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基础强化训练任务书
学生姓名:
专业班级:
指导教师:
工作单位:
信息工程学院
题目:
可显示电压范围多路输出直流稳压电源电路印制板图设计
一、训练目的
主要目的就是对学生进行基础课程、基本技能、基本动手能力的强化训练,提高学生的基础理论知识、基本动手能力,提高人才培养的基本素质。
二、训练内容和要求
1、基础课程和基本技能强化训练
(1)设计一个可显示电压范围多路输出直流稳压电源电路;可将220V/50Hz交流电转换为多路直流稳压电源输出:
+12V/1A,+5V/1A,一组可调正电压+3~+12V/1A。
(2)对所设计电路的基本原理进行分析;选择电路方案,完成对确定方案电路的设计。
计算电路元件参数与元件选择。
2、文献检索与利用、论文撰写规范强化训练
要求学生掌握基本的文献检索方法,科学查找和利用文献资料,同时要求学生获得正确地撰写论文的基本能力,其中包括基本格式、基本排版技巧和文献参考资料的写法、公式编排、图表规范制作、中英文摘要的写法等训练。
3、基本动手能力和知识应用能力强化训练
(1)学习PROTEL软件;
(2)绘制电路的原理图和PCB版图,要求图纸绘制清晰、布线合理、符合绘图规范;
4、查阅至少5篇参考文献,按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写基础强化训练报告书,全文用A4纸打印。
三、初始条件
计算机;MicrosoftOfficeWord软件;PROTEL软件
四、时间安排
1、20010年7月12日集中,作基础强化训练具体实施计划与报告格式要求的说明;学生查阅相关资料,学习电路的工作原理。
2、2010年7月12日,电路设计与分析。
3、2010年7月13日至2010年7月15日,相关电路原理图和PCB版图的绘制。
4、2010年7月16日上交基础强化训练成果及报告,进行答辩。
指导教师签名:
年月日
系主任(或责任教师)签名:
年月日
目录
1绪论5
2设计内容及要求6
2.1设计的初始条件及主要任务6
2.2设计思路6
3单元模块设计原理7
3.1电源变压器7
3.2整流电路7
3.3滤波电路8
3.4稳压电路9
3.5电源指示9
4元件参数选择10
4.1集成稳压器的选择:
10
4.2电源变压器的选择10
4.3集成整流桥及滤波电容的选择11
4.4分压电阻的选择11
5设计所需器件清单及仪器相关参数12
6电路图绘制13
7心得体会14
附录1可显示电压范围多路输出直流稳压电源设计原理图16
附录2可显示电压范围多路输出直流稳压电源设计PCB图17
摘 要
本文介绍了采用集成稳压器制作可显示电压范围多路输出直流稳压电源的方法,主要阐述如何运用集成稳压器,配合变压器、单向整流桥、滤波电容,完成规定任务的设计方法,重点叙述了整体设计的工作原理、相关元件的选定思路、电路具体调试过程三个部分。
本次课程设计的目的培养学生正确的设计思想,理论联系实际的工作作风,严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。
培养学生综合运用所学知识分析和解决工程实际问题的能力通过课程设计,使学生在理论计算、结构设计、工程绘图、查阅设计资料、标准与规范的运用和计算机应用方面的能力得到训练和提高。
巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能。
关键词:
直流滤波集成稳压器Protel99SE
Abstract
ThisarticleintroducesanintegratedvoltageregulatormakingmultipleoutputDCregulatedpowersupplymethod,theprincipalexplainedhowtheintegratedvoltageregulator,withthetransformer,one-waybridgerectifier,filtercapacitor,completethedesigntasks,focusingonnarrativetheoveralldesignoftheworkingprinciple,therelevantcomponentsoftheselectedideasandcommissioningprocessofthethreepartsofthecircuit.Thiscourseisdesignedtotrainstudentsontheproperdesign,andtheorywithpracticalworkstyle,serious,realisticscientificattitudeandinnovativespiritofdaringtoexplore.Collegestudentsapplytheirknowledgetosolvepracticalengineeringanalysisandproblemsolvingskillsthroughcoursesdesignedtoenablestudentsinthetheoreticalcalculation,structuraldesign,engineeringdrawings,accesstodesigninformation,standardapplicationandcomputerapplicationstrainingandraisingcapacityof.Toconsolidate,deepenandexpandthestudentsknowledgeandpreliminarytheoreticalexpertise.
Keywords:
DCfilterintegratedvoltageregulatorProtel99SE
1绪论
很多电子设备,家用电器都需要直流电源供电,其中除了少量的低功耗、便携式的一起设备选用干电池供电外,绝大多数电子设备正常工作需要直流供电,而常用的电源——市电是220V或380V的交流电,因此需要把交流电变换成直流电。
1例如在我们学习的大多数集成运算放大器都需要加规定的直流偏置才能正常工作。
所以直流稳压电源对于我们的模电课程学习来说十分重要,一个稳定可靠的直流稳压电源是今后我们学习、设计其他电路的保证。
但是不同的电路对于直流电压值有着不同的需求,常见的有+12V、+5V等等不同的需求。
为了达到巩固课程知识目的的同时,能够做到学以致用,制作一些对于今后有实际意义的电路,我们选择+12V、+5V以及+3—+12V三组参数作为设计的电压输出参数值。
此次所要设计的电源要求的输出功率较小,为了简化电路并提高电路的稳定性,因此选择集成稳压器的设计思路。
三端固定输出集成稳压器是一种串联调整式稳压器。
它将全部电路集成在单块硅片上,整个集成稳压电路只有输入、输出和公共3个引出端,使用非常方便。
因其内部有过热、过流保护电路,因此它的性能优良,可靠性高。
又因这种稳压器具有体积小、使用方便、价格低廉等优点,所以得到广泛应用。
其代表产品有78xx正电压输出系列、79xx负电压输出系列。
1
可调输出的集成稳压器是在固定输出集成稳压器的基础上发展起来的,这种集成稳压器,在集成芯片的内部,输入电流几乎全部流到输出端,流到公共端的电流非常小,因此可以用少量的外部元件方便的组成精密可调的稳压电路,应用更为灵活。
典型可调输出集成稳压器芯片,正电源系列有LM117/217/317,负电源系列有LM137/237/337。
本设计中根据任务需要选择三种集成稳压器芯片:
LM7812、LM7805、LM317。
2
2设计内容及要求
2.1设计的初始条件及主要任务
2.1.1设计的初始条件
可选元件:
变压器;整流二极管或整流桥若干,电容、电阻、电位器若干;根据需要选择若干三端集成稳压器;交流电源220V,或自备元器件。
可用仪器:
示波器,万用表,毫伏表
2.1.2设计任务要求
要求设计制作一个可显示电压范围多路输出直流稳压电源,可将220V/50Hz交流电转换为多路直流稳压电源
输出:
+12V/1A,+5V/1A,一组可调正电压+3~+12V/1A。
并显示输出电压范围
2.2设计思路
本设计主要分为变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路、电源指示五个部分。
变压电路:
将交流电网220V的电压变味所需要的电压值。
整流电路:
将交流电压变成脉动的直流电压。
滤波电路:
由于经过整流的脉动直流电压还含有较大的纹波,因此需要设计滤波电路加以滤除。
稳压电路:
在电网电压波动、负载和温度变化时,依然维持输出直流电压稳定。
电源指示;显示当前的电路通断情况,方便了解电源当前的工作状况。
3单元模块设计原理
3.1电源变压器
电源变压器是将输入的220V交流电压U1转变为整流电路所需要的交流电压U2。
因为要最终通过78系列和LM317系列输出正向最大12V的电压,所以选择无中间抽头的20V变压器。
考虑到今后的功率需要,这次我选择了25W的变压器。
这样就可以给78系列以及LM317提供足够大的输入电压使其正常工作。
3.2整流电路
整流电路有半波整流电路与单相桥式整流电路两种。
半波整流电路的特点是输出电压波形为输入正弦波电源波形的正半周期,所以输出电压脉动很大,直流分量较小,整流效率较低。
整流电路波形如图2
另一种是单向桥式全波整流电路。
如图3,四肢整流二极管D1~D4形成电桥。
在V2正半周。
电流从变压器副边线圈上端流出,只经过D1流向RL,在由D3流回变压器,所以D1、D3正向导通,D2、D4反偏截止。
在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。
电流通路用实线箭头表示。
同理在V2负半周时,D2、D4正向导通,D1、D3反偏截止。
在负载上产生上正下负的输出电压。
电流通路如图的虚线箭头表示。
3整流波形如图4。
图4单向桥式全波整流电路输入输出波形对比
综上可知输入端经变压器后在副边得到了一个单向的脉动电压。
3.3滤波电路
经过整流的脉冲电压纹波很大要经过滤波电路的滤波作用,一般有电抗元件组成,如在电阻两端并联电容器C,或在整流电路输入端与负载间串联电感器L,以及有电容、电感组合而成的各种复式滤波电路(如图5)。
4在这里选择用电容滤波,适合小电流负载。
3.4稳压电路
由于输出地直流电压会随着稳压电路的波动、负载和温度发生变化而变化,所以,为了维持输出直流电压稳定不变,还要加上稳压电路。
由于电源要求的输出功率较小,为了简化电路并提高电路的稳定性,因此选择集成稳压器。
集成稳压器在使用中普遍使用的是三端稳压器。
可以分为固定式和可调式,按正负的输出电压还可分为CW317、CW337、LM317、LM337。
其中317系列稳压器可以连续输出可调正电压,337系列则是可调负电压。
它们的可调范围为1.2~37V,最大输出电流为1.5A。
三端集成稳压器还有78、79系列分别对应正电压输出和负电压输出.79系列和78系列的外形相似但是连接不同,79的1端接地,2端接负的输入。
3端接输出。
3.5电源指示
发光二极管具有工作电压很低;工作电流很小,可靠性高,寿命长。
由于有这些特点,发光二极管在一些光电控制设备中用作光源,在许多电子设备中用作信号显示器。
4因此,我们电源指示部分将使用发光二极管来实现。
通过给它串联不同的分压电阻并联在变压器输出端以及各路稳压电路的输出端以显示其工作状况。
对于输出电压可调一路的电压等级指示功能,运用数电中并行比较型A/D转换的思想,运用LM324运放作为比较器。
通过一组分压电阻将12V等分,选取4V、6V、8V、10V为比较电压输入到运放的反向输入端,正向输入端都接输出电压可调一路的输出端,运放的输出端通过串一个1K电阻与LED相连后接地,达到指示输出电压范围的目的。
4元件参数选择
4.1集成稳压器的选择:
4.1.1输出电压固定的集成稳压器的选择
输出电压固定的集成稳压器有正电源LM7800系列稳压器和负电源LM7900系列稳压器。
按LM7800系列输出电压可分为7805(+5V)、7806(+6V)、7809(+9V)、7812(+12V)、7815(+15V)、7818(+18V)、7824(+24V);按输出电流可分为78Lxx表示输出电流100mA、78Mxx表示输出电流500mA、78xx表示输出电流1.5A。
负向集成稳压器与正向类似。
5
由于此次要输出得电压为+12V、+5V,电流要求均为1A,固选择的芯片为LM7805、LM7812。
4.1.2输出电压可调的集成稳压器的选择
可调输出的集成稳压器是在固定输出集成稳压器的基础上发展起来的,这种集成稳压器,在集成芯片的内部,输入电流几乎全部流到输出端,流到公共端的电流非常小,因此可以用少量的外部元件方便的组成精密可调的稳压电路,应用更为灵活。
正电源系列的基准电压为1.25V,可在1.25V~37V之间连续可调。
其内部设有过流、过电压保护和调整管安全工作区保护电路,使用安全可靠,性能比LM7800系列性能更加,而且它的输出电压输出电流均符合要求,所以此次的可调集成稳压器选择LM317。
4.2电源变压器的选择
取
则
,所以选取20V/25W的变压器即可。
4.3整流二极管及滤波电容的选择
由于
,
,额定工作电流
,所以选择4个1N4007二极管组成整流桥进行整流。
,
电路中滤波电容承受的最高电压时
所以选择电容的耐压值应该大于34V,所以在可调电压部分选择3300uF/50V的电解电容电容,固定电压部分选择3300uF/25V电解电容。
因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布,易引起自激振荡,形成高频干扰。
所以稳压器的输入端并入瓷质小容量电容来抵消电解电容的电感效应和线路的杂波,抑制高频干扰。
固在稳压芯片前并入334瓷质电容,在其后并入104瓷质电容。
为了更好的消除纹波,在输出端前再并入470uF电解电容,其中12V以及3~12V选择的耐压值为35V,5V组选择耐压值为16V。
4.4分压电阻的选择
4.4.1可调电压部分
设
解之得:
4.4.2发光二极管串联分压部分
由于发光二极管的正常工作电流为5mA至10mA,压降为1~2V;所以在可调电压组的发光二极管后串联2K电阻,12V以及变压器输出端串联1K(变压器输出端的发光二极管选择了工作电流较高的管),5V组串联0.5K电阻。
5设计所需器件清单及仪器相关参数
表1.设计元件清单表
名称
型号
数量
备注
变压器
220V/20V/25W
1
集成稳压电路
7805
1
7812
1
LM317
1
集成运放
LM324
1
电解电容
3300uF/25V
1
470uF/35V
2
470Uf/16V
1
瓷片电容
334
3
104
3
电位器
5K
1
电阻
2K
1
1.6K
1
1K
6
680
1
330
6
100
1
LED
红色
8
二极管
1N5062
1
1N4007
5
开关
3
6电路图绘制
ROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件,在电子行业的CAD软件中,它当之无愧地排在众多EDA软件的前面,是电子设计者的首选软件,它较早就在国内开始使用,在国内的普及率也最高,有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它,几乎所有的电子公司都要用到它,许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。
首先建立一个设计数据库,其后看是原理图的绘制。
查找相关元件并对其进行设置,并将其把放在相应的位置,进行连线,然后进行ERC检查,确认无误后生成网络表并修改网络表中的错误;建立PCB文档,绘制禁止布线区,加载网络表并对元件进行布局,确认后开始自动布线,随后再手动进行细小的修改,完成原理图与PCB的设计。
7心得体会
此次基础强化训练至此已经接近尾声,一周的时间虽然很短暂,但在这一个星期的设计过程中收获颇丰。
在这次强化训练,结合电工实习中使用Protel99SE的一些经验,查阅相关书籍,进一步学习了Protel的相关知识和使用方法与技巧,独立自主使用Protel完成设计原理图、PCB板图的绘制。
在这之中也遇到了一些困难,例如许多元件在Protel中无法找到,或者没有封装。
通过网络,我找到了一些网友上传的元件库,完成了相关元件的绘制。
还有一些元件的管脚标注不正确,我通过修改元件库,或者是直接修改网络表,使其正确连接,在PCB图绘制时正确加载了原理图的网络表。
感谢学校给我们这次机会,提高学生的基础理论知识、基本动手能力。
这次强化训练,让我更好认识了相关的专业软件,熟悉了软件操作,也发现了自己还存在着许多的不足,许多软件概念的不了解,为我今后的学习指明了方向。
同时也感谢指导老师在设计过程中的辅导以及同学的帮助。
参考文献
[1]中国IC网.
[2]吴友宇.模拟电子技术基础.北京:
清华大学出版社,2009.1.
[3]XX百科.
[4]康华光.电子技术基础模拟部分(第五版).北京:
高等教育出版社,2006.1
[5]张建生.电源技术教程.北京:
电子工业出版社,2007.4.
[6]陈良银.Protel电路图设计自学与培训教程.上海:
浦东电子出版社,2001.11.
附录1可显示电压范围多路输出直流稳压电源设计原理图
附录2可显示电压范围多路输出直流稳压电源设计PCB图
本科生基础强化训练成绩评定表
姓名
性别
男
专业、班级
题目:
可显示电压范围多路输出直流稳压电源电路印制板图设计
答辩或质疑记录:
成绩评定依据:
最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定)
指导教师签字:
年月日
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