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2.2.1直流稳压电路结构5
2.2.2发光二极管循环闪烁电路结构6
2.3具体实现6
2.3.1直流稳压电源电路的实现6
2.3.2发光二极管循环闪烁电路的实现6
第3章元件说明及参数计算7
3.1直流稳压电源电路元件说明及计算7
3.2发光二极管循环闪烁电路元件说明及计算7
第4章焊接与调试7
4.1焊接步骤及过程7
4.2电路调试步骤及过程9
4.2.1直流稳压电源电路调试9
4.2.2发光二极管循环闪烁电路调试9
4.3遇到问题及解决措施10
心得体会11
参考文献11
附录一直流稳压电源电路原理图12
附录二发光二极管循环闪烁电路电路原理图12
附录三直流稳压电源电路元件清单13
附录四发光二极管循环闪烁电路元件清单14
任务书
设计一个12V直流稳压电源
设计一个12V,300mA直流稳压电源,采用桥式整流,电容滤波,用万能板焊接出实物并调试成功,要求:
1、元件布局合理、美观,焊接良好,无虚焊、漏焊;
2、输入220V交流电由插头引入,做好绝缘安全措施;
3、输出电压可由相应接口引出;
4、具有电源开关指示功能。
LED循环闪烁电路
设计一个12V电源供电的LED循环闪烁电路,LED按一定规律和顺序循环点亮,用万能板焊接出实物并调试成功,要求:
2、12V直流电源供电,由相应接口引入电源;
3、10个LED点亮的循环速度在一定范围内可调,有相应调节元件并且调节方便(每个发光LED点亮时间在0.5S—5S可调);
4、具有复位功能(扩展)。
第1章设计要求及主要技术指标
1.1设计要求
1.1.1直流稳压电源电路设计要求(正文由此开始,宋体小四号字,1.5倍行距)
1、将220v交流电转换为12v、300mA的直流电,采用桥式整流,电容滤波。
2、元件布局合理、美观,焊接良好,无虚焊、漏焊;
3、输入220V交流电由插头引入,做好绝缘安全措施;
4、输出电压可由相应接口引出;
5、具有电源开关指示功能。
1.1.2发光二极管循环闪烁电路设计要求
1、用12V电源供电的LED循环闪烁电路,LED按一定规律和顺序循环点亮,用万能板焊接出实物并调试成功;
3、12V直流电源供电,由相应接口引入电源;
4、10个LED点亮的循环速度在一定范围内可调,有相应调节元件并且调节方便(每个发光LED点亮时间在0.5S—5S可调);
1.2主要技术指标
1.2.1直流稳压电源技术指标
集成直流稳压电源,技术指标如下:
直流输出电压UO可调范围(Uomin~Uomax)
最大输出电流Iomax
输出端纹波电压Uo
稳压系数SV
输出动态电阻Ro
前两个指标是稳压电源的特性指标,它决定了电源的适用范围,同时也决定了稳压器的特性指标及如何选择变压器、整流二极管和滤波电容等。
而后三个指标为稳压电源的质量指标(含温度系数)。
1最大输出电流
最大输出电流是指稳压电源正常工作的情况下能输出的最大电流,用Iomax表示。
一般情况下的工作电流Io<Iomax,稳压电路内部应有保护电路,以防止Io>Iomax或者输出端与地短路时损坏稳压器。
2直流输出电压UO
直流输出电压是指稳压电源的输出电压,也即是稳压器的输出电压,用UO表示。
采用图1-1-4所示电路可同时测量UO与Iomax。
测试过程是:
先调节输出端的负载电阻,使
、交流输入电压为220v,此时数字电压表的测量值即为UO,再使RL逐渐减小,直到UO的值下降5%,此时负载RL中的电流即为Iomax(记下Iomax后迅速增大RL,以减小稳压器的功耗)。
3纹波电压UO
纹波电压是指叠加在输出电压UO上的交流分量。
可以采用示波器直接观测其峰-峰值。
也可用交流毫伏表测量其有效值UO。
因为UO不是正弦波,所以用有效值衡量其纹波电压,存在一定误差。
UO的大小主要取决于滤波电容、负载电阻及稳压系数等。
4稳压系数SV
SV是衡量稳压器稳压效果最主要的指标,它是指当负载电流Io和环境温度都保持不变时输入电压Ui的相对变化所引起的输出电压的相对变化,即
SV越小越好。
SV的测量电路仍如上图,其过程为:
先调节自耦变压器,例如使Ui=242V,测量此时对应的输出电压UO1,再调节自耦变压器,使Ui=198V,测量此时对应的输出电压UO2,然后再测出Ui=220v时对应的输出电压UO,则稳压系数SV为
5输出动态电阻RO
RO是指在环境温度T,输入电压Ui等条件保持不变的条件下,由于负载电流IO变化引起的UO变化,即
RO越小,UO的稳定性越好,它主要是由稳压器的内阻所决定的。
仍用上图电路测试,但须注意RL不能取得太小,一定要满足
,否则会因输出电流过大而损坏稳压器。
直流稳压电源的技术指标可以分为两大类:
一类是特性指标,反映直流稳压电源的固有特性,如输入
直流稳压电源电压、输出电压、输出电流、输出电压调节范围;
另一类是质量指标,反映直流稳压电源的优劣,包括稳定度、等效内阻(输出电阻)、纹波电压及温度系数等。
1.2.2发光二极管循环闪烁电路技术指标
(1)允许功耗Pm:
允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。
超过此值,LED发热、损坏。
(2)最大正向直流电流IFm:
允许加的最大的正向直流电流。
超过此值可损坏二极
(3)最大反向电压VRm:
所允许加的最大反向电压。
超过此值,发光二极管可能被击穿损坏。
(4)工作环境topm:
发光二极管可正常工作的环境温度范围。
低于或高于此温度范围,发光二极管将不能正常工作,效率大大降低。
第2章电路原理设计
2.1原理分析
2.1.1直流稳压电源电路原理分析
要将220v的交流电转换为12v、300mA的直流稳压电源,需要四个环节。
(1)、变压环节:
用整流变压器将220v的交流电源电压变换为12v的交流电压。
(2)、整流环节:
将12v的交流电压变换为单向脉动电压。
所需元件是二极管或,利用它们的单向导电性来实现的,用四个二极管组合为单向桥式整流能更加充分的利用电能。
(3)、滤波环节:
减小整流电压的脉动程度,以适合负载的需要,是利用电容来实现的。
(4)、稳压环节:
在交流电源电压波动或负载变动时,使直流输出电压稳定,单片集成稳压电源。
2.1.2发光二极管循环闪烁电路原理分析
该电路由电源、多谐振荡器和发光二极管组成。
发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物其核心是PN结。
因此它具有一般P-N结的I-N特性,即正向导通,反向截止、击穿特性。
此外,在一定条件下,它还具有发光特性。
在正向电压下,电子由N区注入P区,空穴由P区注入N区。
进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光。
先通过电源部分输出直流12V稳流电压为电路供电,电流通过发光二极管和电阻为多谐振荡器部分电容充电,由于晶体管放大系数不一样,放大系数大的先导通系数小的截止,同一电路上发光二极管被点亮。
电容充电完后,在放电时放大系数小的晶体管,则导通系数大的截止。
原先发光二极管熄灭同时其余发光二极管被点亮,如此循环发光二极管呈闪烁状被点亮。
闪烁相隔时间为4到5S。
调节电位器的阻值,可以改变多谐振荡器输出波形的占空比,从而改变发光二极管的闪烁亮度和速度。
还有电路部分是相互对称的,所以发光二极管闪烁的图形也是对称状,可以组成各式各样跳动灯光效果。
2.2整体构思
2.2.1直流稳压电路结构
直流稳压电流有以下步骤而得,其电路图见附录1。
2.2.2发光二极管循环闪烁电路结构
用所设计的直流稳压电源供电,起电路图见附录2.
2.3具体实现
2.3.1直流稳压电源电路的实现
按照直流整流电路的基本原理设计一个合适的电路,根据所选电路和已知参数算出所需元件的参数,在根据参数选择合适的元器件,再将器件按照合理的焊接接在电路板上即可。
1、220V50Hz交流电输入是由一条导线和一个普通的插头再加上一个保险管构成。
2、变压器降压是由一个8W15V单绕组的降压变压器构成。
3、二极管整流部分是由桥堆来构成实现的。
4、电容滤波部分是由一个1000uF电解电容来构成
5、稳压部分是由一个三端稳压器和两个0.1uF电容和一个470uF的电解电容来实现的,在三端稳压器输入端的电容是用来抑制三端稳压器自激整荡,另外两个是用来减少三段稳压器的噪声的。
6、电源指示是由一个1K的电阻和一个红色的发光二极管来实现。
7、直流输出部分是由两脚输出接口(5.08)实现的。
2.3.2发光二极管循环闪烁电路的实现
根据原理和要求设计出合理的电路图,根据所选电路和已知参数算出所需元件的参数,在根据参数选择合适的元器件。
1、12V的直流输入是用两脚输入接口(5.08)实现的。
2、脉冲的发生是用NE555构成的多谐整荡器来实现的,因为NE555构成的多谢整荡器就是一个自激整荡电路,当电路连接好之后,只要通电,在其输出端便可以获得矩形脉冲。
我们所用的元件是电容两个和两个电阻来构成的。
3、脉冲频率的控制是利用电位器代替6和7脚之间的电阻通过调节电位器的旋钮来实现调节脉冲的。
因为(tw1=0.7(R1+R2)C)所以可以调节电位器的电阻来调节脉冲。
4、脉冲循环的控制和发光二极管的驱动是将脉冲信号输入环形计数器CD4017再将循环计数器连接发光二极管来实现的。
5、发光二极管部分是利用十颗红色的发光二极管的和十颗680的电阻串联了和环形计数器连接来构成的。
3章元件说明及参数计算
3.1直流稳压电源电路元件说明及计算
电源电压U=220V,U:
U1=220:
15,则U1=15V,则选择220v/15v的变压器,U2=(1.1~1.2)U1取U2=1.2U1=
每只二极管式桥堆所承受的最大反向电压
桥堆中每只二极管的平均电流Iav=2A,
电解电容所承受的最大反向电压U1m=1.4U1=21V与发光二极管所串联的电阻R1=(U3-1.5)/0.01=1K欧假如一个熔断器作为电路的保护其最大电流是I=8/220=0.036A
3.2发光二极管循环闪烁电路元件说明及计算
发光二极管循环闪烁的时间间隔T=0.7(R1+2R2)C当R2=0时T=0.7R1C=0.7*2000*0.0000033=5ms当R2=680K时T=0.7(R1+2R2)C=0.7(2000+680000)*0.0000033=1.58s所以发光二极管循环闪烁的时间间隔是5ms~1.58s
第4章焊接与调试
4.1焊接步骤及过程
在制作电子仪器时,焊接质量好不好对整机的质量有着非常密切的关系。
焊接不良不仅会给调试带来很大的困难,而且会严重影响整机的技术性能与可靠性。
虚焊是一种最令人伤脑筋的故障,一定要在焊接时尽可能防止它。
1焊接面的清洁处理
焊接前,首先要将焊接面用砂纸或刮刀进行清洁处理,去掉金属氧化层,露出新表面,随后涂上焊剂,立即沾上锡。
但引线上已经镀金、镀锌、镀银的,千万不能把镀层刮伤,若引线不清洁,只能用橡皮擦干净,一般也要先沾上锡。
凡是预先沾上锡的焊接面,就不易形成虚焊。
对难于沾锡的铁脚,一般都用腐蚀性强的焊油作焊剂,当铁脚沾上锡以后,一定要用溶剂将焊油擦干净。
2烙铁温度要适当
焊接时,一定要等到烙铁头的温度足够高,即能够很快将锡熔化时,再开始焊接。
否则烙铁头接触焊点时,焊锡不能充分熔化,焊剂作用不能充分发挥,焊点不光洁,不牢固,甚至形成虚焊。
3焊接时间要适当
焊接时间适当是指烙铁头在焊点处停留时间不要过长,也不要过短。
当看到焊接处的锡面全部熔化,即可拿开烙铁头。
此时焊锡还没有凝固,焊接件不能抖动,待焊锡凝固后,才可放开所捏元件。
如果在焊锡未凝固前就移动所焊元件,焊锡就会凝成砂状或附着不牢而形成虚焊。
在焊接过程中,熔化了的铝锡合金对银有较强的熔解能力,俗称“吃银”现象。
焊接时间延长和焊接温度提高都会使银熔量明显增加,使一些镀银表面的附着力强度下降,甚至把银层破坏掉,所以一般规定焊接镀银管脚时间不要超过3秒钟。
对镀金、镀锌的管脚,一般也规定焊接时间不要超过3秒钟,时间过长也会损伤元器件,甚至会影响印刷电路板铜箔的附着力。
在焊点铜箔很小,电路板导线宽度很细的密集型电路板的焊接中,应选低熔点的焊锡,以及在印刷电路板上直接镀上铝锡合金,以缩短焊接时间与降低焊接温度。
4焊锡量要适当
焊锡量过多,使焊锡堆成一大堆,内部却难于焊透,也难于从外观上判断焊锡与引线是否浸润接触。
焊锡量过少,两个被焊接的金属面结合不牢,防震效果差。
一般以将元件引线全部浸没,而其轮廓又隐约可见为宜。
5焊接次序
先焊小型元件和细导线,后焊中型、大型元件与晶体管、集成电路。
有源器件相对来说比较娇、贵,后焊可防止因焊接其他元件时不小心使之损坏。
6焊接的安全问题
(1)在焊接MOS器件时,其栅级的绝缘电阻非常高,栅级如感应上电荷就很难泄漏,会产生较高的电压而造成击穿。
所以烙铁外壳要接地。
在带有MOS器件的电路板上焊接少数几个焊点时,为了安全,一般先将烙铁的电源插头拔下,利用烙铁的余热进行焊接。
(2)焊接时要注意人身安全,工作中要防止触电、烫伤。
不要任意乱甩焊锡。
工作场所布置要整齐,要备有烙铁架,不要将烙铁放在木板或桌面上。
特别是离开工作场所时一定要拔下烙铁的电源插头,切断烙铁的电源。
4.2电路调试步骤及过程
4.2.1直流稳压电源电路调试
先检查电路无误后接通电源,现将数字万用表的量程打在电压挡,在用红表笔接在电路的正输出端,黑表笔接在电路的负输出端,得出电压为12v,再将量程打在电流挡,测得电流为300mA,及电路设计成功。
4.2.2发光二极管循环闪烁电路调试
1、在安装前要对电阻的阻值进行判断,用数字万用表的两个表笔不分正、负极接在电阻的两个引脚上,量程打在Ω档。
(用目测电阻的色环也可读出阻值)
2、分清发光二极管、电容的正、负极(长正短负)
发光二极管的检测
用万用表检测。
利用具有×
10kΩ挡的指针式万用表可以大致判断发光二极管的好坏。
正常时,二极管正向电阻阻值为几十至200kΩ,反向电阻的值为∝。
如果正向电阻值为0或为∞,反向电阻值很小或为0,则易损坏。
这种检测方法,不能实地看到发光管的发光情况,因为×
10kΩ挡不能向LED提供较大正向电流。
如果有两块指针万用表(最好同型号)可以较好地检查发光二极管的发光情况。
用一根导线将其中一块万用表的“+”接线柱与另一块表的“-”接线柱连接。
余下的“-”笔接被测发光管的正极(P区),余下的“+”笔接被测发光管的负极(N区)。
两块万用表均置×
10Ω挡。
正常情况下,接通后就能正常发光。
若亮度很低,甚至不发光,可将两块万用表均拨至×
1Ω若,若仍很暗,甚至不发光,则说明该发光二极管性能不良或损坏。
应注意,不能一开始测量就将两块万用表置于×
1Ω,以免电流过大,损坏发光二极管。
3、导线尽量选择带绝缘层的(为了避免短路)
安装完毕后,接通电源调试先用万用表测量电源变压器电压,量程打在AC20V档输出为交流电压为11.81V,把量程打在DC20V用数字万用表黑色表笔接地,红色表笔接正测量电源输出端电压为11.74V。
电源部分无故障。
将12V直流电源接入电路后,电路无现象产生。
未查出故障将电路重新连接。
接通电源,电路正常。
电路现象:
当电源接通后电容充电红灯点亮,电容放电后绿灯闪亮,如此循环。
电路顺利完成。
4.3遇到问题及解决措施
1、在焊接时焊接点不美观甚至手抖使焊锡在电路板上随意的流动,导致了短路等。
这个主要是自己对焊接不熟练,要加强练习,多请老师指导。
2、在整流电路中,如输出电压与所要求输出的相差太远,可能是我们所选的变压器不合理,从先算数据,选择变压器。
2、如不通电,测可能是焊接不规范,有些地方不应相接的连接了,有可能是某些器件的正反接反了,仔细检查焊接版和用万用表检查器件是否接反。
3、在二极管闪烁循环电路中,如发光二极管不安次序发光,则可能是555定时器接法有误,或555定时器已损坏,用数字万用表检查是否损坏和接法是否正确。
心得体会
这次的课程设计是将220v的交流电转换为12v的直流电,平时在生活中用到很多这样的设备,比如手机充电器,MP3充电器等等。
这次要我们来设计这样的器件,就是要将在课堂上所学的电子技术基础知识与实践相结合,也是考察我们所学知识的多少与扎实。
在刚开始时,知道直流整流电路的各个环节以及所需元件,但在具体计算所需元件的参数时却遇到了很多困难,这也说明了我的理论知识还很浅薄,还有很多没有掌握,需要更进一步的努力。
第二个课题设计是LED闪烁电路的设计与制作。
最终顺利完成该电路的设计与制作。
从开始搜索资料到中期的电路连接付出大量的汗水,但是在成功的那一刻,觉得一切都是值得的,虽然过程中有过几次失败。
失败也证明了我能力的不足、知识的匮乏。
因此,为了要完成本次课题,我不断的去询问老师同学以及上网去图书馆搜索资料来充实自己,直到最后的成功。
通过这次课程设计,加强了自己的实践能力,同时也提高了自己理论知识,也让我更熟练使用一些基本工具,如使用万用表等测量仪器测量数据,以及利用仪器如何检查故障的根源,怎样排除故障的方法。
只要努力、只要拼搏永不放弃,成功不会太远的。
参考文献
1.秦曾煌《电工学》第七版下高等教育出版社
2.薛学明《稳压电源及其电路实例》中国铁道出版社.1990
附录一直流稳压电源电路原理图
附录二发光二极管循环闪烁电路电路原理图
附录三直流稳压电源电路元件清单
序号
元件名称
元件参数
数量
单价
备注
1
万能板
70*90mm
2.00
2
两脚输出插孔
5.08mm
0.30
3
变压器
8W/15V
13.00
4
整流桥堆
2A
1.00
5
电解电容
1000uF
0.50
耐压值25V
6
470uF
0.40
7
瓷片电容
0.1uF
0.10
104
8
保险管
0.5A
0.20
9
导线
接插头
10
电阻
1K
11
三段稳压器
7812
12
插头
13
LED
红
14
保险管插座
0.5
15
16
17
18
19
20
21
22
23
附录四发光二极管循环闪烁电路元件清单
2K
680
电位器
680K
4.00
360度旋转
旋钮
配电位器
NE555
CD4017
1.50
3.3uF
0.01uF
0.1
103
八脚插头
插NE555
十六脚插头
插CD4017
两脚输入插孔
24
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