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1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書學(xué) 生 姓 名 : 學(xué) 號(hào)：學(xué) 院 : 自動(dòng)化工程學(xué)院班級(jí) :題目 : 1 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的制作與調(diào)試2 電子搶答器的制作3 流水彩燈的制作與調(diào)試指導(dǎo)教師： 張茂川 田海軍 高經(jīng)伍 王恭 黃俊峰2013 年 12 月 26 日第 1 章 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的制作與調(diào)試1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)直流穩(wěn)壓電源的基本功能就是將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡?且在一定的技術(shù)要求 下輸出穩(wěn)定的電壓，為其它電子電路提供穩(wěn)定的直流電源。要求用一只 LM317三端集成穩(wěn)壓器，以及二極管、三極管、電阻、電容等輔 助元件，設(shè)計(jì)、制作出一臺(tái)可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源。（1）查閱技術(shù)資料；（2）完成電路原理設(shè)計(jì)；（3）根據(jù)所設(shè)計(jì)的

2、原理電路圖，完成印制電路的手工設(shè)計(jì)和制作；（4）將元器件正確焊接在印制電路板上；（5）調(diào)試整機(jī)電路，是否滿足技術(shù)指標(biāo)和功能要求；（6）排除可能產(chǎn)生的故障；（7）將印制電路板正確裝配，完成一臺(tái)具有實(shí)用價(jià)值的產(chǎn)品；（ 8）撰寫技術(shù)報(bào)告（實(shí)訓(xùn)報(bào)告） 。1.2 總體設(shè)計(jì)方案在本次設(shè)計(jì)中，應(yīng)用到了 LM317三端集成穩(wěn)壓器， 利用可調(diào)試端接在不同位 置上，改變接入電路的阻值，即可控制兩端的電壓，達(dá)到可調(diào)節(jié)的目的。1.3 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)1.3.1 電路原理電路由一塊三端可調(diào)集成穩(wěn)壓電路組成。它的輸出由 3V、4.5V 、6V、7.5V 、 9V、12V共六檔。電路中的輸入電壓為交流 16V 或 18V，整

3、流電路采用的是由 4 只整流二極管組成的橋式整流電路。 3V、4.5V 等各檔分別與 S1 相聯(lián)，即可得到 相應(yīng)的電壓值。虛線內(nèi)的電阻可以去掉，將其換成 1.2K 的電位器，使該直流穩(wěn) 壓電源變成在一定的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路及穩(wěn)壓電路4 部分組成，基本流程為低壓交流電輸入橋式整流電路電容濾波電路 LM317 集成穩(wěn)壓 電路可調(diào)直流穩(wěn)壓輸出。該電路可實(shí)現(xiàn)直流、穩(wěn)壓、可調(diào)這三個(gè)作用。1.3.2 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)任務(wù)分解1. 降壓變壓器降壓變壓器將電網(wǎng) 220V、 50Hz 交流輸入電壓降壓后變?yōu)樗璧募s 18V 交流 電壓，同時(shí)還可以起到直流電源與電網(wǎng)的

4、隔離作用。選用功率為 20 W的變壓器， 即可滿足要求。2 . 橋式整流電路圖 1.1 橋式整流電路二極管橋式整流電路將變壓器變換后的交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗虻拿}動(dòng)直流電 壓，由于這種電壓存在著很大的脈動(dòng)部分 （即紋波），如果用它直接給負(fù)載供電， 紋波的變化會(huì)影響后級(jí)電路的性能指標(biāo)，所以還必須進(jìn)行處理。二極管橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高，脈動(dòng)系數(shù)?。y波電壓?。?，每 管所承受的最大工作反壓較其它方案低， 電源電壓利用率高， 因而整流效率也較 高，變壓器無(wú)需中心抽頭。電路的缺點(diǎn)是使用的二極管數(shù)量較多（ D1D4 可采 用 1N4001 1N4007），整流管總的壓降較大，在大電流工作狀態(tài)下，會(huì)使電

5、路效 率下降。3 . 濾波電路電容濾波電路對(duì)整流部分輸出的脈動(dòng)直流進(jìn)行平滑處理，使它成為一個(gè)含 交流成分很小的、 更加平滑的直流電壓。 即濾波部分實(shí)際上是一個(gè)性能較好的低 通濾波器，且其截止頻率一定是低于整流輸出電壓基波頻率的。雖然電容C1 取得越大，脈動(dòng)系數(shù) S就越小，脈動(dòng)成分就小，但一般取 RLCL 35 T ，T為交 L L 2 流電網(wǎng)電壓的周期（ T 1 20ms）。50 電容濾波電路的優(yōu)點(diǎn)是在輸出電流 I O 不高時(shí)，體積小，成本低。電容濾波 適用于負(fù)載電壓較高，負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。4. 穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器為電源的核心部分。盡管經(jīng)過(guò)整流濾波后的直流電壓，可以充當(dāng)某些 電子電路的電源，但是其

6、電壓值的穩(wěn)定性很差，它受溫度、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。 穩(wěn)壓器電路采用 LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓電源。圖 1.2 LM317 穩(wěn)壓電路三端穩(wěn)壓器的額定輸出電壓一般是不可調(diào)的， 但可以通過(guò)外接元件 R 來(lái)擴(kuò)展 輸出電壓，達(dá)到調(diào)壓作用，輸出端和調(diào)節(jié)端之間在工作時(shí)產(chǎn)生標(biāo)稱值為 1.25V 的基準(zhǔn)電壓，這個(gè)基準(zhǔn)電壓加在電阻 R2 上，由于電壓是恒定的，就有一個(gè)恒定 的電流流過(guò)輸出設(shè)定電阻，得到的輸出電壓是：UO1.25(1+ R3/ R2)即輸出 UO可調(diào)。發(fā)光二極管 LED與限流電阻 R1串聯(lián)接在穩(wěn)壓器的輸入端，當(dāng)電源開關(guān) K 閉 合

7、時(shí)，指示燈亮。C2：應(yīng)靠近穩(wěn)壓器，起消振作用(即防止自激振蕩) 。 C3：為一旁路電容，可進(jìn)一步抑制紋波，當(dāng)輸出電壓升高時(shí)， C3 可防止紋波的放 大。(即將 R3 上的紋波旁路掉)C4：由于使用了 C2、C3 等 ，與任何反饋電路一樣，某些數(shù)值的外接電容( 500F 5000F)可能引起振蕩， C4的作用就是消除這種效應(yīng)，確保工作穩(wěn)定。1.4 可調(diào)性在電路中，利用 LM317外接電阻控制分壓的大小，在電阻的末端引出導(dǎo)線， 選擇合適的電阻可確定合適的電壓，輸出共有3V、4.5V、6V、7.5V 、9V、 12V六檔。1.5 總電路圖、元器件清單、儀器儀表清單1. 總電路圖2. 元器件清單表 1

8、.1 元器件清單元器件名稱規(guī)格數(shù)量電阻（歐）1500130011501120113911601電容（微法）100011001331LM317無(wú)1二極管IN40074發(fā)光二極管無(wú)13. 儀器儀表清單表 1.2 儀器儀表清單儀器儀表名稱個(gè)數(shù)萬(wàn)用電路板1萬(wàn)用表1電烙鐵1焊芯1電工鉗1導(dǎo)線1直流穩(wěn)壓電源11.6 系統(tǒng)安裝、調(diào)試 通過(guò)直流穩(wěn)壓電源的安裝與調(diào)試加深理解整流、濾波、穩(wěn)壓的工作原理 系統(tǒng)安裝步驟：（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及實(shí)驗(yàn)電路圖，做出最簡(jiǎn)明有序的線路安排；（2）準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料；（3）根據(jù)電路圖焊接，防止漏焊、虛焊等等；（4）用萬(wàn)用表檢查電路；（5）接通穩(wěn)壓電源觀察能否正常工作。1.7 改進(jìn)意見與

9、收貨體會(huì)1.7.1 改進(jìn)意見在實(shí)驗(yàn)中， 應(yīng)該配置一個(gè)電位器， 用來(lái)進(jìn)行對(duì)比， 可以使同學(xué)們更好地理解 可調(diào)電壓的具體實(shí)踐原理。1.7.2 收貨與體會(huì)在這次課程設(shè)計(jì)中 , 我遇到了許許多多的問(wèn)題，通過(guò)我們不斷的努力去解決 實(shí)踐中遇到的這些問(wèn)題， 自己也翻閱與在網(wǎng)上查找各種資料， 我們不僅深入的學(xué) 習(xí)了直流穩(wěn)壓電源的工作原理以及它的制作和調(diào)試方法， 而且提高了自身綜合應(yīng) 用課本理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 通過(guò)與任課老師的溝通和與同學(xué)們的共同 協(xié)作，我不僅完成了這次課程設(shè)計(jì)，而且也深刻的體會(huì)到了團(tuán)結(jié)和努力的意義。第 2 章 電子搶答器的制作2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)制作一個(gè)四路電子搶答器， K1K4為搶答鍵

10、，假如 K1最先被按下，則 3 腳 的高電平通過(guò) K1 作用于可控硅 SCR1的控制端，SCR1導(dǎo)通。紅色發(fā)光二極管 LED1 發(fā)光， 9V電源通過(guò) LED1和 SCR1作用于 NE555的 2腳和 6腳，施密特觸發(fā)器 翻轉(zhuǎn)， 3腳輸出低電平， LED5熄滅。因 3 腳輸出為低電平，所以此后按下 K2K4 時(shí)，SCR2SCR不4能獲得觸發(fā)脈沖， SCR2SCR4維持關(guān)斷狀態(tài)， LED2LED4不亮， LED1獨(dú)亮說(shuō)明按 K1 鍵者搶先成功，此后主持人將開關(guān) SW起落一次。復(fù)位可控 硅， LED1熄滅， LED5亮，搶答器又處于等待狀態(tài)。2.2 總體設(shè)計(jì)方案利用 555 定時(shí)器，構(gòu)成斯密特觸發(fā)器

11、， 通過(guò)控制 K1K4的開關(guān)，來(lái)接通發(fā)光 二極管，用來(lái)判斷哪個(gè)人按下按鍵，此時(shí)，熄滅處于等待狀態(tài)的LED5。2.3 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)2.3.1 電路原理本電路使用一塊時(shí)基電路 NE555，其高電平觸發(fā)端 6腳和低電平觸發(fā)端 2 腳 相連，構(gòu)成施密特觸發(fā)器，當(dāng)加在 2腳和 6腳上的電壓超 2/3VCC時(shí)，3 腳輸出低 電平，當(dāng)加在 2 腳和 6腳上的電壓低于 1/3VCC時(shí)，3 腳輸出高電平。按下開關(guān) SW， 施密特觸發(fā)器得電，因單向可控硅 SCR1SCR的4 控制端無(wú)觸發(fā)脈沖， SCR1SCR4 關(guān)斷， 2腳和 6腳通過(guò) R1接地而變?yōu)榈碗娖剑?3腳輸出高電平，綠色發(fā)光 二極管 LED5發(fā)光

12、，此時(shí)搶答器處于等待狀態(tài)。K1K4為搶答鍵，假如 K1最先被按下，則 3 腳的高電平通過(guò) K1作用于可控硅 SCR1 的控制端， SCR1導(dǎo)通。紅色發(fā)光二極管 LED1發(fā)光， 9V 電源通過(guò) LED1和 SCR1 作用于 NE555的 2 腳和 6 腳，施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)， 3 腳輸出低電平， LED5熄滅。 因 3 腳輸出為低電平，所以此后按下 K2K4時(shí)， SCR2SCR不4能獲得觸發(fā)脈沖， SCR2SCR4維持關(guān)斷狀態(tài)， LED2LED4不亮，LED1獨(dú)亮說(shuō)明按 K1 鍵者搶先成功， 此后主持人將開關(guān) SW起落一次。復(fù)位可控硅， LED1熄滅， LED5亮，搶答器又處 于等待狀態(tài)。16V市

13、電經(jīng)變壓器降壓， VD1VD4整流， C濾波，為搶答器提供 9V直流電 壓。 VD1VD4選 IN4001,C選用 220F/15V。R1和R2選 1K，LED1LED4選紅 色發(fā)光二極管， LED5選綠色發(fā)光二極管。 SW為撥動(dòng)開關(guān)， K1K4為輕觸發(fā)開關(guān)， 單向可控硅選 2P4M，IC 為 NE555。2.3.2 555 定時(shí)器構(gòu)成的斯密特觸發(fā)器555 定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。 它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀 表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。圖 2.1 555 定時(shí)器555 可構(gòu)成許

14、多實(shí)用的觸發(fā)器，如斯密特觸發(fā)器。 斯密特觸發(fā)器又稱斯密特與非門， 是具有滯后特性的數(shù)字傳輸門。該器件既可以像普通 “與非 ”門那樣工作，也可以接成斯密特觸發(fā)器來(lái)使用。斯密特觸發(fā)器具有如下兩個(gè)特點(diǎn)：1、電路具有兩個(gè)閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負(fù)向閾值電壓； 2、與雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不同，斯密特觸發(fā)器屬于“電平觸發(fā)型 ”電路，不依賴于邊沿陡峭的脈沖。它是一種閾值開關(guān)電路， 具有突變輸入 輸出特性的門電路。 這種電路被設(shè)計(jì)成阻止 輸入電壓出現(xiàn)微小變化（低于某一閾值）而引起的輸出電壓的改變。 當(dāng)輸入電壓由低向高 增加，到達(dá) 2/3Vcc 時(shí)，輸出電壓發(fā)生突變，而輸入電壓 Vi 由高變低，到

15、達(dá) 1/3/vcc 時(shí)，輸 出電壓發(fā)生突變， 因而出現(xiàn)輸出電壓變化滯后的現(xiàn)象， 可以看出對(duì)于要求一定延遲啟動(dòng)的電 路，它是特別適用的。2.4 總電路圖、元器件清單、儀器儀表清單1. 總電路圖圖 2.2 電子搶答器電路圖2. 元器件清單表 2.1 元器件清單名稱規(guī)格數(shù)量電阻10012001二極管無(wú)4發(fā)光二極管無(wú)5開關(guān)無(wú)5NE555無(wú)1103. 儀器儀表清單表 2.2 儀器儀表清單儀器儀表名稱個(gè)數(shù)萬(wàn)用電路板1萬(wàn)用表1電烙鐵1焊芯1電工鉗1導(dǎo)線12.5 系統(tǒng)安裝、調(diào)試與參數(shù)測(cè)量2.5.1 系統(tǒng)安裝、調(diào)試系統(tǒng)安裝步驟：（1）根據(jù)電路圖，合理安排布局；（2）準(zhǔn)備材料；（3）根據(jù)電路圖，焊接電路，防止漏焊

16、，虛焊；（4）用萬(wàn)用表檢測(cè)電路；（5）接通直流電源，連接好電路，觀察電路能否工作；2.5.2 參數(shù)的測(cè)量K1K4為搶答鍵，假如 K1最先被按下，紅色發(fā)光二極管 LED1發(fā)光，此后按 下 K2K4時(shí)， LED2LED4不亮，LED1獨(dú)亮說(shuō)明按 K1 鍵者搶先成功， 此后主持人 將開關(guān) SW起落一次。復(fù)位可控硅， LED1熄滅，LED5亮，搶答器又處于等待狀態(tài)。112.6 改進(jìn)意見與收獲體會(huì)2.6.1 改進(jìn)意見在本次試驗(yàn)中，唯一的不足是主持人每一次都要按下復(fù)位鍵才能夠?qū)⑸弦淮?的結(jié)果清除，這在現(xiàn)實(shí)生活中是十分麻煩的， 我們要在生活中盡量解決這個(gè)問(wèn)題。2.6.2 收獲體會(huì)在這個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中 , 我們要

17、面臨的挫折是自己去研究陌生的可控硅，當(dāng)我把 可控硅弄懂了過(guò)后， 連上電路板也就出來(lái)了， 但是有時(shí)候還是不太穩(wěn)定， 我覺得 我們動(dòng)手能力還是有待提高， 說(shuō)明自己接得不太結(jié)實(shí)。 因此，讓我不要小看動(dòng)手， 理論懂不一定能作出來(lái)，我終于意識(shí)到動(dòng)手時(shí)如此的重要。12第 3 章 流水彩燈的制作與調(diào)試3.1 設(shè)計(jì)任務(wù)要求是電路的工作循環(huán)順序?yàn)椋?H1亮H2亮 H3亮 H4亮全熄 H1、H2 亮H1、H2、H3亮H1、H2、H3、H4亮全熄，然后依次循環(huán)工作。3.2 總體設(shè)計(jì)方案電源用 9V 直流電壓供其它電路工作，由 CD4069非門電路和定時(shí)元件 R、C 組成了多諧震蕩器，它輸出周期 T=1.4RC的方波

18、給 CD4017的時(shí)鐘端， CD4017是 一塊能產(chǎn)生序列脈沖的 CMOS計(jì)數(shù)/ 分配器，在時(shí)鐘信號(hào)的作用下， Y0-Y9依次輸 出為正脈沖。二極管編碼電路和 CD4017協(xié)調(diào)一致地工作以實(shí)現(xiàn)所要求的效果。3.3 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)3.3.1 電路原理當(dāng)?shù)谝粋€(gè)計(jì)數(shù)脈沖到來(lái)時(shí)， CD4017內(nèi)電路翻轉(zhuǎn)， 3腳Y0 呈高電平，與此 同時(shí) CD4017 其余各輸出端 Y1 Y9 均為低電平，此高電平經(jīng)二極管，送入雙向 可控硅 VS1 的控制極，驅(qū)動(dòng) VS1 導(dǎo)通，彩燈 H1 被點(diǎn)亮。與此同時(shí)，其余的四 個(gè)輸出端均為低電平，雙向可控硅 VS2VS6 阻斷，H1、H2、H3 彩燈不亮。第 2到6個(gè)工作過(guò)程同

19、理： H2亮，H3 亮， H4亮，全部熄滅， H1 亮。 當(dāng)?shù)谄邆€(gè)計(jì)數(shù)脈沖到來(lái)時(shí)， CD4017 計(jì)數(shù)輸出端 Y1 呈高電平。此高電平從 其2 腳輸出，同時(shí) CD401744 腳、56 腳呈高電平， 經(jīng)二極管、可控硅 VS2、 VS3 導(dǎo)通。這樣在保持 H1 點(diǎn)亮的同時(shí)， H2 也被點(diǎn)亮，而其余 2 個(gè)彩燈則仍為 熄滅狀態(tài)。之后工作過(guò)程 8 到 10同理。當(dāng)計(jì)數(shù)器 CD4017計(jì)數(shù)滿 10個(gè)脈沖時(shí)， 直接開 始下一輪的計(jì)數(shù)過(guò)程，這樣彩燈就周而復(fù)始地循環(huán)工作。3.3.2 主要元件1. CD4069CC4069 由六個(gè) COS/MOS 反相器電路組成。此器件主要用作通用反相器、即用于不需要中 功

20、率 TTL 驅(qū) 動(dòng) 和 邏 輯 電 平 轉(zhuǎn) 換 的 電 路 中 。 CC4069 六反相器 簡(jiǎn)要說(shuō)明：13CC4069 是由六 COS/MOS 反相器電路組成，此器件主要用作通用反相器， 即用 于不需要中功率 TTL驅(qū)動(dòng)和邏輯電平轉(zhuǎn)換的電路中。 CC4069 提供了 14 引線多層 陶瓷雙列直插（ D）、熔封陶瓷雙列直插（ J）、塑料雙列直插（ P）和陶瓷片狀載體（ C） 4 種封裝形式。2. CD4017CD4017是 5位 Johnson計(jì)算器，具有 10 個(gè)譯碼輸出端， CP，CR，INH輸入端。 時(shí)鐘輸入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能， 對(duì)輸入時(shí)鐘脈沖上升和下降時(shí)間 無(wú)限制。 INH

21、為低電平時(shí)，計(jì)算器在時(shí)鐘上升沿計(jì)數(shù)；反之，計(jì)數(shù)功能無(wú)效。 CR 為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。 Johnson 計(jì)數(shù)器，提供了快速操作， 2 輸入譯碼選通 和無(wú)毛刺譯碼輸出。 防鎖選通，保證了正確的計(jì)數(shù)順序。 譯碼輸出一般為低電平， 只有在對(duì)應(yīng)時(shí)鐘周期內(nèi)保持高電平。 在每 10 個(gè)時(shí)鐘輸入周期 CO信號(hào)完成一次進(jìn) 位，并用作多級(jí)計(jì)數(shù)鏈的下級(jí)脈動(dòng)時(shí)鐘。3.4 總電路圖、元器件清單、儀器儀表清單1. 總電路圖圖 3.1 流水彩燈的制作142. 元器件清單表 3.1 元器件清單元器件名稱個(gè)數(shù)CD4017芯片1CD4069非門電路1二極管1697A6可控硅管6小燈泡422uF電容118K電阻13.儀器儀表清單表 3.2 儀器儀表清單儀器儀表名稱個(gè)數(shù)萬(wàn)用電路板1萬(wàn)用表1電烙鐵1焊芯若干電工鉗1導(dǎo)線若干直流穩(wěn)壓電源13.5 系統(tǒng)的安裝、調(diào)試與參數(shù)的測(cè)量3.5.1 系統(tǒng)的安裝與調(diào)試系統(tǒng)的安裝步驟：（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及實(shí)驗(yàn)電路圖，做出最簡(jiǎn)明有序的線路安排；（2）準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料；（3）根據(jù)電路圖焊接，防止漏焊、虛焊等等；（4）用萬(wàn)用表檢查電路；（5）接通穩(wěn)壓電源觀察能否正常工作。153.5.2 參數(shù)的測(cè)量1、先連接 9V 直流電源，