可调开关直流电源.docx
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可调开关直流电源
电子工艺实习项目三
可调开关直流电源的安装与测试
本可调开关直流电源输入固定的12V直流电压源，输出可调的正负双电压源。
通过调节端状态的调节，而改变输出电压的大小。
输出正电压范围为3-10V。
输出负电压的范围为-（3-12）V。
电路基本工作原理
构成开关电源的核心器件：
DC--DC变换器MC34063简介
振荡器：
通过3脚外接电容，产生脉冲波信号。
外接电容容量越大，振荡频率越低；外接电容容量越小，振荡频率越高。
振荡频率与3脚外接电容Ct的关系为
Ct=0.000004/fo
其中fo为振荡频率。
例当设计开关电源振荡频率为10KHz时，需要取电容Ct＝400pF，可取电容391。
当设计开关电源振荡频率为1KHz时，需要取电容Ct＝4000pF，可取电容392。
本电路中负电源振荡器中取电容Ct＝1000pF（即102电容），则振荡器的工作频率为4KHz。
本电路中正电源振荡器中取电容Ct＝33000pF（即333电容），则振荡器的工作频率为130Hz。
关于振荡频率可取的高低究竟多少合适？
不是绝对的，如正负电源可能就不相同，可通过实验调试决定。
同时振荡器还具有脉宽可调的功能。
7脚是检测电源电流大小信号端，当电流超过设计电流时（7脚电位越低，开关电源输出电流就越大，反之，7脚电位越高，开关电源输出电流就越小），振荡器输出脉冲信号脉宽就快速减少，使输出电压明显降低，甚至停振，开关电源停止工作，不向外输出电流，从而保护电源。
在6脚（电源输入端）和7脚之间接取样电阻Rsc，取样电阻的大小由电源输出额定电流大小决定，取的电阻值越大，额定输出电流就越小，取的电阻值越小，额定输出电流就越大。
Rsc＝0.33/Ipk
Ipk＝2*Iomax*T/Toff
Iomax输出最大电流。
T脉冲信号周期。
Toff脉冲信号低电平时间。
如输出最大电流为0.3A，脉冲信号占空比为50%，则取取样电阻为0.33/1.2＝0.275Ω。
注意：
取样电阻上电压超过0.3V时电路开始保护。
取样电阻的大小由输入电流和这个门电压有关，而输入电流可由输入功率和输出功率关系来决定。
注意与点空比有关。
正电源输入电流是输出电流的2倍。
如输出额定电流300mA，则输入600mA，则取样电阻Rs=0.3/0.6=0.5Ώ。
负电源的取样电阻的计算不太好确定，但总的考虑还是二点：
一是取样电阻上电压超过0.3V时电路开始保护；二是根据输入功率和输出功率的关系确定最大输入电流，问题是输入电流与输入电压，输出电压，输出电流，占空比等都有关系，近似计算按以上计算方法进行计算。
注意到输入电流是脉动的。
开关三极管T1：
在脉冲信号和比较器输出信号的共同作用下工作于开关状态。
在比较器输出高电平（即5脚电压低于1.25V）时，与门输出高电平，即“S”端信号为1，所以在脉冲信号的高电平期间，RS触发器R端输入高电平，RS触发器输出高电平，开关三极管T1饱和导通，在脉冲信号的低电平期间，RS触发器R端输入低电平，因RS触发器R端是低电平有效，所以RS触发器输出低电平，开关三极管T1截止。
若5脚电压高于1.25V，则比较器输出低电平，与门输出恒为低电平，这时，RS触发器输出低电平，开关三极管T1截止。
比较器与基准电压电路：
使5脚到4脚的电压恒定为1.25V。
基本器件介绍
芯片MC34063封装DIP8，将正面朝上，缺口朝左，左下角第一个脚为1号脚，按逆时针方向数，分别是1，2，3，4，5，6，7，8号脚。
IC座在装配芯片前，将IC座装配在PCB板上，然后再将芯片插到IC座上就好了。
一是为了防止直接将芯片焊接到PCB板掌握不好将芯片损坏，二是便于芯片更换，因芯片有损坏的可能。
以下从左到右分别是接线柱（用于与外电路连接，本电路主要是通过接线柱接线向外电路提供电源），排针（用于与外电路连接，本电路主要是通过接线柱接杜邦线向外电路提供电源），保险管座。
直流电源接口座。
电感器本电路用的是工字形大电流电感器，470uH，二个脚没有极性之分。
整流二极管IN5819，肖特基二极管，封装：
DO-41，正向平均电流：
1A，反向峰值电压：
40V，反向漏电流：
1mA，正向压降：
0.6V，正向不重复峰值电流（浪涌电流）：
30A，结（极间）电容:
55PF。
它的特点是结电容很小，所以可以用于较高的频率。
注意：
此处不适用于用IN4001，IN4007，IN4148，前二个频率达不到要求，后一个电流大小达不到要求。
有一个白色环的一端是负极。
电解电容器本电路中使用了电解电容器，有10uF和1000uF的二种，使用电解顺时除注意电容器的电容量之外，另外还需要注意电容器的耐压是多少，本电路另在电解电容器上的电压最大为12V，所以只要电容器的耐压明显高于12V就可以，如耐压25V或35V或50V等等；第二要注意的是电容器的二个脚的正负极，长脚为正，短脚为负（有一条白色边的一端是负极）。
若正负极接反，工作中电容器会发热膨胀，直至最后爆炸。
正电压可调电源
当开关管饱和导通（即1，2脚导通）时，电源通过取样电阻，开关管、电感对电容C9充电，当开关管截止时（注意到2脚相当于开路），由于电感电流不能突变，电感电流通过电容C9二极管D2形成电流回路，继续对电容C9充电。
所以电容对外供电，输出正电压。
取样电阻的作用是当电流过大使7脚电位下降到一定值时将会关断振荡器，振荡器停止工作，开关管截止，电源停止向外供电，起到保护电源及负载的作用。
输出电压计算：
4脚接地，所以5脚电压为1.25V。
注意5脚电流为0（注意5脚内接运算放大器的输入端），所以R12R13R14R15（设等效电阻为R）电流与R11电流相同。
输出电压
定R11=1.5K，
当R=2.2K时，2.2K电阻上的电压为。
Uo=1.83V。
当R=2.4K时，2.4K电阻上的电压为。
Uo=2.00V
当R=3.6K时，3.6K电阻上的电压为。
Uo=3.00V。
所以通过改变调节端的状态，可以改变输出电压。
3567810。
调节端是四个输出端（用排针实现），即是将R13R14R15三个电阻串联的四个连接点，在没有短接任何二点时，输出电压为1.25+1.83+2+2+3=10.08V。
单独短接R15时，输出电压为1.25+1.83+2+2=7.08V。
单独短接R14时，输出电压为1.25+1.83+2+3=8.08V。
单独短接R13时，输出电压为1.25+1.83+2+3=8.08V。
短接R15和R14时，输出电压为1.25+1.83+2=5.08V。
短接R14和R13时，输出电压为1.25+1.83+3=6.08V。
短接R15和R14和R13时，输出电压为1.25+1.83=3.08V。
当然也可以利用杜邦线外接一个任意电阻并到这上电阻网络上去，而得到3-10之间的一个任意的输出电压。
如需要9V电压，可以接一个电阻并在二点之间。
计算如下：
9=3+6
6V对应的电阻为（6/1.25）*1.5=7.2K。
从图中可知，只要在R15=3.6K电阻上并上一个电阻使之其等效电阻为2.4K就可以了，这个需要并上的电阻为R=7.5K。
此时并联电阻为2.43K，比较接近。
当然也可以在R15和R14上并上电阻24K。
当然也可以在R15和R14和R13上并上电阻51K。
以上的数据同学们可以用中学的电路知识就可以计算出来。
可调负电源：
当开关管饱和导通时，电源通过取样电阻，开关管、电感形成电流，当开关管截止时（注意到2脚相当于开路），由于电感电流不能突变，电感电流通过电容C4，二极管D1形成电流回路，对电容C4充电。
所以电容对外供电，输出负电压。
取样电阻的作用是当电流过大时7脚电位下降到一定值时将会关断振荡器，振荡器停止工作，电源停止向外供电，起到保护电源及负载的作用。
输出电压计算：
5脚到4脚电压为1.25V，即电阻R4上电压恒为1.25V。
注意5脚电流为0（注意5脚内接运算放大器的输入端），所以R5R6R7R8（设等效电阻为R）电流与R4电流相同。
输出电压
定R4=1.5K，
当R=2.2K时，2.2K电阻上的电压为。
Uo=1.83V。
当R=2.4K时，2.4K电阻上的电压为。
Uo=2.00V
当R=3.6K时，3.6K电阻上的电压为。
Uo=3.00V。
当R=4.7K时，4.7K电阻上的电压为。
Uo=3.92V。
所以通过改变开关的状态，可以改变输出电压。
356789，10，12V。
调节端是四个输出端（用排针实现），即是将R6R7R8三个电阻串联的四个连接点，在没有短接任何二点时，输出电压为负的1.25+1.83+2+3+4=12.08V。
单独短接R6时，输出电压为负的1.25+1.83+3+4=10.08V。
单独短接R7时，输出电压为负的1.25+1.83+2+4=9.08V。
单独短接R8时，输出电压为负的1.25+1.83+2+3=8.08V。
短接R6和R7时，输出电压为负的1.25+1.83+4=7.08V。
短接R7和R8时，输出电压为负的1.25+1.83+2=5.08V。
短接R6和R7和R8时，输出电压为1.25+1.83=3.08V。
当然也可以利用杜邦线外接一个任意电阻并到这上电阻网络上去，而得到3-10之间的一个任意的输出电压。
如需要4V电压，可以接一个电阻并在二点之间。
计算如下：
4=3+1
1V对应的电阻为（1/1.25）*1.5=1.2K。
从图中可知，只要在R6=2.4K电阻上并上一个电阻使之其等效电阻为1.2K就可以了，这个需要并上的电阻为显然为R=2.4K。
印刷电路图
安装次序
1焊接贴片电阻11个（元件在正面）
R4
R5
R6
R7
R8
R11
R12
R13
R14
R15
3K
152
222
242
362
472
152
222
242
242
362
302
注意：
贴片电阻的位置与电阻值大小。
2焊接直插电阻5个（元件在正面）
R1
R2
R3
R9
R10
1
1
1
1
1
3焊接芯片座2个。
8P，注意缺口方向。
4焊接瓷片电容6个
C2
C3
C5
C7
C8
C10
103
102
103
103
333
103
5焊接二极管3个，注意正负极。
5819，白边是负。
发光二极管LED，长脚为正。
D1
D2
LED
IN5819
IN5819
发光二极管
6焊接10uF电容器2个，注意电容器的正负极（长脚为正）。
C1
C6
10uF/25V
10uF/25V
7焊接保险管座2个，电源插座1个，排针3组（注意将排针装落底垂直，短的一端装在板上），白色接线座3P的1个（特别注意方位，可参考实物照片）。
8焊接1000uF电容器2个，注意电容器的正负极（长脚为正）。
C4
C9
1000uF/25V
1000uF/25V
9焊接电感器2个。
L1
L2
470uF
470uF
10装上保险管，接上电源，测试在不同状态下的输出电压，记录。
测试报告
调节-U排针状态（四个点之间任意二点短接，共6个状态），用万用表直流电压20V档测量电源输出端-U端与公共端GND之间的电压。
状态
输出电压-U
调节+U排针状态（四个点之间任意二点短接，共6个状态），用万用表直流电压20V档测量电源输出端+U端与公共端GND之间的电压。
状态
输出电压-U
成品图
电子工艺实习项目四
模拟电子技术实验板的安装调试与使用
为了让学生在今后的模拟电路的理论学习与实践学习中更有效更方便的进行模拟电路的实验，特制作模拟电子技术实验板。
本实验板具有体积小，携带方便，成本低，灵活多变，实用性强的优点。
实验板结构与功能介绍：
正弦波信号发生器，输出频率和幅度可调的正弦波信号。
在运算放大器的输出端与同相输入端之间接有RC选频网络，且构成正反馈，因此从输出端输出的是由RC选频网络决定频率的正弦波信号。
其中R=R4=R3=15K，C=C1=C2=0.01uF。
本电路计算得：
R1=10K，R2=20K。
在R2二端留有接口R，用以调试输出信号的幅度。
正弦波信号输出端Uo（有二个，是连接在一起的）。
在Ru之间外接电阻调节正弦波信号幅度。
。
在Rf之间外接电阻（注意有二个，完全相同）调节正弦波信号频率
Uo和fo是在没有接电阻情况下的正弦波信号幅度与频率（即初始幅度和频率），大约在7V左右和1000Hz左右。
三角波与脉冲波信号发生器，输出频率可调的三角波和脉冲波信号。
电路工作原理在这里不做介绍。
等到学生学习了模拟电路知识以后，再去分析电路的工作原理。
U1三角波（有二个端，是连接在一起的）。
幅度为4V。
U2脉冲波（有二个端，是连接在一起的）。
幅度为1.8V。
三角波与脉冲波频率相同，通过Rf二端外接电阻调节频率。
Fo是不外接电阻时的频率。
大约在100Hz左右。
直流电压信号源，输出直流电压信号。
直流电压信号从Us端输出，二个端子是边接在一起的。
不能当作电源使用，因为它的输出电流最好不要超过20mA。
在R+二端外接电阻时，输出正电压，所接电阻越小，输出正电压越大。
在R-二端外接电阻时，输出负电压，所接电阻越小，输出负电压值越大。
调节时，中能接一个，要么接R+，要么接R-。
电阻模块，为实验电路提供可变电阻，阻值可分别为1，2，3，4，5，6，7，8，9。
其状态与数值关系在板上已经标注。
电容电感模块，为实验电路提供可变电容器电感器。
B-C间333电容，A-B间683电容，A-C间223电容。
L处是插口，用于插接不同的电感器。
运算放大器实验电路模块
在Ui1端和R4右端分别接入信号，做比较器用。
R7短路，在R4右端接入信号，做电压跟随器用。
Ui1接地，在Ui2（或Ui2，Ui3，Ui4）接入信号，在R7处接入不同电阻。
做同相比例放大器用。
比例关系由R7所接电阻的不同而不同。
Ui1接入信号，在Ui2（或Ui2，Ui3，Ui4）接入信号，在R7处接入不同电阻。
做减法器用。
关系由R7所接电阻的不同而不同。
Ui1接地，在Ui2和Ui3（或Ui4）分别接入信号，在R7处接入不同电阻。
做加法器用。
关系由R7所接电阻的不同而不同。
Ui1接入直流电压，在Ui2（或Ui2，Ui3，Ui4）接入信号，在R7处接入不同电阻。
做电压变换器用。
关系由R7所接电阻的不同而不同。
在R4处接入电阻，信号从Ui5输入，可作任意的电路实验。
在R4处接入电容器，R7处接电阻，可做微分电路实验。
在R7处接入电容，可做积分电路实验。
在R4处接入电阻电容网络，可做低通滤波器实验。
在R4处接入电阻电容网络，可做高通滤波器实验。
三极管电路实验模块
插口Rb2处接上电阻，改变电路的静态工作点。
插口RL处接上电阻，改变电路的放大倍数。
插口Rf处接上电阻，改变电路的负反馈深度。
可做实验：
三极管工作状态测量。
改变Rb2，可以让三极管分别工作在截止，放大及饱和区。
共射放大器。
Rf短路，改变Rb2，得到合适的静态工作点。
改变RL，得到不同的放大倍数。
负反馈放大器。
改变Rf，得到不同反馈深度的负反馈放大器。
LC正弦波信号发生器。
接入电容电感网络，就是一上电容三点式LC正弦波信号发生器。
器件
本项目没有特别的电子器件，不用特别介绍。
安装（本实验板是下学期做模电实验用的，请同学们一定认真对待，认真装配，认真焊接，只要元件装配正确，焊接没有问题，就会成功）
贴片电阻的安装（正面7个，背面20个，正面7个全是0805封装的，背面电阻模块处的16个电阻是1206封装的，另外4个是0805封装的，特别注意的是电阻模块处的贴片电阻不要装错了，如果不太清楚，请参见实物照片）
0805
0805
0805
0805
1206
1206
1206
1206
1206
1206
10K
20K
3K
30K
1K
2K
3K
10K
20K
30K
5
2
2
2
1
1
2
2
2
4
1206
1206
1206
100K
200K
300K
1
1
2
直插电阻1/4。
注意，在150K的位置上接15K电阻，标注“R”位置处的电阻不装，这个电阻是调试时才能决定装多大电阻，本套件里也没有发这个电阻。
100K
2K
22K
15K
20K
24K
1K
100R
30K
62K
1
2
1
3
1
1
1
1
1
1
直插二极管IN4148。
注意正负极，有黑色边的一端是负极。
芯片座
8P的三个，注意芯片座的缺口方位。
直插瓷片电容
103
333
683
5
1
1
LED2个，注意正负极，长脚为正，对应板上的方形焊盘。
三极管9013一个。
注意三极管的极性，平面对着自己，脚朝下，从左到右是e，b，c。
排针79根。
首先将二条排针按下列次序准备：
注意，数好了再折断。
装正。
第1条：
2，2，2，5，5，5，5，4，4，6。
先折2，再2，......，再4，最后8。
第2条：
2，2，2，2，2，2，2，4，4，3，3，3，8，1。
电源插座一个（白色3P座）。
一定注意与电源板上的插座相对应，以保证电源的极性不会发生错误。
可参考实物照片。
检测与调试
焊接完成后，首先用观察法从外观上检查焊点是否有虚焊现象，是否有短路现象。
然后用万用表电阻档测量电源端的电阻值，看是否有短路故障。
电阻模块电阻值的测量。
用万用表电阻档分别测量电阻模块不同点之间的电阻值，并记录。
正弦波信号发生器的检测与调试
加上电源后，用示波器观察输出波形，检测频率与幅度。
若出现饱和失真现象，板上有一个调节电阻R，在此处接上一个合适的电阻，就可以使之正常。
这个电阻一般在100K到500K之间，具体是多少，要通过测量后才能合理地确定。
越接近脉冲波，“R”处所接电阻越小，越接近正弦波，“R”处所接电阻越大。
三角波信号和脉冲波信号发生器的检测与调试
加上电源后，用示波器观察输出波形，检测频率与幅度。
这个电路一般不需要调试，结果与理论值是相符的。
只要二个发光二极管正常发亮，说明电路是正常的。
直流电压信号源的检测
加上电源后，接上不同的R+或R-，测量输出电压值。
没接时，输出0V。
三极管实验电路模块的检测
加上电源后，用万用表电压档测量三极管集电极电位。
一般在4.4V左右。
说明电路是正常的。
运算放大器实验电路的检测
加上电源后，将R7短路，在R4右端输入一个电压信号（在-10V到+10V范围之内），测量输入电压与输出电压是否一致，若一致，就是正常的，因为现在是一个电压跟随器。
PCB图
成品实物图
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