【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 為 0。接入交流電源 U后，當(dāng) U 為正半周時(shí)，D D5導(dǎo)通， U 通過(guò) D D5對(duì)電容充電；當(dāng) U 為負(fù)半周時(shí)， D D4導(dǎo)通， U 通過(guò) D D4對(duì)電容充電。由于充電回路等效電阻很小，所以充電很快，電容 C 迅速被充到交流電壓的最大值 Umax。此時(shí)二極管的電壓始終小于或等于 0，故二極管均截止，電容不可能放電，故輸出電壓恒為 Umax。 綜上所述，交流電通過(guò)整流、濾波可以變成直流電，這就是一般穩(wěn)壓電源的 基本原理。 穩(wěn)壓電路 LM317 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。 LM317 的輸入最同電壓為 30 多伏，輸出電壓 電流 不過(guò)在用的時(shí)候要注意功耗問(wèn)題注意散熱問(wèn)題。LM317 有三個(gè)引腳 ， 一個(gè)輸入一個(gè)輸出一個(gè)電壓調(diào)節(jié)。輸入引腳輸入正電壓 ,輸出引腳接負(fù)載 , 電壓調(diào)節(jié)引腳一個(gè)引腳接電阻 (200 左右 )在輸出引腳 ,另一個(gè)接可調(diào)電阻 (幾 K)接于地。輸入和輸出引腳對(duì)地要接濾波電容。 圖 35 穩(wěn)壓電路圖 第 12 頁(yè) 共 31 頁(yè) 典型線性調(diào)整率 %， 典型負(fù)載調(diào)整率 %。 80dB 紋波 抑制比，輸出短路保護(hù)，過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)，調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)，標(biāo)準(zhǔn)三端晶體管封裝。穩(wěn)壓電路的原理圖如圖35 所示。 當(dāng)外部電容應(yīng)用于任何集成電路穩(wěn)壓時(shí)，有時(shí)必須加保護(hù)二極管以防止電容在低電流點(diǎn)向穩(wěn)壓器放電， LM317 的引腳如圖 36所示 。 圖 36 LM317 引腳 如圖 36 所示 1 腳為調(diào)節(jié)腳、 2 腳為輸出腳、 3 腳為輸入腳，其中 2 腳與散熱片的表面是連接的。 電源指示電路是由一個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，利用發(fā)光二極管的發(fā)光作用，指示電路的工作情況，當(dāng)發(fā)光時(shí)說(shuō)明電路正常工作，不發(fā)光時(shí)說(shuō)明電路不工作，如果電路電流過(guò)大會(huì)把發(fā)光二極管燒毀這是就可以檢查電源電路是否用開路或者短路的情況。電源指示電路如圖35 所示 。 放大 電路的設(shè)計(jì) 反相交流放大器 此放大器可代替晶體管進(jìn)行交流放大 ,可用于擴(kuò)音機(jī)前置放大等 ,電路無(wú)需調(diào)試。 圖 37 反相交流放大器 第 13 頁(yè) 共 31 頁(yè) 放大器采用單電源供電 ,由 R R2 組成21U+偏置 ,C1 是消振電容。如圖 37 所示：放大器電壓放大倍數(shù) Av 僅由外接電阻 Ri、 Rf 決定 :RiRfAv ??。負(fù)號(hào)表示輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相反。按圖中所給數(shù)值 ,Av=10。此電路輸入電阻為 Ri。一般情況下先取 Ri 與信號(hào)源內(nèi)阻相等 ,然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)在選定 Rf。 Co和 Ci 為耦合電容。 同相交流放大器 同相交流放大器的特點(diǎn)是輸入阻抗高。其中的 R R2 組成 21 U+分壓電路 ,通過(guò) R3 對(duì)運(yùn)放進(jìn)行偏置。電路的電壓放大倍數(shù) Av 也僅由外接電阻決定 : 41 RRfAv ?? ,電路輸入電阻為 R R4 的阻值范圍為幾千歐姆到幾十千歐姆 ， 如圖 38 示 。 圖 38 同相交流放大器 3. 3 比較器電路設(shè)計(jì) 單限比較器只能檢測(cè)一個(gè)電平，若要檢測(cè) Ui 是否處于 U1 和 U2 兩個(gè)電平之間，則需采用雙限電壓比較器（又稱窗口比較器）。雙限電壓比較器常用于工業(yè)系統(tǒng)控制中，當(dāng)被監(jiān)測(cè)的對(duì)象（如溫度、液位）超出要求時(shí)的范圍時(shí)，便可以發(fā)出指示信號(hào)。 當(dāng)去掉運(yùn)放的反饋電阻時(shí) ,或者說(shuō)反饋電阻趨于無(wú)窮大時(shí) (即開環(huán)狀態(tài) ),理論上認(rèn)為運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)也為無(wú)窮大 (實(shí)際上是很大 ,如 LM324 運(yùn)放開環(huán)放大倍數(shù)為 100dB，既10萬(wàn)倍 )。此時(shí)運(yùn)放便形成一個(gè)電壓比較器，其輸出如不是高電平（ V+），就是低電平（ V 第 14 頁(yè) 共 31 頁(yè) 或接地）。當(dāng)正輸入端電壓高于負(fù)輸入端電壓時(shí)，運(yùn)放輸出低電平。當(dāng) uiU2U1 時(shí)， A2輸出 +Uo(sat),A1輸出為 Uo(sat)，故二極管 VD2導(dǎo)通， VD1截止， uo則近似等于 + Uo(sat)；當(dāng) uiU1U2 時(shí)， A2 輸出為 Uo(sat)， A1 輸出為 + Uo(sat)，二極管 VD2 截止， VD1 導(dǎo)通，uo 也近似等于 + Uo(sat)；只有當(dāng) U1uiU2 時(shí)， A1 和 A2 的輸出均為 Uo(sat)，二極管VD1,VD2 都截止， uo 為 0。其電壓傳輸特性如圖 310示 。 如圖 39使用兩個(gè)運(yùn)放組成一個(gè)電壓上下限比較器，電阻 R R1ˊ組成分壓電路，為 運(yùn)放 A1 設(shè)定比較電平 U1；電阻 R R2ˊ組成分壓電路，為運(yùn)放 A2 設(shè)定比較電平 U2。輸入電壓 U1 同時(shí)加到 A1 的正輸入端和 A2 的負(fù)輸入端之間，當(dāng) Ui U1 時(shí)，運(yùn)放 A1 輸出高電平；當(dāng) Ui U2 時(shí)，運(yùn)放 A2 輸出高電平。運(yùn)放 A A2 只要有一個(gè)輸出高電平，晶體管BG1 就會(huì)導(dǎo)通，發(fā)光二極管 LED 就會(huì)點(diǎn)亮。 圖 39 雙限電壓比較器 雙限電壓比較器的電壓傳輸特性如圖 310 示 。 圖 310 雙限電壓比較器的電壓傳輸特性 第 15 頁(yè) 共 31 頁(yè) 若選擇 U1U2，則當(dāng)輸入電壓 Ui越出 [U2， U1]區(qū)間范圍時(shí)， LED 點(diǎn)亮，這便是一個(gè)電壓雙限指示器。若選擇 U2 U1，則當(dāng)輸入電壓在 [U2， U1]區(qū)間范圍時(shí)， LED 點(diǎn)亮，這是一個(gè)“窗口”電壓指示器。 此電路與各類傳感器配合使用，稍加變通，便可用于各種物理量的雙限檢測(cè)、短路、斷路報(bào)警等。 通過(guò)以上對(duì)電路的分析與設(shè)計(jì)，最終完成了 5V 電源的設(shè)計(jì)，也了解了 LM317 芯片的功能與作用和橋式整流二極管的工作原理與整流過(guò)程。通過(guò)對(duì) LM324集成運(yùn)算放大器性能和特點(diǎn)的分析，從各個(gè)方面了解了 LM324 集成運(yùn)算放大器以及 LM324 構(gòu)成的同相放器、反相放大器和電壓雙限比較器的原理并且以此運(yùn)用在整機(jī)電路的設(shè)計(jì)中以發(fā)揮出良好的效果。 第 16 頁(yè) 共 31 頁(yè) 第 4 章 整機(jī)電路及工作原理 通過(guò)對(duì)電路的分析設(shè)計(jì)完成了整機(jī)電路的總體設(shè)計(jì)原理圖如附錄 1所示其中包括電源部分和報(bào)警電路部分，電源部分主要是通過(guò)對(duì)交流電的變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓輸出一個(gè)+5V 的直流電壓為后面的報(bào)警電路的正常工作提供電壓；報(bào)警電路主要是由熱釋電紅外傳感器、 LM324 集成運(yùn)算放大器、發(fā)光二極管、電阻電容構(gòu)成。傳感器主要的工作就是把采集到的人體紅外線轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，由于此時(shí)的電壓比較微弱所以要經(jīng)過(guò) LM324 的放大后的電壓輸入到電壓比較器進(jìn)行比較來(lái)控制相應(yīng)的發(fā)光二極管指示燈工作。下面是報(bào)警電路的工作流程與及電路的參數(shù)計(jì)算過(guò)程 : 在 電路中采用 KP506B 型熱釋電人體紅外線傳感器，當(dāng)人體進(jìn)入該傳感器的監(jiān)視范圍時(shí)，傳感器就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交流電壓（幅度約為 1mV），該電壓的頻率與人體的移動(dòng)速度有關(guān) 。在正常行走速度下，其頻率約為 6Hz。電路中， R C C5 構(gòu)成退耦電路， R1 為傳感器的負(fù)債， C2 為濾波電容，以濾掉高頻干擾信號(hào)。傳感器的輸出信號(hào)加到運(yùn)算放大器 A1的同相端， A1構(gòu)成同相輸入式放大電路，其放大倍數(shù)取決于 R4 和 R2，其大小為 : Auf1 = 1 1 2182 0 0 01241 ???? RR A1 放大后的信號(hào)經(jīng)電容 C6 耦合至放大器 A2 反相輸入端， A2 構(gòu)成反相輸入式放大電路。電阻 R R7 將 A2 同相端偏置于電源電壓的一半 ,A2 的增益取決于 R R5，其大小為 Auf2 = 424720xx58 ????? RR 因此，傳感器信號(hào)經(jīng)兩級(jí)運(yùn)放總共放大了 Auf1 Auf2 =112 （ 42） =4704 倍，當(dāng)傳感器產(chǎn)生一個(gè)幅度為 1mV 交流信號(hào)時(shí)， A2 的理論輸出值為 。 A3 和 A4 構(gòu)成雙限電壓比較器， A3 的參考電位為 : U3 = 224747 4722 ?? ? 5 =3V A4的參考電位為 : U4 = 224747 4722 ?? ? 5 =2V 第 17 頁(yè) 共 31 頁(yè) 在傳感器無(wú)信號(hào)輸出時(shí)， A1 靜態(tài)輸出電壓為 ～ 1V 之間； A2 在靜態(tài)時(shí)，由于同相端電位為 ，其直流輸出電平為 。由于 UBUA,故 A3 輸出低電平， A4 輸出低電平。因此，在靜態(tài)時(shí)， LED1 和 LED2 均不發(fā)光。 當(dāng)人體進(jìn)入監(jiān)視范圍時(shí)，雙限比較器的輸入發(fā)生變化，當(dāng)人體進(jìn)入時(shí) U33V,因此 A3輸出高電平， LED1 亮；當(dāng)人體退出時(shí)， U32V，因此 A4 輸出高電平， LED2 亮。當(dāng)人體在監(jiān)視范圍內(nèi)走動(dòng)時(shí)， LED1 和 LED2 交替閃爍。 電路中的 C C9 為退耦電容。 C C C8 用于保證電路對(duì)高頻干擾信號(hào)有較強(qiáng)的衰減作用，對(duì)于低頻信號(hào)有較強(qiáng)的放大作用，當(dāng)按圖中取值時(shí)，在 ～ 8Hz 的頻段內(nèi)具有較好的頻率響應(yīng)曲線，以滿足對(duì)熱釋電傳感器輸出的放大要求。 另外，若利用 Uo 信號(hào)去控制報(bào)警器，還可以實(shí)現(xiàn)音響報(bào)警；若利用 Uo信號(hào)去控制繼電器或電磁閥，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門、制動(dòng)水龍頭的自動(dòng)控制。 第 18 頁(yè) 共 31 頁(yè) 第 5 章 電路制作及調(diào)試 電路仿真 Multisim 仿真軟件介紹 Multisim 是美國(guó)國(guó)家儀器（ NI）有限公司推出的以 Windows 為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬 /數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。啟動(dòng)界面如圖 51。 圖 51 multisim 啟動(dòng)界面 工程師們可以使用 Multisim 交互式地搭建電路原理圖，能夠快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，并對(duì)電路進(jìn)行仿真。 Multisim 提煉了 SPICE 仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無(wú)需懂得深入的 SPICE 技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過(guò) Multisim 和虛擬儀器技術(shù)， PCB 設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。 Multisim 仿真軟件的特點(diǎn)： 1． 通過(guò)直觀的電路圖捕捉環(huán)境 , 輕松設(shè)計(jì)電路 。 2． 通過(guò)交互式 SPICE 仿真 , 迅速了解電路行為 。 3． 借助高級(jí)電路分析 , 理解基本設(shè)計(jì)特征 。 4． 通過(guò)一個(gè)工具鏈 , 無(wú)縫地集成電路設(shè)計(jì)和虛擬測(cè)試 。 5． 通過(guò)改進(jìn)、整合設(shè)計(jì)流程 , 減少建模錯(cuò)誤并縮短上市時(shí)間 。 第 19 頁(yè) 共 31 頁(yè) Protel 99SE PCB 軟件介紹 Protel99SE 是應(yīng)用于 Windows9X/20xx/NT 操作系統(tǒng)下的 EDA 設(shè)計(jì)軟件，采用設(shè)計(jì)庫(kù)管理模式，可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及 3D 模擬功能，是一個(gè)32位的設(shè)計(jì)軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計(jì)，印制電路板設(shè)計(jì)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等工作，可以設(shè)計(jì) 32 個(gè)信號(hào)層， 16 個(gè)電源 地層和 16 個(gè)機(jī)加工層。啟動(dòng)圖標(biāo)如圖 52所示 。 圖 52 啟動(dòng)圖標(biāo) Protel 99SE 的系統(tǒng)組成部分按照系統(tǒng)功能來(lái)劃分， Protel99se 主要包含以下倆大部分和 6個(gè)功能模塊。 1． 電路設(shè)計(jì)部分 （ 1） 電路原理設(shè)計(jì)部分（ Advanced Schematic 99）：電路原理圖設(shè)計(jì)部分包括電路圖編輯器（簡(jiǎn)稱 SCH 編輯器）、電路圖零件庫(kù)編輯器（簡(jiǎn)稱 Schlib 編輯器）和各種文本編輯器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路原理圖；更新和修改電路圖零件庫(kù)；查看和編輯有關(guān)電路圖和零件庫(kù)的各種報(bào)表。 （ 2） 印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)（ Advanced PCB 99）：印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括印刷電路板編輯器（簡(jiǎn)稱 PCB 編輯器）、零件封裝編輯器（簡(jiǎn)稱 PCBLib 編輯器）和電路板組件管理器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路板；更新和修改 零件封裝；管理電路板組件。 （ 3）自動(dòng)布線系統(tǒng)（ Advanced Route 99）： 在 系統(tǒng)包含一個(gè)基于形狀（ Shapebased）的無(wú)柵格自動(dòng)布線器，用于印刷電路板的自動(dòng)布線，以實(shí)現(xiàn) PCB 設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。 2． 電路仿真與 PLD 部分 電路模擬仿真系統(tǒng)（ Advanc