模電課程設計

1、湖南工學院電子線路綜合設計 報告課題名稱 電源欠壓過壓報警保護器 課題組長 課題組成員 專業(yè)班級 指導教師 完成時間 2015年11月18日 摘要隨著微控技術的日益完善和發(fā)展，在工業(yè)控制中，用電設備通常工作至三相電源中，而很多用電設備在使用中對相應提供的工作電源有著較高的要求。但通常電網(wǎng)產(chǎn)生的電壓偏高(是指給定的瞬間設備端電壓U與設備額定電壓Un之差)，以及大功率電動機的起動，電焊機的工作，特別是大型電弧爐和大型軋鋼機沖擊性負荷的工作，均會引起負荷的急劇變動，使電網(wǎng)電壓損耗隨之產(chǎn)生相應變動，從而使用戶公共供電點的電壓出現(xiàn)波動現(xiàn)象。而上述情況所造成的電壓波動，又會給用電設備造成不應有的過壓、欠壓

2、現(xiàn)象。如長時間供給用電設備，則會極大的損壞用電設備。所以在用電設備使用中，會加入相應的保護電路，以保證用電設備在正常的供電狀態(tài)下使用。當供電線路出現(xiàn)過、欠壓時，保護電路進行有效保護，從而確保用電設備安全正常運行。本文介紹一種電壓指示報警器，經(jīng)試驗，效果比較理想。其作用是能夠顯示電壓數(shù)值，當電路發(fā)生欠、過壓時均能發(fā)出聲、光報警器。如果配接附加控制線路，還能自動調整電壓和自動切斷供電線路。關鍵詞：欠壓，過壓，電壓比較，報警目錄第一章 設計目的與要求11.1設計目的11.2設計要求11.3技術要求1第二章 方案論證22.1設計思路22.2設計原理圖22.3原理說明3第三章 單元電路設計33.1單元電

3、路分析33.2硬件設計4第四章 仿真調試64.1電路仿真圖64.2 電路PCB圖7第五章 元器件清單7第六章 穩(wěn)壓電源制作86.1穩(wěn)壓電源的組成原理96.2硬件設計116.3 穩(wěn)壓電路電路原理圖11第七章 總結與心得體會127.1 總結127.2 心得體會12參考文獻15第一章 設計目的與要求1.1設計目的大多數(shù)用電設備對輸入電壓都有一定的要求，當電壓在正常范圍時，用電設備接通電源，其中電網(wǎng)電壓波動超過10%時，停止工作，并會促發(fā)生報警。電源工作正常，發(fā)光二極管不亮、喇叭或蜂鳴器不工作，電源過壓、欠壓紅色發(fā)光二極管亮及喇叭或蜂鳴器工作。通過燈的亮滅情況監(jiān)控輸入電壓。這次課程設就是利用一些簡單的

4、元件來實現(xiàn)電壓比較器功能的例子，實驗中利用74LS400為四組2輸入端與非門邏輯，通過對輸入電壓比較，得出結論，具體是根據(jù)發(fā)光二極管的發(fā)光情況來判斷輸入電壓與標準電壓的關系，當電壓高出基準電壓時，二極管發(fā)光和喇叭工作，當電壓低于基準電壓時，發(fā)光二極管發(fā)光及喇叭工作，當在正常范圍時不發(fā)光不鳴叫。1.2設計要求 當電壓低于180V或高于250V時，可進行聲光報警。當外接交流接觸器時可切斷電源保護用電器。1.3技術要求 1、 輸入要求：規(guī)定電器的工作電壓為180V250V之間，對與電路正常工作時不警示；2、輸出要求：當檢測到電壓超過250V時或低于180V時，電路報警； 3、性能指標：220伏經(jīng)過變

5、壓器降壓成10V，180伏對應8V，250伏對應10V。第二章 方案論證2.1設計思路本課題主要設計電源過壓/欠壓保護電路。 主要設計思想為：在正常情況下，即電壓在標準電壓附近的時候，電路正常工作，報警器不工作。當有過壓、欠壓或者掉電的時候，輸入電壓經(jīng)過整流濾波穩(wěn)壓后與已知標準電壓相差很大時，電路使晶體管工作，從而驅動報警器報警，提示工作人員進行必要的措施，防止不必要的損失。 經(jīng)過理論推理，進行分析比較并逐步模擬，確立以下比較合理的方案。過壓、欠壓保護電路原理框圖如圖1所示。 該電路設計過壓/欠壓掉電報警器電路，由比較電路、報警器裝置組成。電源報警電路比較電路 圖1 欠壓/過壓保護電路原理框圖

6、2.2設計原理圖圖2 設計原理圖2.3原理說明輸入電源電壓正常時，Y1A輸出高電平，Y1B輸出低電平，發(fā)光二極管LED及振蕩發(fā)聲電路Y1C、Y1D和喇叭不工作，控制部件J1也不工作。當電壓高于250V或低于180V時，Y1B輸出高電平，發(fā)光二極管亮，振蕩發(fā)聲電路工作，發(fā)出鳴叫聲，控制寄電器J1閉合，當J1的常開觸點外接交流接觸器時，就可控制主電路斷開電源。第三章 單元電路設計3.1單元電路分析過壓欠壓報警器是由電源電路、比較電路，以及執(zhí)行電路三部分組成。電源電路是將交流電轉化為直流電，并把電壓降低，它主要由變壓器、橋式整流器以及濾波電容構成。 比較電路是報警器的核心部分，它由4LS400為四組

7、2輸入端與非門邏輯、電阻、電容構成。它可以對電壓是否超出規(guī)定范圍進行判斷。 執(zhí)行電路是報警器實現(xiàn)的部分，對結果進行執(zhí)行的部分，它由發(fā)光二極管、限流電阻、三極管、74LS400、蜂鳴器構成。電源電路主要是整流濾波電路，應用橋式整流，基本原理就是利用二極管的單向導電性，將交流電變成一個方向流動的電流。讓交流電流的正半周到來時順利通過二極管（正向導通），當交流電流的負半周到來時（方向與正半周相反）二極管反向截止，則不能通過，如此循環(huán)，就形成一個方向的電流。濾波應用單相橋式整流電容濾波電路，電容濾波的特點是，輸出電壓提高，脈動成分減小，二極管導通時間大大減少。比較電路主要由74LS400四個與非門TT

8、L系類構成。總原理圖（計算機繪圖） 圖3 總原理圖3.2硬件設計74ls00 是常用的2輸入四與非門集成電路，他的作用很簡單顧名思義就是實現(xiàn)一個與非門。74LS00真值表： A1 B=1 Y=0A0 B=1 Y=1 A1 B=0 Y=1 A0 B=0 Y=1電源電壓.7V輸入電壓54/7400、54/74H00、54/74S00.5.5V54/74LS007VAB 間電壓除 54/74LS00 外5.5V74XXX . 070存儲溫度 .-65150 圖4 74LS00芯片管腳圖78L05描述 是一種固定電壓(5V)三端集成穩(wěn)壓器,其適用于很多應用場合.象牽涉到單點穩(wěn)壓場合需要限制噪

9、聲和解決分布問題的在-卡調節(jié).此外它們還可以和其它功率轉移器件一起構成大電流的穩(wěn)壓電源,如可驅動輸出電流高達100毫安的穩(wěn)壓器。圖5 78L05各種封裝 其卓越的內部電流限制和熱關斷特性使之特別適用于過載的情況.當用于替代傳統(tǒng)的齊納二極管-電阻組的時候,其輸出阻抗得到有效的改善,其偏置電流大大減少.78L05特性 三-端穩(wěn)壓器 輸出電流可達到100mA 無需外接元件 內部熱過載保護 內部短路電流限制 從2004年底開始，提供的各類封裝形式，均為無鉛封裝產(chǎn)品。第四章 仿真調試4.1電路仿真圖圖6 電路仿真圖 調試方法：第一步當輸入電源電壓為250V時，調節(jié)W1使得Y1A輸出剛好由低電平

10、轉為高電平，第二步當輸入電壓為180V時調節(jié)W2使得Y1B的輸出由高電平轉為低電平。4.2 電路PCB圖圖7 電路PCB圖第五章 元器件清單元件表表1 元件表名稱型號規(guī)格數(shù)量名稱型號規(guī)格數(shù)量集成塊74LS001電阻68K1三極管9013110K1二極管1N400751K1發(fā)光二極管1微調電位器47k2三端穩(wěn)壓塊78050.5A1電容47uF/50v178120.5A110uF/25v1變壓器220v/15V0.5A12700pF1插頭220v1導線若干1m直流寄電器12v/0.5A1萬用電路板小1塊集成塊插座14腳1第六章 穩(wěn)壓電源制作直流穩(wěn)壓電源一般由變壓器，整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。變

11、壓器把市交流電壓220V變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟姟Ｕ髌靼呀涣麟娮優(yōu)橹绷麟?。?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。本設計主要采用直流穩(wěn)壓構成集成穩(wěn)壓電路，通過變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓過程將220V交流電變成穩(wěn)定的直流電，并實現(xiàn)電壓在612V可調。關鍵詞：穩(wěn)壓 變壓 整流6.1穩(wěn)壓電源的組成原理直流穩(wěn)壓電源一般有電源變壓器、整流電路、濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖和波形變換如下：圖8 直流穩(wěn)壓電源的原理框圖和波形變換（1） 電源變壓器：將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需的低電壓。 （2） 整流電路：一般由具有單向導電性的二極管構成，經(jīng)常采用單相半波、單相全波和單

12、相橋式整流電路。應用最為廣泛的是橋式整流電路，4個二極管輪流導通，無論正半周還是負半周，流過負載的電流方向是一致的，形成全波整流，將變壓器輸出的交流電壓變成了脈動的直流電壓。 圖9 整流電路輸出波形： 圖10 整流電路輸出波形（3） 濾波電路：加入電容濾波電路后，由于電容是儲能元件，利用其充放電特性，使輸出波形平滑，減小直流電中的脈動成分，以達到濾波的目的。為了使濾波效果更好，可選用大電容的電容為濾波電容。因為電容的放電時間常數(shù)越大，放電過程越慢，脈動成分越少，同時使得電壓更高。圖11 濾波電路輸出波形：圖12 濾波電路輸出波形6.2硬件設計LM317性能LM317 是美國國家半導體公司的三端

13、可調正穩(wěn)壓器集成電路。（1）輸出電壓范圍是1.2V至37V，負載電流最大為1.5A，典型線性調整率0.01%，典型負載調整率0.1%，80dB 紋波抑制比，輸入輸出電壓差2V。 （2）使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設置輸出電壓。此外它的線性調整率和負載調整率也比標準的固定穩(wěn)壓器好。 （3）內置有多種保護電路，如過載保護，輸出短路保護，過流、過熱保護，調整管安全工作區(qū)保護。（4）通常不需要外接電容，除非輸入濾波電容到LM317 輸入端的連線超過 6 英寸（約 15 厘米）。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應。調整端使用濾波電容能得到比標準三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。（5）另有許多特殊的用法。比如把調

14、整端懸浮到一個較高的電壓上，可以用來調節(jié)高達數(shù)百伏的電壓，只要輸入輸出壓差不超過LM317的極限就行。當然還要避免輸出端短路。還可以把調整端接到一個可編程電壓上，實現(xiàn)可編程的電源輸出。6.3 穩(wěn)壓電路電路原理圖圖13 穩(wěn)壓電路原理圖第七章 總結與心得體會7.1 總結 本課程的基本目的是在于通過理論與實際的結合、人與人的溝通，進一步提高思想覺悟和領悟力。尤其是觀察、分析和解決問題的實際工作能力。作為整個學習體系的有機組成部分，課程設計雖然安排在課堂外進行，但并不具有絕對獨立的意義。它的一個重要功能，在于運用學習成果，檢驗學習成果。運用學習成果，把課堂上學到的系統(tǒng)化的理論知識，嘗試性地應用于實際設

15、計工作，并從理論的高度對設計工作的現(xiàn)代化提出一些有針對性的建議和設想。檢驗學習成果，看一看課堂學習與實際工作到底有多大距離，并通過綜合分析，找出學習中存在的不足，以便為完善學習計劃，改變學習內容與方法提供實踐依據(jù)。 課程設計達到了專業(yè)學習的預期目的。在幾周的課程設計之后，我們普遍感到不僅實際動手能力有所提高，更重要的是通過設計流程的了解，進一步激發(fā)了我們對專業(yè)知識的興趣，并能夠結合實際存在的問題在專業(yè)領域內進行更深入的學習。通過這次課程設計，我們也看到了自身狀況與現(xiàn)實需要的差距，有了這樣的認識，便于我們在今后的學習中及時補充和調整。我相信這次課程設計會對我以后的工作會有很大程度的益處，在此還要

16、感謝學院為我們提供這次機會，感謝陳堅老師的用心指導。7.2 心得體會某某同學心得體會：在課程設計的過程中我發(fā)現(xiàn)自己原理知識掌握不扎實，學過的知識不會應用，只是覺得都見過卻不知道應該怎么連。而且對于畫圖軟件的應用也極不熟練，我希望以后院里能提供給我們更多的鍛煉機會來培養(yǎng)我們的實踐能力、動手能力以及理論聯(lián)系實際的能力。 在整個電路的設計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細節(jié)設計上，在多種方案的選擇中，我仔細比較分析其原理以及可行的原因，最后還是在通多次對電路的改進，上機仿真以及接線調試，終于使整個電路可穩(wěn)定工作。設計過程中，我們深刻的體會到在設計過程中，需要反復實踐，其過程很可能相

17、當煩瑣，有時花很長時間設計出來的電路還是需要重做，那時心中未免有點灰心，有時還特別想放棄，此時更加需要靜下心，查找原因。設計思路是最重要的，只要你的設計思路是成功的，那你的設計已經(jīng)成功了一半。因此我們應該在設計前做好充分的準備，像查找詳細的資料，為我們設計的成功打下堅實的基礎。實驗階段可以說是這次設計中最重要的部分，因為以前的只是理論而不是真正的實體。所以說它是最重要的。實驗階段我們遇到的問題有：對軟件不熟悉；對實驗過程中信號的測量知識學習很少；因為各個模塊是分開做而后又組裝到一起的，所以兼容性不是很好（也就是不能融合為一個整體，部分工作能行但是接到一起就會出現(xiàn)問題）;針對以上幾個問題我們作出

18、了以下的“對策”:軟件不熟悉，就上網(wǎng)查閱資料，一步一步的對著學，而且也有同學給的資料上也有軟件的使用說明，所以隨著接觸的增加軟件也就越來越熟悉，這方面的問題不是太難因為一邊理論一邊學習正好是學習的好方法，而且也學的特別快。制作過程是一個考驗人耐心的過程，不能有絲毫的急躁，電路的焊接要一步一步來，焊點多，走線復雜。這又要我們要靈活處理，一邊操作一邊構思，在不影響試驗的前提下加快進度。 另外就是要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行分析解決。這是應用課本知識的大好時機。 總之，通過這次練習我們有了很多收獲。在摸索該如何設計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設計思維

19、，增強了動手能力。在改進電路的過程中，同學們共同探討，最后的電路已經(jīng)比初期設計有了很大提高。在讓我體會到了設計電路的艱辛的同時，更讓我體會到成功的喜悅和快樂。某某同學心得體會：通過這次課程設計，讓我更加深刻了解課本知識，和以往對知識的疏忽得以補充，有的數(shù)據(jù)很難查出或者不理解，但是這些問題經(jīng)過這次設計，都一一得以解決，這次的課程設計給我相當?shù)幕A知識，為我以后工作打下了嚴實的基礎。雖然這次課程是只不過是短短幾周時間，我感覺到這些天我的所學勝過我這一學期所學，這次任務原則上是設計，其實就是一次大的作業(yè)，是讓我對課本知識的鞏固和對基本公式的熟悉和應用，還有加強了對電路元器件的了解和認識。課程設計是培

20、訓我們學生運用本專業(yè)所學的理論知識和專業(yè)知識來分析解決實際問題的重要教學環(huán)節(jié)，這也是對三年所學知識的復習和鞏固。同樣，也促使了同學們的相互探討，相互學習。因此，我們必須認真、謹慎、踏實、一步一步的完成設計。如果時間可以重來，我們肯定會更認真的去學習和研究。此次課程設計讓我明白了一個很深刻的道理：團隊精神很重要，我們分工合作互惠互助，這樣自己的心里才會踏實，學到的東西才會更多。通過課程設計使我們了解到一些實際與理論之間的差異。通過課程設計不僅可以鞏固專業(yè)知識，為以后的工作打下了堅實的基礎，而其還可以培養(yǎng)和熟練使用資料，運用工具書的能力，把我們所學的課本知識與實踐結合起來，起到溫故而知新的作用。課程設計給了我許多