將元器件拖曳放置在導(dǎo)線上，然后釋放即可插入電路中。3、電路圖選項(xiàng)的設(shè)置 Circuit/Schematic Option對話框可設(shè)置標(biāo)識、編號、數(shù)值、模型參數(shù)、節(jié)點(diǎn)號等的顯示方式及有關(guān)柵格（Grid）、顯示字體（Fonts）的設(shè)置，在做仿真時(shí)我們按照要求選擇合適的參數(shù)即可。4.2 仿真電路圖 在設(shè)計(jì)好總的電路圖之后，便進(jìn)行電路的仿真，以指導(dǎo)對電路原理圖和各元件參數(shù)的修改，仿真圖如圖4-2。 圖 4-2 電路仿真原理圖4.3 仿真結(jié)

31、果及分析 圖4-3仿真波形在multsim上的仿真波形如圖4-3。由圖可見電路的輸出電壓為11.91V，頻率約為50Hz，在誤差允許的范圍內(nèi)，本電路的設(shè)計(jì)符合要求。 第5章 制作與調(diào)試5.1 PCB板制作在EWB上仿真無誤后就要繪制電路原理圖。我們利用Protel 99 SE軟件（見附錄【2】）繪制PCB圖。首先繪制元件(如果PCB庫里沒有所需要的元件),電阻、二極管、電容等常用元件在庫里都可以找到。其次對照EWB圖在PCB的SCH里繪制原理圖,注意接點(diǎn)的位置。因?yàn)楸菊n程設(shè)計(jì)用到了比較多的組合邏輯元件,接線相對比較復(fù)雜,所以我們還因該清楚各個(gè)腳的功能和位置。在這種條件下，將元件有序的連接起來,

32、在連接過程中,可以利用總線繪制,這樣可以避免不同的線接錯(cuò),而且可以減少整個(gè)原理圖的線的數(shù)量。此外，我們還可以把不同的原理圖繪制在不同的SCH里，這樣可以減少總的SCH圖的線的數(shù)目，有利于排錯(cuò)和修改。 在SCH里面，我們可以把相對比較復(fù)雜的線用不同的顏色來表示，這樣可以更好的分清接線的路線，我們還要清楚各個(gè)元件的封裝形式，電源和地線要自己制作封裝形式，這里用一個(gè)排插來接上。組合邏輯元件的封裝用DIP加腳的數(shù)目來表示。DIP是雙列直插式形式，我們設(shè)置的電源插座是單列直插式，所以用SIP來封裝。確認(rèn)SCH圖無誤后進(jìn)行電氣規(guī)則檢測（ERC）檢查電路中是否有缺漏的線條和節(jié)點(diǎn)，如果有要一一更正，做好了這一

33、步，便可創(chuàng)建網(wǎng)表，把不同元件放在一起，觀察它與那些元件有聯(lián)系，利于在SCH里面查找。把網(wǎng)表導(dǎo)入，就可以制作PCB圖了。根據(jù)元件的多少合理的放置元件的位置，注意集成元件的腳一定要加大。不然，焊點(diǎn)就會(huì)很小，有時(shí)會(huì)把焊點(diǎn)弄掉。其次，因?yàn)橐挪遄赑CB板會(huì)把一面的銅線遮住，所以在集成元件的線要在同一面，這里我們把它放在底層，另外，我們還要放置定位孔，將銅板的上層與下層固定起來。在布線時(shí)，我們要設(shè)定好規(guī)則，一般地線1mm，電源線1 mm0.5 mm左右，其它信號線在0.5 mm左右。關(guān)鍵的線先用手工布線弄好，再通過自動(dòng)布線工序，數(shù)模電路要共地處理，電解電容和發(fā)熱的元件要分開，對抗干擾很強(qiáng)的元件要和抗干

34、擾很差的元件分開。最后把必須改動(dòng)的線條連接好，通過處理達(dá)到更好的效果。SCH圖經(jīng)ERC檢測后，將做好的原理圖制成網(wǎng)表。然后再新建一個(gè)PCB圖。將網(wǎng)表導(dǎo)入PCB圖中，這樣便做好了PCB圖。PCB圖見附錄【4】。接下來就是制作PCB板，包括打孔，腐蝕，焊接等。由于本次設(shè)計(jì)欠缺條件，所以雖然設(shè)計(jì)了PCB圖，但最終做實(shí)物時(shí)用的是萬能板。5.2 萬能板安裝電路萬能板安裝，首先觀察原理圖，根據(jù)電氣要求進(jìn)行合理的整體布局，最大限度的減少叉線和飛線，降低干擾。自己要形成一個(gè)大致的布局和接線方法，而且要盡量美觀。步驟如下：1、 用萬用表檢查萬能板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確定其內(nèi)部的電氣連接屬性。2、 安裝前先檢查元器件的質(zhì)

35、量，安裝時(shí)注意電解電容、集成芯片的引腳和極性。3、 合理布局，分級安裝。穩(wěn)壓電源時(shí)一個(gè)小型電路系統(tǒng)，安裝強(qiáng)要對整機(jī)線路進(jìn)行合理布局，一般按照電路餓順序一級一級的布線，連線盡可能短，否則很容易產(chǎn)生自激。4、 安裝一個(gè)元件，先要用尖嘴鉗將其引腳成型，然后用鑷子將其引腳放入萬能板，高度要適中，符合電氣標(biāo)準(zhǔn)，完畢后用萬用表檢查元器件引腳份和萬能板是否接觸良好，在進(jìn)行下一個(gè)元件的焊接。5、 對于導(dǎo)線，要用斜口鉗切成適當(dāng)?shù)拈L度，然后成型安裝。安裝時(shí)必須采用絕緣良好的絕緣導(dǎo)線，兩縣的時(shí)候要處理號元件之間的距離，連接的時(shí)候線與線之間不能交叉。5.3 調(diào)試與檢測調(diào)試前的檢查電子元件安裝完畢，通常不宜急于通電，先

36、要認(rèn)真檢查一下。檢查內(nèi)容包括：1.連線是否正確檢測的方法通常有兩種方法：（1） 按線查找。這種方法的特點(diǎn)是，根據(jù)電路圖連線，按一定順序一一檢查安裝好的線路，由此，可比較容易查出錯(cuò)線和少線。（2）按照實(shí)際線路來對照原理圖電路進(jìn)行查線。這是一種以元件為中心進(jìn)行查線的方法。把每個(gè)元件引腳的連線一次查清，檢查每個(gè)去處在電路圖上是否存在，這種方法不但可以查出錯(cuò)線和少線，還容易查出多線。為了防止出錯(cuò)，對于已查過的線通常應(yīng)在電路圖上做出標(biāo)記，最好用指針式萬用表“歐姆1”檔，或用數(shù)字萬用表的“二極管檔”的蜂鳴器來測量元器件引腳，這樣可以同時(shí)發(fā)現(xiàn)接觸不良的地方。2.器件的安裝情況（1）檢查元器件引腳之間有無短路

37、，連接處有無接觸不良，二極管的極性和集成元件的引腳是否連接有誤。（2）電源供電，信號源連接是否正確。（3）電源端對地是否有短路的現(xiàn)象。注：在通電前，斷開一根電源線，用萬用表檢查電源端對地是否存在短路。若電路經(jīng)過上述檢查，并確認(rèn)無誤后，就可以轉(zhuǎn)入調(diào)試。 5.3.2調(diào)試把經(jīng)過準(zhǔn)確測量的電源接入電路。觀察有無異常現(xiàn)象，包括有無冒煙，是否有異味， 手摸器件是否發(fā)燙，電源是否有短路現(xiàn)象等。如果出現(xiàn)異常，應(yīng)立即斷電源，待排除故障后才能再通電。然后測量各路總電源電壓和各器件的引腳的電源電壓，以保證元器件正常工作。5.4 技術(shù)指標(biāo)測量穩(wěn)壓系數(shù)的測量測量穩(wěn)壓系數(shù)，先調(diào)節(jié)自藕變壓器使輸入的電壓增加10%，即UI=

38、242V, 測量此時(shí)對應(yīng)的輸出電壓Uo1為12.06V；再調(diào)節(jié)自藕變壓器使輸入減少10%，即UI=198V, 測量此時(shí)對應(yīng)的輸出電壓Uo2為11.95V, 然后測量出UI=220V時(shí)對應(yīng)的輸出電壓Uo, 則穩(wěn)壓系數(shù)為 (5.1) 5.4.2 紋波電壓的測試用示波器測量Uo的交流分量峰峰值（此時(shí)示波器輸入通道采用交流耦合AC），通過示波器觀察得Uop-p在45mV之間，則紋波系數(shù)為 (5.2)第6章 誤差分析6.1 輸出電壓的誤差計(jì)算對作出的實(shí)物進(jìn)行通電 ，測量其輸出電壓，分別為+12.05V和-12.06V，則輸出誤差為+Vcc%=（12.05-12.00）/12.00=0.42%-Vcc%=

39、-12.06-(-12.00)/12.00=0.5%6.2 誤差分析綜合分析可以知道在測試電路的過程中可能帶來的誤差因素有:（）、元件本身存在誤差；（）、焊接時(shí)，焊接點(diǎn)存在微小電阻；（）、萬用表本身的準(zhǔn)確度而造成的系統(tǒng)誤差；（）、讀數(shù)誤差；（）、測得輸出電流時(shí)接觸點(diǎn)之間的微小電阻造成的誤差；（）、電流表內(nèi)阻串入回路造成的誤差；（）、測得紋波電壓時(shí)示波器造成的誤差；（）、示波器本身的準(zhǔn)確度造成的誤差。6.3改進(jìn)方法（）、減小接觸點(diǎn)的微小電阻；（）、測量紋波時(shí)示波器采用手動(dòng)同步；（）、采用更高精度的儀器去測量；（）、讀數(shù)時(shí)采用正確的讀數(shù)方法。第7章 心得體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)給我?guī)砹撕艽蟮氖斋@，讓我學(xué)

40、到了很多，不僅掌握了簡單的電子電路的設(shè)計(jì)與制作，也掌握了一些芯片的原理與作用。在制作電路時(shí)，我深深體會(huì)到連接電路時(shí)一定要認(rèn)真仔細(xì)，而且要確保每條導(dǎo)線接觸良好。在接電路之前，一定要把電路的原理搞清楚，通過查資料把電路中的每個(gè)元件的作用弄明白和把每個(gè)芯片的管腳的功能弄清楚，明白每個(gè)元件的各個(gè)管腳與它哪里相對應(yīng)，其實(shí)最主要的是要搞清楚元件與元件之間的連接關(guān)系，它們接在一起可以實(shí)現(xiàn)哪些功能，明白后，就可以去接電路了。接線時(shí)不僅要仔細(xì)并且還要有耐心，不能急于求成，只要做到了這些才能保證電路成功率比較高。在電路設(shè)計(jì)中，我覺得電路檢查是非常重要的一步，從中我們可以學(xué)到很多東西，可以提高自己發(fā)現(xiàn)問題解決問題的

41、能力，使自己的動(dòng)手能力有一定的提高。具體檢查方法我在這里列出幾種：1.看電路中是否有短路斷路現(xiàn)象，用萬用表的二極管檔測試線路是否接通或接觸良好；2.電路中元件是否接錯(cuò)，管腳的接法是否正確；3.如果再有問題，可以用萬用表測試芯片的管腳，如果有問題，那就是芯片的問題了。在檢查線路時(shí)一定要有耐心，不要因?yàn)槁闊┚头艞墸鞘菍ψ约旱囊环N不負(fù)責(zé)。遇見錯(cuò)誤要一步一步的按照原理圖來，先一步一步的測試，然后整體測試。不要沒順序沒條理，這里測一下那里測一下，最后又什么都沒查出來，那樣既浪費(fèi)了時(shí)間又浪費(fèi)了精力。在做板子的過程中，沒有幾個(gè)人可以是一次性成功的，都是經(jīng)過反反復(fù)復(fù)的檢查最后才成功的所以，我們一定要學(xué)會(huì)檢查

42、電路的方法。我在做電路板時(shí)，我還希望出現(xiàn)問題，因?yàn)槊砍霈F(xiàn)一個(gè)新問題都將促使我去查資料，那樣我可以學(xué)到更多的東西。怎樣看電路圖以前是我們學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)的一大難題。為了提高且掌握看圖、識圖、分析圖的方法和技巧，我們特地從圖書館借閱了一組專題文章，結(jié)合實(shí)際制作項(xiàng)目，詳細(xì)了解各類電路圖的基本原理和分析方法，內(nèi)容包括電源、放大、振蕩、變頻、調(diào)制解調(diào)、檢波、測量、顯示、控制等主要單元電路，并在此基礎(chǔ)上舉一反三，不斷提高自己的看圖、識圖和分析電路圖的能力。 通過模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，我還了解了電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般過程，掌握電子線路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方法和一般過程，能用仿真軟件對電子線路進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，能用Portel等軟件繪制PCB圖，掌握了電子電路的調(diào)試方法，能獨(dú)立解決設(shè)計(jì)與調(diào)試過程中出現(xiàn)的一般問題，能正確選用元器件與材料，能對所設(shè)計(jì)電路的指標(biāo)和性能進(jìn)行測試并提出改進(jìn)意見，能查閱各種有關(guān)手冊和正確編寫設(shè)計(jì)報(bào)告。本次設(shè)計(jì)得到了陸秀令老師、李祖林老師和室友的大力支持，在此一并致謝！限于本人的能力和水平，加上時(shí)間倉促，錯(cuò)誤和不妥之處