手機(jī)充電器電路的設(shè)計(jì)及小功率（12vdc）降壓穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)

PAGE1手機(jī)充電器電路的設(shè)計(jì)1.選題背景隨著現(xiàn)代科技的日益發(fā)展，對手機(jī)的要求也日趨多功能化。而手機(jī)耗電量的逐步增加，引起了人們的高度重視，這就使我們提高了對手機(jī)電池節(jié)能的要求。另一方面，手機(jī)電池隨著手機(jī)體積的日漸縮小而變得越來越精小化。然而，電池供電技術(shù)卻并沒有隨之提高，這就使我們手機(jī)出現(xiàn)了待機(jī)時間日漸減短的問題，從而，給一些經(jīng)常外出的人們在使用手機(jī)時帶來了不少的麻煩。為解決這一問題，許多人在購買手機(jī)時采用了雙電雙充的配置方案，以便用來解決手機(jī)耗電量大的難題。當(dāng)然，這樣做也相應(yīng)提高了手機(jī)的購置成本，同時，在我們使用的時候也并不像想象中的那樣方便，這使得我們外出時因?yàn)殡姵仉娏坎蛔阌绊懯謾C(jī)的正常使用。針對這一現(xiàn)象，本文專門介紹了一種多功能的手機(jī)充電器，以滿足用戶對高性價比的需要。2.設(shè)計(jì)要求通信技術(shù)的高速發(fā)展促使手機(jī)種類眾多，也導(dǎo)致手機(jī)充電器也是多種多樣，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)索尼愛立信牌手機(jī)的充電器電路。充電器的簡單工作過程如下：交流輸入電壓經(jīng)電容降壓，二極管整流橋整流后變成直流電，經(jīng)隔離二極管和濾波電容對手機(jī)充電，隨著充電時間的增長，電池兩端的電壓也升高，通過分壓器將此電壓引入基準(zhǔn)電壓比較器，其中三個比較器帶三個指示燈，分別指示充電的狀態(tài)，當(dāng)三個燈全亮?xí)r，表示充電已滿。通過以上的工作過程描述結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)手機(jī)實(shí)用充電器電路。以上功能僅供參考，在基本功能完成的前提下可根據(jù)本人想法增加其他功能。為培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和實(shí)踐能力，本次課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)充電器電路，自己根據(jù)設(shè)計(jì)需要購買元器件并獨(dú)立焊接調(diào)試正常。所設(shè)計(jì)的充電器具有必要的充電顯示和保護(hù)功能，充電電壓4.2V，充電限制電壓4.5V。3.方案論證3.1系統(tǒng)概述從課題上可以看出設(shè)計(jì)的主體要求是將市電變換為符合要求的直流電源，整體上應(yīng)該有降壓、整流、濾波、恒壓電路。降壓電路可以用最簡單的變壓器完成，將220V電壓變?yōu)?0V左右的低壓，為了優(yōu)化波形使其更加穩(wěn)定可采用濾波電容去除高頻干擾。手機(jī)通用的鋰電池充電電壓為4.2V，因此需要設(shè)計(jì)一個恒壓源電路。充電電流在一定程度上影響了充電的時間，過高的電流會縮短電池的使用壽命，所以我們還需要一個可靠地恒流源來保證充電的時間和手機(jī)的使用壽命。當(dāng)上述條件都具備時對于不同容量的手機(jī)電池充電時間是不一樣的，因此需要一個不以時間為參考的充電完成信號，我們可以根據(jù)電池兩端的電壓是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)電壓來判斷是否充滿電。穩(wěn)壓電源一般由變壓器、整流器和穩(wěn)壓器三大部分組成，變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟?。整流器把交流電變?yōu)橹绷麟?。?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。如下圖所示：把220V交流變成低壓直流的四個組成部分：降壓—整流—濾波—穩(wěn)壓。圖3-1-11、整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)為具有直流電成分的脈動直流電，二極管在電路中起開關(guān)的作用。2、濾波電路是將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分，電容和電感起濾波的作用。3、穩(wěn)壓電路對整流后的直流電壓采用技術(shù)進(jìn)一步穩(wěn)定直流電壓。三端穩(wěn)壓器是常用的穩(wěn)壓器件。3.2設(shè)計(jì)方案方案一：本方案是前期分析的具體實(shí)現(xiàn)，也是比較簡單的一種。電路圖如下：圖3-2-1該電路有四部分組成電源輸入電路、恒流電路、恒壓電路、充電指示電路組成。電源輸入電路由電源變壓器T、整流橋堆D1，D2，D3，D4和濾波電容C組成。恒壓電路由電阻R1、R2、電位器RP1、晶體管V1、精密穩(wěn)壓基準(zhǔn)源IC組成。恒流電路由晶體管V2、電阻R3、電位器RP2。充電指示電路由晶體管V3、電阻R4、R5和發(fā)光二極管VL組成。交流電220V電壓經(jīng)過變壓器T（二次側(cè)電壓9V）、整流橋、濾波電容C后，產(chǎn)生8.1V的直流電壓。該電壓經(jīng)過恒流電路恒壓電路處理后對電池充電。同時V3導(dǎo)通，VL發(fā)光。隨著電池兩極板電壓的升高充電電流將逐漸減小。當(dāng)電池電壓到達(dá)4.2V時，R1上電壓降低使V3截止VL熄滅，提醒用戶充電結(jié)束。方案二：全自動鎳鎘電池充電器的電路如下圖所示，充電器主要由電源電路、電壓比較器及指示電路等組成。圖3-2-2方案三：本方案為本次采用設(shè)計(jì)方案，是現(xiàn)行手機(jī)充電器的通用電路，主要是由開關(guān)電源和充電電路組成的。制作成功后該充電器能自動識別電池極性，自動調(diào)整輸出電流使得電池達(dá)到最佳充電狀態(tài)，可保護(hù)電池延長電池壽命。充電飽和后閃爍的紅燈會自動熄滅。電路圖如下所示:圖3-2-34.過程論述方案3為本次采用設(shè)計(jì)方案，是現(xiàn)行手機(jī)充電器的通用電路，主要是由開關(guān)電源和充電電路組成的。當(dāng)接入電源后，通過整流二極管VD1、R1給開關(guān)管Q1提供啟動電流，使Q1開始導(dǎo)通，其集電極電流Ic在L1中線性增長，在L2中感應(yīng)出使Q1基極為正，發(fā)射極為負(fù)的正反饋電壓，使Q1很快飽和。與此同時，感應(yīng)電壓給C1充電，隨著C1充電電壓的增高，Q1基極電位逐漸變低，致使Q1退出飽和區(qū)，Ic開始減小，在L2中感應(yīng)出使Q1基極為負(fù)、發(fā)射極為正的電壓，使Q1迅速截止，這時二極管VD1導(dǎo)通，高頻變壓器Ｔ初級繞組中的儲能釋放給負(fù)載。在VT1截止時，L2中沒有感應(yīng)電壓，直流供電輸人電壓又經(jīng)R1給C1反向充電，逐漸提高Q1基極電位，使其重新導(dǎo)通，再次翻轉(zhuǎn)達(dá)到飽和狀態(tài)，電路就這樣重復(fù)振蕩下去。這里就像單端反激式開關(guān)電源那樣，由變壓器Ｔ的次級繞組向負(fù)載輸出所需要的電壓，在C4的兩端獲得9V的直流電，供充電電路工作。在充電電路中Q2與CH（閃爍發(fā)光二極管）組成充電指示電路。R7與PW（紅色二極管）組成電池好壞檢測及電源通電指示電路。Q4、Q5、Q6、Q7組成自動識別電池極性的電路。當(dāng)充電端1接電池的正，端2接電池的負(fù)時，充電回路是電源的+、Q5（發(fā)射極）、Q5（集電極）、端1接+、Q7（飽和）、端2接-；當(dāng)充電端2接電池的正，端1接電池的負(fù)時，充電回路是電源的+、Q4（發(fā)射極）、Q4（集電極）、端2接+、Q6（飽和）、端2接-。即可完成自動極性的識別，保證充電回路自動工作。制作成功后該充電器能自動識別電池極性，自動調(diào)整輸出電流使得電池達(dá)到最佳充電狀態(tài)，可保護(hù)電池延長電池壽命。充電飽和后閃爍的紅燈會自動熄滅。4.1電源變壓器把輸入U1的有效值220V，頻率50HZ的電網(wǎng)電壓變換成所需要的電壓U1，一般情況下，直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓有效值相差很大，因此需要通過電源變壓器降壓后，再對交流電壓進(jìn)行處理。下面介紹一下變壓器的工作原理。變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當(dāng)初級線圈中通有交流電流時，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。圖4-1-1變壓器的基本原理是電磁感應(yīng)原理，現(xiàn)以單相雙繞組變壓器為例說明其基本工作原理（如上圖）：當(dāng)一次側(cè)繞組上加上電壓ú1時，流過電流í1，在鐵芯中就產(chǎn)生交變磁通?1，這些磁通稱為主磁通，在它作用下，兩側(cè)繞組分別感應(yīng)電勢é1，é2，感應(yīng)電勢公式為：E=4.44fN?m式中：E--感應(yīng)電勢有效值f--頻率N--匝數(shù)?m--主磁通最大值由于二次繞組與一次繞組匝數(shù)不同，感應(yīng)電勢E1和E2大小也不同，當(dāng)略去內(nèi)阻抗壓降后，電壓ú1和ú2大小也就不同。當(dāng)變壓器二次側(cè)空載時，一次側(cè)僅流過主磁通的電流（í0），這個電流稱為激磁電流。當(dāng)二次側(cè)加負(fù)載流過負(fù)載電流í2時，也在鐵芯中產(chǎn)生磁通，力圖改變主磁通，但一次電壓不變時，主磁通是不變的，一次側(cè)就要流過兩部分電流，一部分為激磁電流í0，一部分為用來平衡í2，所以這部分電流隨著í2變化而變化。當(dāng)電流乘以匝數(shù)時，就是磁勢。上述的平衡作用實(shí)質(zhì)上是磁勢平衡作用，變壓器就是通過磁勢平衡作用實(shí)現(xiàn)了一、二次側(cè)的能量傳遞。4.2橋式整流電路整流電路的目的是利用其具有單向?qū)щ娦缘恼髟?，將正?fù)交替的正弦交流電壓U1整流成單方的脈動電壓U2。本設(shè)計(jì)中采用的是橋式整流電路，如圖。橋式整流電路，也可認(rèn)為它是全波整流電路的一種，變壓器繞組按圖3方法接四只二極管。D1～D4為四只相同的整流二極管，接成電橋形式，故稱橋式整流電路。利用二極管的導(dǎo)引作用，使在負(fù)半周時也能把次級輸出引向負(fù)載。具體接法如圖所示，從圖中可以看到，在正半周時由D1、D2導(dǎo)引電流自上而下通過RL，負(fù)半周時由D3、D4導(dǎo)引電流也是自上而下通過RL，從而實(shí)現(xiàn)了全波整流。在這種結(jié)構(gòu)中，若輸出同樣的直流電壓，變壓器次級繞組與全波整流相比則只須一半繞組即可，但若要輸出同樣大小的電流，則繞組的線徑要相應(yīng)加粗。至于脈動，和前面講的全波整流電路完全相同。圖4-2-1由于整流電路的輸出電壓都含有較大的脈動成分。為了盡量壓低脈動成分，另一方面還要盡量保留直流成分，使輸出電壓接近理想的直流，這種措施就是濾波。濾波通常是利用電容或電感的能量存儲作用來實(shí)現(xiàn)的。4.3濾波電路整流電路雖然可將交流電變成直流電，但其脈動成分較大，在一些要求直流電平滑的場合是不適用的，需加上濾波電路，以減小整流后直流電中的脈動成分。為了減小電壓U2的脈動，需通過低通濾波使輸出電壓平滑，理想情況下，應(yīng)將交流分量全部濾掉，使濾波電路的輸出電壓僅有直流電壓，然而，由于濾波電路為無源電路，所以，接入負(fù)載后勢必會影響濾波效果，對電源電源穩(wěn)定性要求不高的電子電路濾波，整流后的直流電壓U3可作為供電電源。下面介紹一下電容濾波的原理。在小功率整流電路中主要采用電容濾波。電容濾波的電路圖如下所示，當(dāng)電剛接通時，U2從正半周的零值開始增加，二極管D1,D3導(dǎo)通，導(dǎo)通電流一路向負(fù)載RL供電+另一路向電容充電，由于二極管的導(dǎo)通電阻很小，充電時間常數(shù)很小，電容兩端電壓Uc幾乎與U2同步增大。當(dāng)UC=√2時，U2開始下降，此時U2小于UC。二極管收反向電壓作用而截止，電容C向RL放電，由于放電常數(shù)很小，UC按照指數(shù)規(guī)律緩慢下降當(dāng)UC=|U2|時，U2的負(fù)半周使D2,D4正偏導(dǎo)通。電容C又充電，重復(fù)上述過程，得出圖中（b）的波形顯然比沒有濾波時平滑的多。4.4穩(wěn)壓電路交流電壓通過整流，濾波后雖然變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓，但當(dāng)電網(wǎng)波動或負(fù)載變化時，平均值也將隨之變化。因此，穩(wěn)壓電路的功能是：使輸出直流電壓U4基本不受電網(wǎng)電壓波動和負(fù)載變化影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性。（1）穩(wěn)壓電路概述引起輸出電壓變化的原因是負(fù)載電流的變化和輸入電壓的變化，負(fù)載電流的變化會在整流電源的內(nèi)阻上產(chǎn)生電壓降，從而使輸入電壓發(fā)生變化。（2）集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器是指將不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓的集成電路。由于集成穩(wěn)壓器具有穩(wěn)壓精度高、工作穩(wěn)定可靠、外圍電路簡單、體積小、重量輕等顯箸優(yōu)點(diǎn)，在各種電源電路中得到了普遍的應(yīng)用。

常用的集成穩(wěn)壓器有：金屬圓形封裝、金屬菱形封裝、塑料封裝、帶散熱板塑封、扁平式封裝、雙列直插式封裝等。在電子制用中應(yīng)用較多的是三端固定輸出穩(wěn)壓器。

78xx系列集成穩(wěn)壓器是常用的固定正輸出電壓的集成穩(wěn)壓器，輸出電壓有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等規(guī)格，最大輸出電流為1.5A。它的內(nèi)部含有限流保護(hù)、過熱保護(hù)和過壓保護(hù)電路，采用了噪聲低、溫度漂移小的基準(zhǔn)電壓源，工作穩(wěn)定可靠。（3）集成穩(wěn)壓器該電路主要由三極管VT1、穩(wěn)壓二極管VDZ1等組成。過壓保護(hù)：當(dāng)輸出電壓升高時，在變壓器T的1-2反饋繞組端感應(yīng)的電壓就會升高，則電容C2所充電壓升高。當(dāng)電容C2兩端電壓超過穩(wěn)壓二極管VDZ1的穩(wěn)壓值時，穩(wěn)壓二極管VDZ1擊穿導(dǎo)通，三極管VT2的基極電壓拉低，使其導(dǎo)通時間縮短或迅速截止，經(jīng)開關(guān)變壓器T1耦合后，使次級輸出電壓降低。反之，使輸出電壓升高，從而確保輸出電壓穩(wěn)定。過流保護(hù)：在接通電源瞬間或當(dāng)某種原因使三極管VT2的電流過大時，在R5、R6上的壓降就大，使過流保護(hù)管VT1導(dǎo)通，VT2截止，從而有效防止開關(guān)管VT1因沖擊電流過大而損壞。同時電阻R6上的壓降，使電容C2兩端電壓升高，此后過流保護(hù)過程與穩(wěn)壓原理相同，這里不再重復(fù)。三極管VT1是過流保護(hù)管，R5、R6是VT2的過流取樣保護(hù)電阻。5.電路板的制作及焊接5.1元器件引腳識別安裝之前一定要對元器件進(jìn)行測試，參數(shù)性能指標(biāo)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，要準(zhǔn)確識別元器件的引腳，以免造成人為故障甚至損壞元器件。原件使用中應(yīng)注意的問題： （1）電容器電容器在使用前要先檢查是否引線開路或內(nèi)部短路，可用萬用表的電阻擋測，檢查電解電容時，因?yàn)槿萘看?，可將萬用表置于R*1K擋當(dāng)表筆在電容兩端測量時，點(diǎn)半指針很快擺到小電阻位置后逐漸擺到大電阻位置，并達(dá)到無窮時，表明有容量且漏電。若退布到無窮位置說明漏電。表筆根本不動說明電容開路。（2）電阻電阻的功率，阻值，精度滿足設(shè)計(jì)要求，而且要逐一經(jīng)過測試，測量電阻時不要把人體電阻并人測量。錯誤！未找到目錄項(xiàng)。5.2焊接電路板（1）安裝依照PCB版圖進(jìn)行各元器件的安裝，連接，.裝配時注意不要扭動固定爪拆卸。（2）焊接依照焊接的三個步驟首先凈化金屬表面，然后將被焊金屬的表面加熱到焊錫融化的溫度，加焊料使其形成合金層。焊接時注意：溫度小于280℃（1）金屬表面焊錫充足，焊盤大小適中。（2）焊點(diǎn)表面光亮，光滑。（3）焊錫均薄，隱約可見導(dǎo)線的輪廓。（4）焊點(diǎn)干凈，無裂紋或針孔。6.總結(jié)及體會通過這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了不少知識和積累了很多經(jīng)驗(yàn)，這讓我既鍛煉了設(shè)計(jì)能力也增強(qiáng)了實(shí)際動手的能力，學(xué)會了如何設(shè)計(jì)一個簡易安全充電器電路。在設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了很多課本上沒有學(xué)到的知識和平時很多忽略的東西，學(xué)會了把理論和實(shí)踐結(jié)合起來。在這個過程中，我也遇到了一些困難，通過查閱資料，組員相互討論，我準(zhǔn)確地找出錯誤所在并及時糾正，這種收獲，使自己的實(shí)踐能力有了進(jìn)一步的提高，讓我對以后的學(xué)習(xí)有了更大的信心。當(dāng)然，我也認(rèn)識到理論與實(shí)踐的差距，在學(xué)習(xí)理論知識時，我們無需考慮晶閘管耐壓值、輸出波形的紋波的濾除、環(huán)相重疊角等，而在制作電路的過程中，這些都是我們重點(diǎn)考慮的問題。同時通過本次課程設(shè)計(jì)，還鞏固了已學(xué)的知識。參考文獻(xiàn)：[1]《電子設(shè)計(jì)》[M]北京高等教育出版社主編：楊志忠2009[2]《電路、電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與電子實(shí)訓(xùn)》[M]電子工業(yè)出版社主編：黨宏社2011[3]《電力電子技術(shù)》[M]機(jī)械工業(yè)出版社主編：王兆安，劉進(jìn)軍2012摘要本次課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)課題是《小功率（12VDC）降壓穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)》及《四路搶答器的設(shè)計(jì)》，實(shí)質(zhì)是屬于數(shù)字電路部分的內(nèi)容。小功率降壓穩(wěn)壓器，使用繼電器，比較器393以及穩(wěn)壓芯片LM317，實(shí)現(xiàn)輸入電壓小于12V時，輸出12V，輸入大于12V,繼電器跳轉(zhuǎn)，穩(wěn)壓芯片工作，以后隨著輸入電壓的增大，輸出穩(wěn)壓在12V，達(dá)到降壓穩(wěn)壓的功能。四路搶答器主要使用了74LS148，74LS48,74175，74160等一些集成芯片，以及七段數(shù)碼顯示管，555定時電路，發(fā)光二極管等，實(shí)現(xiàn)當(dāng)節(jié)目主持人啟動“開始”鍵后，定時器立即加計(jì)時，搶答指示燈亮，參賽選手搶答有效；10s后定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號，停止指示燈亮，停止搶答，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止的功能。【關(guān)鍵詞】小功率降壓穩(wěn)壓器四路搶答器定時電路ABSTRACTCurriculumdesignofthisdesigntopicis"smallpower(12VDC)buckregulatordesign"and"fourwayResponderdesign",essenceisbelongstothedigitalcircuitpart.

Smallpowerstep-downvoltageregulator,relay,comparator393andvoltagestabilizingchipLM317,realizetheinputvoltageislessthan12V,output12V,inputisgreaterthan12V,relayjump,voltagestabilizingchip,withthesubsequentincreaseininputvoltage,outputvoltagein12V,achievethebuckregulatorfunction.

Fourwayrespondermainlyusesthe74LS148,74LS487417574160andotherintegratedchip,andthesevendigitaldisplaytube,a555timingcircuit,lightemittingdiodes,achievedwhenthepresentersstartthe"start"button,thetimerandcountdownanswerimmediately,indicatorlights,andplayersanswereffective;10stimertostopworking,thedisplaydisplayplayernumber,stopindicatorlights,stoptoanswer,tohostandmaintainthesystemclearfunction.

【Keywords】smallpowerregulatorfourroadrespondertimingcircuit目錄1小功率（12VDC）降壓穩(wěn)壓器****************************11.1設(shè)計(jì)目的和設(shè)計(jì)要求***************************************11.1.1設(shè)計(jì)目的*********************************************11.1.2設(shè)計(jì)要求*********************************************11.2降壓穩(wěn)壓器整體分析***************************************11.2.1總體設(shè)計(jì)思想******************************************11.2.2降壓穩(wěn)壓器工作原理*************************************21.3功能模塊設(shè)計(jì)*********************************************21.3.1LM317穩(wěn)壓模塊*****************************************21.3.2LM393比較模塊****************************************31.3.3繼電器模塊*******************************************31.3.4各個模塊的連接****************************************42四路搶答器***********************************************52.1設(shè)計(jì)目的和設(shè)計(jì)要求***************************************52.1.1設(shè)計(jì)目的*********************************************52.1.2設(shè)計(jì)要求*********************************************52.2四路搶答器整體分析****************************************62.2.1總體設(shè)計(jì)思想******************************************62.2.2四路搶答器工作原理*************************************62.3功能模塊設(shè)計(jì)*********************************************72.3.1時鐘信號產(chǎn)生模塊**************************************72.3.2鎖存互鎖及顯示模塊************************************72.3.3計(jì)時模塊*********************************************92.3.4復(fù)位模塊*********************************************92.3.5各個模塊的連接****************************************93課程設(shè)計(jì)總結(jié)********************************************103.1實(shí)際安裝調(diào)試電路時遇到的問題及解決方案**********************103.2課程設(shè)計(jì)心得體會*****************************************101小功率（12VDC）降壓穩(wěn)壓器1.1設(shè)計(jì)目的及設(shè)計(jì)要求1.1.1設(shè)計(jì)目的在平時的生活中或試驗(yàn)中，有些用電器只需要12V以下的電壓，有時出于實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡目紤]，我們也需要接入12V的穩(wěn)壓。而小功率降壓穩(wěn)壓器既可以實(shí)現(xiàn)上述功能。當(dāng)輸入電壓小于12VDC時，輸入電壓與輸出電壓相同，即直通，當(dāng)輸入電壓大于12V時，輸出電壓應(yīng)不大于12VDC，輸入電壓范圍是（6-20VDC），適用于負(fù)載變化且需要穩(wěn)壓的場合，考慮如何擴(kuò)流以滿足大電流且電壓波動較大的場合。本課題的主要目標(biāo)就是通過設(shè)計(jì)與制作，完成制作一個小功率降壓穩(wěn)壓器，直觀的理解和體會其穩(wěn)壓功能的實(shí)現(xiàn)。1.1.2設(shè)計(jì)要求當(dāng)輸入電壓小于12VDC時，輸入電壓與輸出電壓相同，即直通，當(dāng)輸入電壓大于12V時，輸出電壓應(yīng)不大于12VDC，輸入電壓范圍是（6-20VDC），適用于負(fù)載變化且需要穩(wěn)壓的場合，考慮如何擴(kuò)流以滿足大電流且電壓波動較大的場合。1.2降壓穩(wěn)壓器整體分析1.2.1總體設(shè)計(jì)思想圖1-1如圖1-1是整體的框圖結(jié)構(gòu)。由穩(wěn)壓模塊，繼電器模塊，比較器模塊組成。1.2.2降壓穩(wěn)壓器工作原理小功率降壓穩(wěn)壓器由一系列功能單元組成，從原理圖的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以看出，整個系統(tǒng)可以分為三部分，由LM317穩(wěn)壓部分，LM393比較部分，繼電器部分組成。輸入電壓小于12v時，電壓比較器同向端小于反向端（反向端接5v穩(wěn)壓管，所以反相端總是5v），比較器393輸出低電平，三極管不導(dǎo)通，繼電器不跳轉(zhuǎn)，繼電器3腳與5腳接通，輸出電壓就是輸入電壓。當(dāng)電壓大于12V時，電壓比較器同向端大于反向端（通過調(diào)節(jié)同向端得電位器使得同向端得電壓大于5v），比較器393輸出高電平，三極管導(dǎo)通，繼電器跳轉(zhuǎn)，繼電器4腳和8腳接通，電壓開始通過LM317，然后通過調(diào)節(jié)LM317out端和gnd端得電位器使電壓穩(wěn)在12v左右。從而實(shí)現(xiàn)其功能。1.3功能模塊設(shè)計(jì)小功率降壓穩(wěn)壓器由一系列功能單元組成，從的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以看出，整個系統(tǒng)可以分為三部分，由LM317穩(wěn)壓部分，LM393比較部分，繼電器部分組成。1.3.1LM317穩(wěn)壓模塊集成穩(wěn)壓器LM317是穩(wěn)壓模塊的核心器件，它和圖中的R7以及R8一起組成了輸出可調(diào)的穩(wěn)壓電路，輸出電壓計(jì)算公式為Vout=1.25（1+R8/R7）。圖1-21.3.2LM393比較模塊比較模塊用于判斷輸入電壓是否高于12VDC。主要器件是集成比較器件LM393和5.1V的穩(wěn)壓二極管。模塊的電路如圖1-3所示，比較器的2腳電壓即為穩(wěn)壓二極管負(fù)端的電壓，電流正常時大概為5.1V，3腳的電壓是R6上部分的電阻所分電壓，可由V=R6*Vin/R4計(jì)算得出。由于輸入12VDC是一個臨界值，所以在Vin為12VDC時應(yīng)把比較器2、3腳的電壓調(diào)到一致。圖1-31.3.3繼電器模塊如圖1-4所示，繼電器模塊根據(jù)比較模塊的輸出，來選擇電壓輸出是輸入電壓還是穩(wěn)壓電壓。圖中NPN型三級管起到了開關(guān)作用，當(dāng)電壓高于12V時，比較器輸出高電平，即三極管的基極端電壓為高，三極管導(dǎo)通，繼電器的線圈得電，繼電器動作，使得輸出端接到穩(wěn)壓芯片LM317的輸出端，輸出電壓為12VDC；當(dāng)電壓低于12V時，比較器輸出為低電壓，即三極管的基極端接為低時，三極管截至，繼電器沒有得電，保持原來的連接，輸出電壓為輸入電壓。圖1-41.3.4各個模塊的連接將比較器的輸出端接到NPN三極管的基極，并加限流電阻和上拉電阻。將經(jīng)過二極管的電壓接到繼電器的5端，經(jīng)過穩(wěn)壓模塊的Vout接到繼電器的4端?？傮w的原理圖見附錄。2四路搶答器2.1設(shè)計(jì)目的和設(shè)計(jì)要求2.1.1設(shè)計(jì)目的1.掌握四人智力競賽搶答器電路的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。2.熟悉數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)和使用方法。2.1.2設(shè)計(jì)要求用觸發(fā)器設(shè)計(jì)一個四路搶答器，要求實(shí)現(xiàn)以下功能：1．4名選手或4個代表隊(duì)的編號分別是1、2、3、4，各用一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應(yīng)，分別是S1、S2、S3、S4。2．給節(jié)目主持人設(shè)置一個控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零（編號顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答器的開始。3.搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按搶答按鈕，編號立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號，此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。4．搶答器具有定時搶答器的功能，且一次搶答的時間可以由主持人設(shè)定（如9秒）。當(dāng)節(jié)目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即加（減）計(jì)時，并且綠色指示燈，可以搶答。5．參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號，紅色指示燈亮，停止搶答，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。6．如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，紅色指示燈亮，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。2.2四路搶答器整體分析2.2.1總體設(shè)計(jì)思想電路設(shè)計(jì)要把握好整體與部分模塊的關(guān)系。經(jīng)過分析我們將整個電路分為鎖存互鎖模塊，計(jì)時模塊，顯示模塊，復(fù)位清零模塊，時鐘信號產(chǎn)生模塊。分別進(jìn)行各個模塊的設(shè)計(jì)，仿真，再將各個模塊連接，逐步實(shí)現(xiàn)整體功能。難點(diǎn)是如何利用給定的芯片實(shí)現(xiàn)各個功能，所以設(shè)計(jì)時要考慮芯片的利用方法。圖2-12.2.2四路搶答器原理首先由時鐘信號產(chǎn)生模塊1給各個鎖存器提供時鐘信號，同時時鐘信號產(chǎn)生模塊2給計(jì)數(shù)器提供時鐘，計(jì)數(shù)器開始計(jì)時。如果9s內(nèi)有選手搶答，則搶答結(jié)果由編碼器，譯碼器和數(shù)碼管等組成的顯示電路模塊顯示出來，并且將搶答信號通過一定方式鎖死搶答器，使其他選手無法再搶答。如果9s內(nèi)無人搶答，計(jì)數(shù)器會通過一定方式將鎖存器鎖死，選手無法再搶答。在主持人按過復(fù)位按鈕后，鎖存互鎖模塊，和計(jì)數(shù)模塊復(fù)位，計(jì)數(shù)器重新開始計(jì)時，鎖存器的鎖死狀態(tài)結(jié)束。這樣就實(shí)現(xiàn)了整個搶答功能。2.3功能模塊設(shè)計(jì)2.3.1時鐘信號產(chǎn)生模塊由于兩個重要模塊需要時鐘信號，所以時鐘信號產(chǎn)生模塊關(guān)系到搶答器能否正常工作?？梢圆捎?55的多諧振蕩器電路，也可以采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。我們最終采用了多諧振蕩電路。本模塊利用555定時器的多謝振蕩器原理。由公式T=0.7(R1+2R2)C，經(jīng)過計(jì)算，電阻R大約取47K。另一個時鐘信號產(chǎn)生電路只要把圖2-2電阻改為4.7k即可。圖2-22.3.2鎖存互鎖及顯示模塊搶答信號的判斷和鎖存采用觸發(fā)器。以四D觸發(fā)器74LS175為中心構(gòu)成編碼鎖存系統(tǒng)，編碼的作用是把鎖存器的輸出轉(zhuǎn)化成8421BCD碼，進(jìn)而送給7段顯示譯碼器。編碼后的邏輯函數(shù)真值表和表達(dá)式，分別如下：鎖存器輸出編碼器輸出Q4Q3Q2Q1DCBA00010001001000100100001110000100表達(dá)式：A=Q1+Q3;B=Q2+Q3;C=Q4;D=0；圖2-3當(dāng)選手按下?lián)尨鹌靼粹o時，搶答信號輸入端輸入低電平信號，在74LS148N作用下，輸出端A1、A2、A3相應(yīng)的輸出高低電平，產(chǎn)生對74LS248N的控制信號，并由此來控制LED的顯示信號。注意，選手控制信號從74LS148N的D3、D4、D5、D6端輸入，并且D3對應(yīng)選手4號，D4對應(yīng)選手3號，D5對應(yīng)選手2號，D6對應(yīng)選手1號。LED為共陰極七段顯示器。圖2-42.3.3計(jì)時模塊電路采用十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS160，再接到發(fā)光二極管，電路中R3起到限流作用。主持人宣布開始時，按下按鈕，74LS160在555產(chǎn)生的脈沖信號作用下開始使能，10秒后停止使能，二極管發(fā)光，停止搶答。圖2-52.3.4復(fù)位模塊復(fù)位清零需要由主持人按鈕控制。要接到各觸發(fā)器的復(fù)位端，和計(jì)數(shù)器的清零端。