数控直流稳压电源课件.ppt

教材：电子课程设计与工艺实习 指导书宁波大学信息科学与工程学院编,设计题数控直流稳压电源,设计过程:电路图设计组装调试写设计调试报告,电路图设计：一、设计任务与要求,1、设计任务设计并制作有一定输出电压调节范围和功能的数控直流稳压电源。,2、基本要求1、输出直流电压调节范围015V，纹波小于20mV。2、输出电流0500mA。3、稳压系数小于0.2。,电路图设计：一、设计任务与要求,4、输出直流电压能步进调节，步进值为1V。5、由“+”、“-”两键控制输出电压步进值的增或减。6、用数码管显示输出电压值，当输出电压为15V时，数码管显示为“15”。,电路图设计：一、设计任务与要求,1、直流稳压电源框图,电源变压器,整流电路,滤波电路,稳压电路,+uO,220V50Hz,我们只对稳压电路部分进行设计，前三部分利用现成的实验室稳压电源。即 uI=实验室稳压电源的输出电压,+uI,电路图设计：,二、设计的基本原理,2、稳压电路工作原理,采用串联型稳压电路，其原理图为,电路图设计：二、设计的基本原理,调 整 管,取 样 电 路,比 较 放 大 器,基 准 电 压 电 路,输出电压为：,电路图设计：二、设计的基本原理,显然，UO与UZ成线性关系，若UZ是数控的，则UO就可以是数控的。故基准电源电路可用数控基准电源电路代替。,3、数控基准电源,数控基准电源的原理框图,电路图设计：二、设计的基本原理,此处，UO代替稳压管电压UZ。,数控基准电源的工作原理,电路图设计：二、设计的基本原理,产生记数的脉冲信号，实现电压步进值的增或减。“+”键控制步进增，“”键控制步进减。,对单脉冲产生电路的信号进行“+”或“”计数，或从预置数端直接输入所需的数值。,将计数器输出的数字量转换成模拟量UO，控制稳压电源的输出。,将计数器的输出译码，显示当前稳压电源的输出。,三、具体设计、总框图,、单元电路设计,1、数控基准电源1、单脉冲产生电路 单脉冲通常可以用按键产生，实际的电路有多种形式，可以由门电路构成，也可以由集成单脉冲触发器构成。,三、具体设计,单脉冲产生电路1（1）工作原理按键闭合：C充电，充=R1C按键断开：C放电，放=R2CG：施密特触发器，有VT+、VT-则uC与uO的波形为：,即按键一下，输出一个负脉冲。注意：R1电阻必须有，否则电容C容易损坏。,、单元电路设计 1、数控基准电源,（2）R、C及VCC值估算VCC估算：必须UR2 VT+,、单元电路设计 1、数控基准电源,VT+可根据选用的施密特触发器型号，从手册上查得。其值与施密特触发器的工作电源电压VDD有关。一般VDD、VCC取自同一个电源，根据实验室提供的稳压电源确定，如5V、10V、12V、15V等。,因,故,设：充电开始到uC=VT+所需时间为tW。则：,故：,、单元电路设计 1、数控基准电源,R、C估算：按键闭合后，必须能使电容C充电到VT+以上，从而使施密特触发器输出翻转。,tW必须小于手按键时间。,其中,R、C估算：,一般 取C=0.1F；查得VT+；由公式计算R1、R2（可取R1=R2）；单脉冲产生电路2可自己看指导书。,设：手按键时间为1ms；则,、单元电路设计 1、数控基准电源,2、可逆计数器 可逆计数器可直接用74LS192/74LS193实现。为使D/A转换方便起见，选用十六进制的 74LS193。、74LS193逻辑符号及引脚功能,、单元电路设计 1、数控基准电源,、与前后电路连接,74LS193,、单元电路设计 1、数控基准电源,“+”按键产生步进,“”按键产生步进,分别接4个双掷开关,用于置数,分别接D/A转换器的4个输入端。,3、D/A转换电路 D/A转换电路有多种型号，我们选用最常用的DAC0832 D/A转换芯片为例，说明D/A转换电路的设计。、内部结构,、单元电路设计 1、数控基准电源,、单元电路设计 1、数控基准电源,、单元电路设计 1、数控基准电源,VREF：参考电压输入端，电压范围为10V；Iout1：D/A转换器电流输出端，接外部运放的反相输入端；Iout2：D/A转换器电流输出端，接外部运放的同相输入端；RF：反馈电阻端，内部已有与倒T型网络匹配的电阻R。接外部运放的输出端。,、DAC0832基本工作方式双缓冲方式：两级寄存器均工作在输入锁存状态，即,、单元电路设计 1、数控基准电源,、DAC0832基本工作方式单缓冲方式：一级寄存器锁存，另一级直通。,、单元电路设计 1、数控基准电源,、DAC0832基本工作方式完全直通方式：两级寄存器均工作在直通状态，即,、单元电路设计 1、数控基准电源,、D/A转换电路的连接及参数设置连接方式：采用完全直通方式。,、单元电路设计 1、数控基准电源,也可自选反馈电阻，接在UO与IOUT1之间。,、D/A转换电路的连接及参数设置VREF设置：,、单元电路设计 1、数控基准电源,8位 D/A转换器的输出电压为：,因计数器输出只有4位，只能接D/A转换器中D0D7的4位，故输出电压与输入端的选择有关。,、单元电路设计 1、数控基准电源,若选低4位，则：,步进值为：,若取步进值为：,应取合适的VREF及步进值。,考虑:,则应取,若取步进值为：,则应取,若选高4位，则：,步进值为：,若取步进值为：,则应取,若取步进值为：,则应取,、D/A转换电路的连接及参数设置数控基准电源输出电压范围：,、单元电路设计 1、数控基准电源,若选低4位，则：D=0000000000001111,因,故,若选高4位，则：,D=0000000011110000,故,、D/A转换电路的外接运放选取根据运放的最大输出电压、输出电流选择,、单元电路设计 1、数控基准电源,若选低4位,运放的最大输出电压为：,若选高4位,、单元电路设计 1、数控基准电源,若选低4位,若选高4位,运放的最大输出电流为：,、D/A转换电路的外接运放选取,、输入电压UI的确定,、单元电路设计 2、稳压电路,由模电知识：,因设计指标：,一般,故,考虑电源电压波动10%，则：,即,取,、调整管参数选择（三个极限参数）,、单元电路设计 2、稳压电路,由模电知识：,设计指标：,选管子，使,注意管子类型，PNP还是NPN。,、运放的选取,、单元电路设计 2、稳压电路,运放输出电流：,设计指标：,运放输出电压：,运放电源电压：必须大于运放的输出电压。,、单元电路设计 2、稳压电路,基准电源的运放要求：若选高4位,显然，满足比较放大器的要求，就可以满足基准电源的要求，故运放可选用同一种。,比较放大器的运放要求：,、运放的选取,、取样电路R1、R2的选取,、单元电路设计 2、稳压电路,输出电压：,设计指标：,步进值：,步进值：,则：,、取样电路R1、R2的选取,、单元电路设计 2、稳压电路,则,若,若,则,R1、R2比例越大，调整越困难，故应选择合适的。,实际电路中，R1可用一个固定电阻和一个可调电阻串联，以便于调整比例。,、纹波小于20mV的设置,、单元电路设计 2、稳压电路,产生纹波的原因有两个：,变化，或,变化。,纹波为D最大时的UO。故,选低4位,选高4位,、纹波小于20mV的设置,、单元电路设计 2、稳压电路,选低4位,选高4位,A、,、纹波小于20mV的设置,、单元电路设计 2、稳压电路,即D/A转换器VREF端接的电压值必须在,范围内，才能使纹波小于20mV。,变化，,不变时：,A、,怎么实现？,、纹波小于20mV的设置,、单元电路设计 2、稳压电路,选低4位,选高4位,、纹波小于20mV的设置,、单元电路设计 2、稳压电路,即取样电路电阻比值必须在,范围内，才能使纹波小于20mV。,变化，,不变时：,1、译码显示电路框图,、单元电路设计 3、译码显示电路,译码显示电路框图,2、十六进制/BCD码转换电路,、单元电路设计 3、译码显示电路,、列真值表,2、十六进制/BCD码转换电路,、单元电路设计 3、译码显示电路,、卡诺图化简,2、十六进制/BCD码转换电路,、单元电路设计 3、译码显示电路,、卡诺图化简,、画电路图（略）,、单元电路设计、元器件选取规则,1、选电源电路中需用稳压电源的有：VCC、VDD、VREF、UI，这些值应根据计算结果，结合实验室稳压电源的允许值选取，然后再计算其它参数值。VCC、VDD尽量选择相同的值，从而减少使用电源个数，VREF尽量选整数,以使调整方便，误差少。2、选运放实验室提供了两种运放芯片LM353、LM342，查手册了解参数，确定引脚功能，搞清电源数值，按运放的电源电压必须大于输出电压的要求选择。3、选电阻实验室提供的电阻均是标称值的，应根据计算结果，选择相近值的电阻，不够部分加电位器调节。,将每一个单元电路经过Multisim仿真后，再做实际电路。,、Multisim 仿真,分别焊接单元电路，然后将各模块组装。1、整体结构布局和元器件的安置首先应该考虑电气性能上的合理性，其次要尽可能注意整齐美观，具体应注意以下几点：（1）整体结构布局要合理，要根据电路板的面积合理布置元器件的密度。（2）元器件的安置要便于调试、测量和更换。电路图中相邻的元器件，在安装时原则上也应就近安装。不同级的元件不要混置在一起，输入级和输出级之间不要靠近，以免引起级与级之间的寄生耦合，使干扰和噪声增大。,组装,（3）对于有磁场产生相互影响和干扰的元器件，应该尽可能分开或采取自身屏蔽。（4）发热元器件的安置要尽可能靠近电路板的边缘，以利于散热，必要时加装散热器。为保证电路稳定工作，对温度敏感的元器件要远离发热元件。（5）元器件的标志安装时应该一律向外，以便检查。元器件在电路板上的位置方向原则上应横平竖直。接插集成电路时首先应认清管脚排列方向，所有集成电路的插入方向应保持一致，集成电路上有缺口的或有小孔标志的一端一般在左侧。,组装,2、正确布线电子电路合理布线，不仅影响其外观，而且是影响电子电路性能的重要因素之一。电路中常见的自激振荡，往往是由于布线不合理所致。因此，为保证电子电路工作的稳定可靠，在电路安装时布线应注意以下几点：（1）所有布线应直线排列，并做到横平竖直，以减小分布参数对电路的影响。走线要尽可能短，信号线不可迂回，尽量减少形成闭合回路。信号线之间、信号线与电源线之间不要平行，以防寄生耦合而引起电路自激。（2）布线应贴近电路板，不应悬空，更不应跨接在元件上面，走线之间应避免相互重叠，电源线不要紧靠有源元件的引脚。,组装,（3）为使布线整洁美观，并便于测量和检查，要尽可能选择不同颜色的线，电源线的正负极和地线的颜色要有规律。（4）布线时一般先布置电源线和地线，再布信号线。布线时要根据电路原理图或装配图，从输入到输出逐级布线，切忌东接一根西接一根没有规律，这样容易形成错线和漏线。（5）地线是所有信号共同使用的通路，一般地线较长，为减小信号通过公共阻抗的耦合，故地线要选择较粗的导线。,组装,3、焊接工艺,组装,4、所需工具1）、小剪刀；2）、小螺丝刀；3）、镊子钳；4）、45W电烙铁。每组一套。购买地点：信息楼410房间购买时间：本周四（7月2日）上午9：00也可自己在其它地方购买，只要符合要求即可。,组装,1、调试各单元电路,调试,1、调试单脉冲电路，按键一下产生一个矩形波。2、测试可逆计数器是否可正常工作：计数器给一个矩形波，输出数字加1（或减1）；,调试,3、调试D/A转换器电路,可在电路中增加3个电位器RP1、RP2、RP3，如图。,、零点校准RP3：调零电位器。当输入00000000时，若vO0，调节RP3，使vO=0。若运放无调零部分就不用接RP3。,给数字量，用万用表测试输出模拟电压。,、校准调节,调试,3、调试D/A转换器电路,、校准调节,、增益校准RP2：调放大倍数电位器。当输入11111111时，,若vO9.96V，调RP2，使(RF+RP2)增大，放大倍数提高，使vO=9.96V。,调试,、校准调节,、增益校准RP1：调参考电压电位器。当输入11111111时，若vO9.96V，调RP1。增大RP1，使VREF减小，vO下降，直到vO=9.96V。,3、调试D/A转换器电路,调试,3、调试D/A转换器电路、步进调节在输入数字量00001111变化时：,4、调试基准电源电路将基准电源电路连接起来，输入数字量00001111变化时，基准电压输出变化正确，译码输出显示015。,低4位,高4位,2、调试总电路,调试,各块电路连接后，调试输出电压在输入数字量00001111变化时，能实现015V变化，同时显示015数字。,设计调试报告,课程设计的总结报告是对学生写科研论文和科研总结报告的能力训练。通过写报告，不仅把设计、组装、调试的内容进行全面的总结，而且把实践的内容上升到理论的高度。总结报告应包括以下几点：1、课题名称2、内容摘要3、设计内容及要求,设计调试报告,4、系统设计1、总体方案的确定。比较和选定设计的系统方案，作出系统框图。2、各单元电路的设计、参数计算和器件的选择。3、作出完整的电路图说明主要工作原理。,设计调试报告,5、系统的组装、调试1、使用的主要仪器仪表。2、调试电路的方法和技巧。3、测试数据和波形并与计算结果比较分析。4、调试中出现的故障、原因及排除方法。6、总结设计电路的特点和方案的优缺点，提出改进意见。7、列出参考文献。,时间安排,方案设计：第一周的周一周三方案检查：第一周的周四周五 学生写清单（用A4纸），老师签字，在316室领元器件。安装调试：第二周开始 第三周的周三必须全部结束验收。工作时间：上午8：3011：30 下午1：304：30,上交材料,1、设计调试报告，每人一份，必须独立完成，如有雷同作不及格处理；2、设计图纸，每组一份。参考网址：http:/,