電子電路綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì))

北京郵電大學(xué)電子電路綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：簡(jiǎn)易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)學(xué)院：電子工程學(xué)院班級(jí)：XXX班學(xué)號(hào)：XXXXXXXX姓名：XXX班內(nèi)序號(hào)：XX2012年3月25日課題名稱(chēng)：簡(jiǎn)易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求我們?cè)O(shè)計(jì)出簡(jiǎn)易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)輸出不同電壓的功能，通過(guò)電壓與電流的放大實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的帶負(fù)載能力,通過(guò)濾波電容消除紋波對(duì)直流的影響,并運(yùn)用protel軟件進(jìn)行仿真。該設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)旨在培養(yǎng)我們的實(shí)驗(yàn)興趣與學(xué)習(xí)興趣，提高實(shí)驗(yàn)技能與探究技能，引導(dǎo)我將所學(xué)所想運(yùn)用到實(shí)際中去。關(guān)鍵字：穩(wěn)壓電源，設(shè)計(jì)，仿真設(shè)計(jì)任務(wù)要求基本要求（1）設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源,設(shè)計(jì)指標(biāo)及給定條件為： 1)輸出電壓調(diào)節(jié)范圍：5V~9V，步進(jìn)0.5V遞增,紋波小于50mV； 2)輸出電流大于100mA； 3)由預(yù)制輸入控制輸出電壓遞增； 4)電源為。 （2）設(shè)計(jì)+5V電源電路(不要求實(shí)際搭建)，用PROTEL軟件繪制完整的電路原理圖(SCH)。2．提高要求 （1)數(shù)字控制部分采用+/-按鍵來(lái)調(diào)整控制一可逆二進(jìn)制計(jì)數(shù)器來(lái)預(yù)設(shè)電壓值； （2)用PROTEL軟件繪制電路的印刷電路板圖(PCB)。3．探究要求輸出電壓調(diào)節(jié)范圍更寬，步進(jìn)更?。悍秶?~10V,步進(jìn)：0.1V。本次探究實(shí)驗(yàn)主要著重完成了基本要求部分的設(shè)計(jì)與探究。設(shè)計(jì)思路、總體結(jié)構(gòu)框圖本實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)一個(gè)可以充當(dāng)數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的電路，電路由數(shù)字控制部分、D/A轉(zhuǎn)換部分、可調(diào)穩(wěn)壓部分組成。數(shù)字控制部分采用+/-按鍵來(lái)調(diào)整控制一可逆二進(jìn)制計(jì)數(shù)器來(lái)預(yù)設(shè)電壓值（此部分為提高部分），二進(jìn)制計(jì)數(shù)器輸出輸入到D/A轉(zhuǎn)換器中，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換后實(shí)現(xiàn)輸出電壓的可調(diào)。其框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖分塊電路和總體電路的設(shè)計(jì)1.第一部分——數(shù)字電路控制部分此部分是電路的數(shù)字控制部分，也是電路輸入端，其電路原理圖如圖2所示。圖2數(shù)字電路控制部分電路圖如圖中所示，K1、K2分別是實(shí)現(xiàn)輸入遞增和遞減功能的步進(jìn)開(kāi)關(guān)，步進(jìn)信息經(jīng)過(guò)CD4538穩(wěn)定輸入后，進(jìn)入SN74193，SN74193為二進(jìn)制編碼器，其2,3,6,7端口為輸出端，輸出0000至1111的二進(jìn)制碼。圖中的與門(mén)用做限制二進(jìn)制編碼的輸出范圍，當(dāng)3和7端輸出1時(shí)（即1001），與門(mén)輸出1，此時(shí)編碼器14端口為高電平，SN74193將回到0000重新編碼，這樣一來(lái)限制了輸出編碼的范圍，使得編碼器實(shí)際上完成從0000至1000的編碼輸出。開(kāi)關(guān)K3為置零開(kāi)關(guān)，按下后編碼器直接從0000重新開(kāi)始編碼。這一部分為數(shù)字電路輸入端，反應(yīng)靈敏，可以穩(wěn)定輸出編碼信息。第二部分——D/A轉(zhuǎn)換電路這一部分將第一部分輸入的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電壓0.5V步進(jìn)的效果，其電路圖如圖3所示。圖3D/A轉(zhuǎn)換電路電路圖圖中RW1至RW4分別接SN74193的3,2,6,7管腳，調(diào)節(jié)電位器的值可以調(diào)節(jié)各個(gè)輸入信號(hào)的權(quán)值，從而實(shí)現(xiàn)電壓以0.5V步進(jìn)。電路中還使用2個(gè)LM324運(yùn)算放大器，第一個(gè)是反相加法器，將四個(gè)輸入電壓反向相加，第二個(gè)運(yùn)放是反向器，將電壓反向使得輸出的全為正向電壓，至此完成了數(shù)字信號(hào)向模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。第三部分——可調(diào)穩(wěn)壓電路這是電路的最后一個(gè)部分，完成對(duì)電壓從5V到9V的步進(jìn)輸出，其電路圖如圖4所示。圖中左端1kΩ電阻接圖3中的8管腳，電路圖中的三個(gè)運(yùn)算放大器同樣為L(zhǎng)M324，其中第一個(gè)為反相加法器，將輸入電壓相加放大，保證了輸出電壓最小值為5V；第二個(gè)為反向器，將輸入電壓反向?yàn)檎妷狠敵觯坏谌齻€(gè)實(shí)現(xiàn)功率放大，與電路右端的晶體管（放大輸出圖4可調(diào)穩(wěn)壓電路電路圖電流）配合，從而有很高的帶負(fù)載能力。220uF電容為濾波電容，消除交流紋波的干擾，45Ω大功率電阻為輸出端所接電阻。至此，整個(gè)電路的功能得以實(shí)現(xiàn)，電路完整，功能明確，可靠性強(qiáng)。實(shí)現(xiàn)的功能說(shuō)明調(diào)節(jié)方法（1）正確搭建完畢電路后接通電源，在初始狀態(tài)下（尚未步進(jìn)），將萬(wàn)用表接輸出端，并調(diào)至直流電壓檔，選擇合適量程，測(cè)量此時(shí)電壓大小，調(diào)節(jié)電位器RW6，使得電壓穩(wěn)定在5V，完成后固定該電位器不再調(diào)節(jié)。（2）點(diǎn)按開(kāi)關(guān)K1，在輸入數(shù)字信號(hào)為0001,0010,0100和1000時(shí)分別調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)的電位器RW1至RW4，使得輸出電壓大小依次為5.5V，6V，7V，9V，如果某一步調(diào)節(jié)電位器無(wú)法達(dá)到預(yù)定電壓，則調(diào)節(jié)電位器Rf，達(dá)到預(yù)定電壓值。但調(diào)節(jié)Rf后，之前調(diào)節(jié)過(guò)的部分需要重新調(diào)節(jié)，直至四個(gè)部分均達(dá)到預(yù)定電壓為止。（3）完成上一步后，點(diǎn)按K3置零后點(diǎn)按K1步進(jìn)，則已大致可以實(shí)現(xiàn)從5V到9V的電壓步進(jìn)，在每一步進(jìn)中有微小偏差，再稍微調(diào)節(jié)電位器即可，經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)節(jié)，最終即可實(shí)現(xiàn)電壓0.5V步進(jìn)的效果。2.實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示：步進(jìn)電壓（V）電流（mA）紋波（mV）00005.0111.10.4000015.5122.20.4000106.0133.30.4800116.4142.20.5001007.0155.60.7001017.5166.70.8001108.0177.81.0001118.5188.92.5010009.1202.22.30其中，電壓為輸出端實(shí)際使用萬(wàn)用表測(cè)量的電壓大??；電流為流經(jīng)大功率電阻的電流，根據(jù)歐姆定律換算而出；紋波使用交流電壓表測(cè)量出來(lái)，為其有效值。由表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，輸出電壓完成了從5V到9V的步進(jìn)增加，步進(jìn)電壓為0.5V，輸出電流滿(mǎn)足大于100mA，紋波滿(mǎn)足小于50mV的要求。3.功能實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路在面包板上搭建調(diào)試完成后，最終可以實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓的功能。在起始時(shí)，輸出電壓為5V，點(diǎn)按開(kāi)關(guān)K1，輸出電壓大小按照0.5V步進(jìn)增加，當(dāng)電壓增加到9V時(shí)，再按K1，電壓大小回到5V。點(diǎn)按開(kāi)關(guān)K2可以實(shí)現(xiàn)電壓值的減小，開(kāi)關(guān)K3實(shí)現(xiàn)電壓置零，也即重新回到5V。實(shí)驗(yàn)中使用萬(wàn)用表的直流電壓檔測(cè)量輸出電壓大小。故障及問(wèn)題分析由于本實(shí)驗(yàn)電路圖較為復(fù)雜，搭建較為繁瑣，調(diào)試也并非容易，所以出現(xiàn)故障和問(wèn)題在所難免。其一是在實(shí)驗(yàn)中首次接通電源后第一個(gè)LM324運(yùn)算放大器被燒毀，斷電檢查后發(fā)現(xiàn)該運(yùn)放周?chē)B接較多電阻，有的因?yàn)樵诖罱〞r(shí)沒(méi)有注意，管腳相碰，導(dǎo)致運(yùn)放短路燒毀，在改善了電阻連接方式并更換了新的運(yùn)算放大器后問(wèn)題得以消除；其二是剛開(kāi)始調(diào)節(jié)電位器Rf過(guò)程中，擰動(dòng)很多圈輸出電壓也沒(méi)有得到改變，也因此一度懷疑電路搭建可能存在問(wèn)題，不過(guò)后來(lái)耐心調(diào)節(jié)，最終得到了想要的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中主要遇到這兩個(gè)問(wèn)題，最終都得到順利解決，從中我感受到，做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程一定要細(xì)心耐心，遇到問(wèn)題冷靜分析，沉著應(yīng)對(duì)，才能更快更好地達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，完成?shí)驗(yàn)。結(jié)論和總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論本實(shí)驗(yàn)通過(guò)數(shù)字電路與模擬電路的結(jié)合與轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的功能，通過(guò)步進(jìn)開(kāi)關(guān)的點(diǎn)按，能夠完成輸出電壓從5V到9V的逐步增加要求，每次增加0.5V，從而一個(gè)可以輸出特定值的直流電源得到有效實(shí)現(xiàn)與完成。2.實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)本次綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，我了解了可調(diào)穩(wěn)壓電源的組成，掌握了簡(jiǎn)易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的實(shí)現(xiàn)方法，學(xué)習(xí)了運(yùn)算放大器的應(yīng)用，初步了解了數(shù)模轉(zhuǎn)換，提高了獨(dú)立設(shè)計(jì)電路和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的能力，同時(shí)學(xué)習(xí)了protel軟件的使用，在實(shí)驗(yàn)中學(xué)到的知識(shí)與解決問(wèn)題的方法將對(duì)我今后的學(xué)習(xí)帶來(lái)很大幫助和深遠(yuǎn)影響，我對(duì)模擬電路與數(shù)字電路的學(xué)習(xí)興趣也更加濃烈。PROTEL繪制的原理圖所用元器件及測(cè)試儀表清單雙集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CD4538可逆計(jì)數(shù)器74HC193按鍵開(kāi)關(guān)與門(mén)74HC08運(yùn)算放大器LM324達(dá)林頓管Tip122電