電子技術(shù)課程設(shè)計報告---直流穩(wěn)壓電源設(shè)計

1、<p><b>　　《電子技術(shù)》</b></p><p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程 </p><p>　　班 級： xxxxxxx </p><p>　　姓 名：

2、 xxxxxx </p><p>　　指導(dǎo)教師： xxxxxxxxxxxxx </p><p>　　2011年6月21日</p><p>　　電子技術(shù)程序課程設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　一、設(shè)計題目：直流穩(wěn)壓電源設(shè)計 方波、三角波和正弦信號發(fā)生器</p><p&g

3、t;　　二 、設(shè)計任務(wù)與要求 </p><p>　　設(shè)計任務(wù)1：設(shè)計一個直流穩(wěn)壓電源</p><p>　　要求：（1）輸出電壓5V、+12V、-12V三檔；</p><p>　?。?）輸出電流：最大電流>1A；</p><p>　?。?）紋波電壓峰值Vop-p≤5mv，穩(wěn)壓系數(shù)Sr≤5%，電網(wǎng)電壓波動正負10%。</p>

4、<p>　　設(shè)計任務(wù)2：設(shè)計由集成運算放大器和晶體管放大器組成的方波——三角波——正弦波函數(shù)發(fā)生器。系統(tǒng)圖如下：</p><p>　　要求：(1)輸出波形 正弦波、方波、三角波。</p><p>　　(2)頻率范圍 頻率范圍1HZ~10HZ,10HZ~100HZ。</p><p>　　(3)輸出電壓 方波的輸出電壓峰峰值為10V, 三角波峰峰值、

5、正弦波峰峰值>1v.</p><p>　　(4)波形特性 表征正弦波特性的參數(shù)是非線性失真r1,一般要求r1<3%：表征三角波特性的參數(shù)是非線性系數(shù)是 r2,一般要求r2<2%；表征方波的參數(shù)是上升時間一般要求小于100ns（1KHZ,最大輸出時）。</p><p>　　四、可提供的主要電子元器件 </p><p>　　課題一 直流穩(wěn)壓電源<

6、;/p><p><b>　　課題二 信號發(fā)生器</b></p><p>　　目 錄</p><p>　　1設(shè)計題目…………………………………………………………… 4 </p><p>　　2設(shè)計任務(wù)和要求…………………………………………………… 4</p><p>　　3方案選擇、電路工

7、作原理及電路圖……………………………… 4 3.1直流穩(wěn)壓電源工作原理……………………………………………… 4</p><p>　　3.2 方波--三角波產(chǎn)生電路的設(shè)計……………………………………… 5</p><p>　　3.3 三角波----正弦波變換電路的設(shè)計………………………………… 8</p><p>　　3.4 三角波---正弦波變換電路的調(diào)試…

8、……………………………… 10</p><p>　　4安裝、調(diào)試中遇到的問題,解決的方法………………………… 10</p><p>　　5總結(jié)………………………………………………………………… 10</p><p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p>　　一、設(shè)計題目：直流穩(wěn)壓電源設(shè)計 方

9、波、三角波和正弦信號發(fā)生器</p><p>　　二 、設(shè)計任務(wù)與要求 </p><p>　　設(shè)計任務(wù)1：設(shè)計一個直流穩(wěn)壓電源</p><p>　　要求：（1）輸出電壓5V、+12V、-12V三檔；</p><p>　?。?）輸出電流：最大電流>1A；</p><p>　?。?）紋波電壓峰值Vop-p≤5mv，穩(wěn)壓

10、系數(shù)Sr≤5%，電網(wǎng)電壓波動正負10%。</p><p>　　設(shè)計任務(wù)2：設(shè)計由集成運算放大器和晶體管放大器組成的方波——三角波——正弦波函數(shù)發(fā)生器。系統(tǒng)圖如下：</p><p>　　要求：(1)輸出波形 正弦波、方波、三角波。</p><p>　　(2)頻率范圍 頻率范圍1HZ~10HZ,10HZ~100HZ。</p><p>　　(

11、3)輸出電壓 方波的輸出電壓峰峰值為10V, 三角波峰峰值、正弦波峰峰值>1v.</p><p>　　(4)波形特性 表征正弦波特性的參數(shù)是非線性失真r1,一般要求r1<3%：表征三角波特性的參數(shù)是非線性系數(shù)是 r2,一般要求r2<2%；表征方波的參數(shù)是上升時間一般要求小于100ns（1KHZ,最大輸出時）。</p><p>　　三、方案選擇、電路工作原理及電路圖&

12、lt;/p><p>　　3.1直流穩(wěn)壓電源工作原理</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成，其原理框圖如圖所示。電網(wǎng)供給的交流電壓他T1(220V,50Hz) 經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓,然后由整流電路變換成方向不變、大小隨時間變化的脈動電壓，再用濾波器濾去其交流分量，就可得到比較平直的直流電壓。但這樣的直流輸出電壓，還會隨交流電網(wǎng)電壓

13、的波動或負載的變動而變化。在對直流供電要求較高的場合，還需要使用穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定。</p><p>　　其整流部分為單相橋 實現(xiàn)頻率補償，防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激震蕩和抑制電路引入的高頻干擾，c2、c4、c6、c8、c10是電解電容，以減少穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。穩(wěn)壓器件由L7812、L7805、7912組成，分別輸出12v、5v、-12v的電壓。</p><

14、p>　　3．2 方波--三角波產(chǎn)生電路的設(shè)計</p><p>　　如圖2所示電路能自動產(chǎn)生方波---三角波信號。</p><p>　　圖2 方波—三角波產(chǎn)生電路</p><p>　　其中運算放大器IC1與R1，R2及R3,RP1組成一個遲滯比較器，C1為翻轉(zhuǎn)加速器。遲滯比較器的Ui（被比信號）取自積分器的輸出，通過R1接運放的同相輸入端，R1稱為平衡電組；遲

15、滯比較器的UR（參考信號）接地，通過R2運放的反相輸入端。遲滯比較器輸出U01的高電平等于正電源電壓+VCC，低電平等于負電源電壓-VEE(VEE=-VEE)當U+ ≤U-時，U01輸出從高電平+VCC翻轉(zhuǎn)到低電平-VEE；當U+ ≥U-時，輸出U01從低電平-VEE跳到高電平+VCC。</p><p>　　若U01=+VCC，根據(jù)電路疊加原理可得</p><p>　　將上式整理，因為UR

16、=0，則比較器翻轉(zhuǎn)的下門限電位UTH2為</p><p>　　若U01=-VEE，根據(jù)電路疊加原理可得</p><p>　　將上整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位UTH1為</p><p>　　比較器的門限寬度△UTH 為</p><p>　　由上式可得遲滯比較器的電壓傳輸特性如圖3所示</p><p>　　圖3 比較器

17、傳輸特性</p><p>　　運放IC2與R4，RP1和C2及R5組成的反相積分器。其輸入是前級輸出的方波信號U01，從而得積分器的輸出U01為</p><p>　　當U01=+VCC時，電容C2充電，電容的電壓U02上升</p><p>　　即U02下降。當U02（即Ui）下降到U02= UTH2時，比較器IC1的輸出U01狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，即U01由高電平+VCC變

18、為低電平-VEE ，于是電容C2放電，電容電壓Uc2下降，而</p><p>　　即U02線性上升。當U02（即Ui）上升到U02= UTH1時，比較器IC1輸出U01狀態(tài)又發(fā)生翻轉(zhuǎn)</p><p>　　即U01由低電平-VEE變?yōu)楦唠娖?VCC，電容C2又被充電，周而復(fù)始，振蕩不停。</p><p>　　U01輸出是方波，U02輸出是一個上升速度與降速率相等的三角

19、波，其波形關(guān)系如圖4所示</p><p>　　圖4 三角波與方波的關(guān)系</p><p>　　由上圖可知，三角波的幅值U02m為</p><p><b>　　U02的下降時間為</b></p><p><b>　　而</b></p><p><b>　　U02的上升時

20、間為</b></p><p><b>　　而</b></p><p>　　把UTH1和UTH2值代入，得三角波的周期（方波的周期和其相同）為</p><p>　　從而可知方波----三角波的頻率為</p><p>　　由f和U02m的表達式可以得出結(jié)論：</p><p>　　Ⅰ.使用電

21、位器RP2調(diào)整方波----三角波的輸出頻率時,不會影響輸出頻率和幅度.若要求輸出信號頻率范圍較寬,可用C2改變頻率范圍,用RP2實現(xiàn)頻率微調(diào).</p><p>　　Ⅱ.方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓VCC,三角波的輸出幅度不超過電源電壓VCC.電位器RP1可實現(xiàn)幅度微調(diào),但會影響方波的頻率.</p><p>　　實現(xiàn)設(shè)計中, IC1和IC2可選擇雙運算器集成電路LM747(也可以選其他合適的

22、運放),采用雙電源供電, +VCC=12V,- VEE=-12V。</p><p>　　比較器與積分器的元器件參數(shù)計算如下:</p><p><b>　　由式</b></p><p><b>　　得</b></p><p>　　取R2=10K,則R3+ RRP1=30K,選擇R3=20K, RRP1

23、為27K的電位器.</p><p>　　取平衡電阻RP1=R2∥（R3+ RP1）≈10K由式</p><p><b>　　得</b></p><p>　　當1HZ≤f≤10HZ時,取C2=10uF,則R4+ RP2=(75～7.5)K,選擇R4=4.7K, RP2為100K的電位器.當1HZ≤f≤10HZ時,取C2=10uF以實現(xiàn)頻率波的轉(zhuǎn)換

24、(實現(xiàn)電路當中需用波段開關(guān)進行轉(zhuǎn)換), R4和RP2的取值不變.平衡電阻R5. =10K</p><p>　　C1為加速電容,選擇電容值為100pF的瓷片電容.</p><p>　　3．3 三角波----正弦波變換電路的設(shè)計</p><p>　　工作原理在本設(shè)計方案中，三角波-正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力強，

25、可以有效地抑制零點漂移。利用差分放大器可將低頻率的三角波變換成正弦波。波形變換利用的是差分放大器傳輸特性曲線的非線性。根據(jù)理論分析差分電路的差模輸入U為三角波，則I與的波形近似為正弦波。因此單端輸出電壓U也近似于正弦波，從而實現(xiàn)了三角波-正弦波的變換。.這里選擇的差分放大器電路形式如圖所示.波形變換利用的是差分放大器的傳輸特性曲線的非線性.分析表明,傳輸特性曲線表達式為</p><p>　　式中α=IC/IE≈1

26、;為差分放大器的恒定電流;UT為溫度的電壓當量,當室溫為25℃時UT≈26Mv。</p><p>　　根據(jù)理論分析,如果差分電路的差模輸入Uid為三角波,則IC1和IC2的波形近似為正弦波.因此,單端輸出電壓Uo3也近似于正弦波,從而實現(xiàn)三角波的變換.由圖可知,差動放大器電路的傳輸特性曲線的線性區(qū)域窄,其輸出波形近于正弦波.在圖5所示的電路中,電阻R*1與電位器RP3用于調(diào)節(jié)輸入三角波的幅度, RP4用于調(diào)節(jié)電路

27、的對稱性, RE1可以減小差動放大器的傳輸特性的線性區(qū).電容C3 ,C4 ，C5 ,為隔直電容, C6為濾波電容,以濾除諧波分量,改善輸出波形.</p><p>　　圖5 三角波—正弦波轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　差分放大電路采用單端輸入---單端輸出的電路形式，4只晶體管選用9013。電源電壓同上，取+VCC=12V,- VEE=-12V。</p><p>　

28、　三角波---正弦波變換電路的參數(shù)如下：</p><p>　　三角波經(jīng)電容C3和分壓電路R6、Rp2給差分電路輸入差模電壓Uid。因三角波頻率不太高，所以隔直電容C3 ,C4 ，C5要取得大一些，這里取C3 =C4 =C5=470Uf.濾波電容C6視輸出的波形而定，若含高次諧波成分較多，C6可取得較小，一般為幾十皮法至幾百皮法。RE1=100與RP4=100相并聯(lián)，以減小差分放大器的線性區(qū)。差分放大電路的靜態(tài)工作

29、點主要由恒流電源I0決定，故一般先設(shè)定I0。I0取值不能太大，I0越小，恒流源越恒定，溫漂越小，放大器的輸入阻抗越高。但I0也不能太小，一般為幾毫安左右。這里取差動放大的恒流源電流I0=1mA，則Ic1=Ic2=0.5Ma.</p><p>　　對于恒流源電路，其靜態(tài)工作點和元器件參數(shù)計算如下：</p><p>　　發(fā)射極電阻一般取幾千歐姆，這里選擇RE3=RE4=2K，所以=9.3K。在

30、實際當中可用一個10K的電位器和一個4.7K的電阻來代替。</p><p>　　3.4 三角波---正弦波變換電路的調(diào)試</p><p>　　A．移去信號源，再將C4左端接地，測量差分放大器的靜態(tài)工作點I0,UC1,UC2,UC3,UC4。調(diào)整RP4使UC1=UC2。</p><p>　　B．將RP3與C4連接，調(diào)節(jié)RP3，使 U03的輸出波形接近正弦波，調(diào)整C6大

31、小可改善輸出波形。如果U03的波形出現(xiàn)較嚴重的失真，剛應(yīng)調(diào)整和修改電路參數(shù)，如果產(chǎn)生鐘形失真，是由于傳輸特性曲線的線性區(qū)太寬所致，應(yīng)減小RE1。</p><p><b>　　總電路圖</b></p><p>　　四、安裝、調(diào)試中遇到的問題,解決的方法</p><p>　　1、輸出的電壓原理是12v和5v但我們調(diào)試出來結(jié)果是12.03和4.99，

32、有一點偏差，主要是線路及其電容的原因，導(dǎo)致結(jié)果有點誤差。</p><p>　　2、對于第二個波形轉(zhuǎn)換，我們這組正弦波和三角波很明顯，方波出來時有點怪異，不怎么明顯，后來我們發(fā)現(xiàn)有一個三端器件的腳沒接地，接上就好了。</p><p>　　3、在焊接的時候容易把兩個之間焊在一起，導(dǎo)致有時候短路，我們這組開始就是這樣，把一個電容燒壞了，后來發(fā)現(xiàn)是焊接的問題。</p><p&g

33、t;　　4、調(diào)試發(fā)現(xiàn)輸出方波不對稱，通過改變RW3阻值來調(diào)節(jié)頻率與占空比，可獲得占空比為50%的方波，電位器RW3與外接電容C一起決定了輸出波形的頻率，調(diào)節(jié)RW3可使波形對稱。</p><p><b>　　五、總結(jié)</b></p><p>　　這次課程設(shè)計真的讓我學(xué)到了很多，增加了我們對電子技術(shù)的認識，增深了我們對電子技術(shù)的理解深度和運用的能力，更重要的是深深的感受到

34、“團隊精神”的重要性，學(xué)在其中，樂在其中。</p><p>　　課程設(shè)計還讓我一個最大的收獲就是“細心”和“專研”的精神， 剛開始的那幾天，我們這個團隊焊接電路不怎么熟悉，幾乎連續(xù)幾個晚上焊到了一兩點，但我們一點也不覺得累，因為那是我們的勞動成果，是體現(xiàn)我們動手能力的一個最好的機會，第二天去實驗室調(diào)試時，剛接上去，1000uF電容爆了，我們沒有灰心，幾個人在上面檢查起來，發(fā)現(xiàn)是焊接的時候短路了，還真是吃了粗心的虧

35、啊，所以在做第二個實驗的時候我們是一再小心，直到三個人輪流檢查直到都發(fā)現(xiàn)沒有錯誤，調(diào)試很成功，我們心里很是高興。</p><p>　　有一個地方我們需要建議的的是，實驗室提供我們的元件太有限，這也是大家共同的心聲，有時候不小心把哪個元件燒掉就不能進行第二次焊接，最后還是我們的老師想辦法從以前的模版上拆一部分讓我們焊接，真的很謝謝老師一直對我的細心指導(dǎo)。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計

36、，讓自己從模糊到自己動手去做，焊接上的每一個元件都會有成就感，特別是在調(diào)試成功之后，那種感覺真的很好，還要感謝我們組的每一個成員，沒有他們，我們的程序設(shè)計也不可能這么快完成，還有我身邊的朋友和老師，謝謝你們。</p><p><b>　　參考書目：</b></p><p>　　[1] 《電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分》 康光華著 高等教育出版社</p>