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1、 中北大学中北大学课课 程程 设设 计计 说说 明明 书书学生姓名学生姓名:张维海 学学 号：号： 0706024149学学 院院:电子与计算机科学技术学院 专专 业业:微电子 题题 目目:小功率限电器电路指导教师：指导教师： 李圣昆李圣昆 职称职称: 讲师讲师 2010 年 1 月 17 日小功率限电器电路目录1、课程设计目的 .22、课程设计内容和要求.22.1、设计内容.22.2、设计要求.23、 设计方案.23.1、设计思路.23.2、硬件电路原理图.33.3、工作原理及硬件选择.43.3.1 电路工作原理.43.3.2 元器件的选择.53.3.3 器件的封装.73.4、PCB 版图设
2、计.74、课程设计总结.95、参考文献 .1011、课程设计目的 （1）掌握电子电路的一般设计方法和设计流程；（2）学习简单电路系统设计，掌握 Protel99 的使用方法；（3）了解小功率限电器的基本原理及相关模块逻辑功能和使用方法；（4）学习掌握硬件电路设计的全过程。2、课程设计内容和要求：2.1、设计内容（1）学习掌握小功率限电器电路工作流程（2）学习简单电路系统设计，掌握 Protel99 的使用方法；2.2、设计要求（1）要求用电功率超出设定值时，该装置能自动切断电路，停止供电；只有当小于设定值时，才允许电路接通；（2）整理设计内容，编写设计说明书。（3）理解设计流程和工作原理；（4
3、）课程设计说明书；（5）电路原理图及 PCB 图。3、 设计方案3.1、设计思路本装置能够制定限制学生宿舍的用电功率，其定量供电功率在 100W-300W 范围内连续可调，它是计划供电，游侠装置，可从根本上杜绝窃电 违章使用电 炉等行为。当用户负荷超过规定值时，本装置可自动切断用户电源，同时发出 警告声；以后每隔 1min 对用户负荷情况检测一次，直到用电负荷降低到限定后， 才停止警告，并自动恢复正常供电。23.2、硬件电路原理图图 1 电路原理图图 2 负荷检测电路图 3 单稳态延时电路3图 4 开关电路图 5 压降整流滤波电路3.3、工作原理及硬件选择 3.3.1 电路工作原理 限电器电路
4、如上图。T 为一个电抗变换器，它与晶体管 VD1，电阻器 R1， 电容 C1 和电位器 RP 等组成了用户负荷检测电路，调节 RP 阻值可改变输出检测 信号的幅值，从而使用电限额在一定范围内连续可调。此外，R1 和 C1 还具有 延时作用，能够避免负载较大起动电流对电路产生的误动作。晶体三极管 VT, 稳压二极管 VD3 和电阻器 R2 等组成了电子开关。 “555”时基集成电路 U1 和电 阻器电容器 C4 等组成了单稳态延时电路，调节 R3 或 C4 数值可改变延时时间。 电磁继电4器 K1 为执行电路，其开关可直接控制用户电源和交流讯响器 HA 的电源通断。 电容 C6，D5 集成芯片,
5、稳压二极管 VD4，电容器 C5 等组成了压降整流滤波电路， 向单稳态及执行电路提供所需的直流电源。平时，用户用电量未超过限定值时，电抗变换器 T 的初级绕组流过的电流较 小，它的次级感应到的信号电压亦较弱，经晶体二极管 VT1 整流，电容器 C1 滤 波和电位器 RP 分压后，不足以击穿稳压二极管 VD3，故晶体三极管 VT1 截止， 由时基集成电路 U1 等元器件构成的单稳态电路处于稳定状态，电磁继电器 K1 出 于释放状态，交流讯响器 HA 无电不发声，用户供电正常。当用户用电量增加并超过限定值时，电抗变换器 T 的次级感应电压增大，电 位器 RP 输出分压值亦增大，稳压二极管 VD2
6、被击穿，晶体三极管 VT1 获得偏流 而饱和导通，时基集成电路 U1 的第 2 脚由高电平转为低电平，单稳态电路翻转进入暂稳态，U1 的第 3 管脚输出高电平，电磁继电器 K1 得以吸合，其开 关迅速切断用户电源，并使交流讯响器 HA 得以发出警告。这是，延时电路中的 电容器 C4 通过电阻器 R3 开始充电，并使交流讯响器阈值输入端（第 6 脚）点 位不断上升，并最终使但稳态电路翻转复位，U1 的第 3 脚又恢复为低电平，K1 断开释放，其开关重新接通用户电源，断开 HA 电源。如果此时用电负荷仍未减 小，电路则重复上述过程，直至用户用电量减小到限定值以下，电路才恢复正 常供电。3.3.2
7、元器件的选择图 6 C 电容，D 二极管 U1 NE555 时基集成电路5图 7 R 电阻 ，RP 电位器，AH 蜂鸣器 ，K1 继电器图 8 整流芯片U1 选用 NE555 型时基集成电路，其引脚如图 2 所示。 VT 用 9014 或 3DG8 型 NPN 小功率三极管，要求电流放大系数小于 40,VD1 用 1N4148 型硅开关二极管；VD2 用稳压值为 2V 左右的普通硅稳压二极管；VD4 用 6V，o.5W 的普通硅稳压二极管；VD3 用 1N4004 型稳压二极管，D5 为整流芯片如图 4。 RP 用 WS-2 型自锁式有机实体心微调电位器。R1-R3 均用 RTX - 1/8W
8、 型碳6膜电阻器。C1 C4 C5 均用 CD 型电解电容，C2 C3 用 CT1 型陶瓷介电容器，C6 用优质的 CBB13 型聚丙烯电容器。K1 采用 JQX - 4F 型电磁继电器，额定电压 12V，吸合电流小于 20mA 管脚如图 3；使用时将两组转换接触点并联起来，以 增大其负荷容量。 电抗变换器 T 需要自制，HA 为交流 220V 小型讯响器。 3.3.3 器件的封装图 9 器件的封装信息3.4、PCB 版图设计用 protei 软件设计本实验电路,先建立自己在文件夹再进入软件工作平台,建立 sch 格式设计电路图,如图 1。通过软件的元件库找到相应在元件，连接电 路。然后再对所
9、有元件进行封装，可以到网上查。如果没有找到元件的封装 ，7就需要自己设计元件的封装。当所有的封装完成后，需要对电路进行仿真，如 果 有错必须改正保存后继续仿真直到无误。得到如图 10。然后制作 PCB 版，进入制作平台后，先导入电路，检测正确后可以得到电 路的封装重叠在一起在图形。接着将这些图形分开摆在相应在位置，使它们没 有重叠，最后布线得到 PCB 图（图 11）图 10图 11 电路的 PCB 版图84、课程设计总结课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题, 锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着 科学技术发展的日新日异，软件方面
10、的应用已经成为当今计算机应用中空前活 跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌 握各种软件的应用是十分重要的。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相 结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践 相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际 动手能力和独立思考的能力。主要有以下几点:(1) 根据指导教师布置的课题，学会了找参考书籍、查阅手册、图表 和文献资料等。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会了自己分析解决问题 的方法。(2) 掌握了印制版的制作技术。(3) 通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、安装调
11、 试等环节，初步掌握了简单实用电路的分析方法和工程设计方法。(4) 学会了简单电路的实验调试和整机指标测试方法，提高了动手能力。 了解了与课题有关的电子线路以及元器件工程技术规范。(5) 培养了严肃认真的工作作风和科学态度。电子技术课程设计的主要任务是通过解决一两个实际问题，巩固和加深 “模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”课程中所学的理论知识和试验 技能，基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和试验能 力，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。其主要内容包括理论设计、安装与调试及写出设计总结报告等。其中理论 设计又包括选择总体方案、设计单元电路、选择元器件及计算参数等步
12、骤，是 课程设计的关键环节。安装与调试是把理论付诸实践的过程，通过安装与调试， 进一步完善电路，使之达到课题所要求的性能指标，使理论设计可以转变为实 际产品。课程设计的最后要求写出设计总结报告，把理论设计的内容、组装调 试的过程及性能指标的测试结果进行全面的总结，把实践内容上升到理论的高 度。 通过这次设计，对电子系统的自顶向下、自底向上以及自顶向下与自底向上相 结合的设计方法都有了一定的了解，并基本掌握了自顶向下的设计方法。知道 了运用该方法是应该遵循的正确性和完备性原则、模块化结构化原则、问题不 下放原则、以及高层主导原则等等。 通过这次设计我还学会了使用 Protel 软件。虽然此次设计
13、不需要仿真，但是我 还是对 EWB 仿真软件有了一定的了解和掌握。其次，对硬件电路的设计，调试 和分析有了一定的了解和能力。同时也认识到设计者必须有广泛的知识基础， 缜密9的思路以及认真地工作态度，这对我今后的学习和工作都将起到不可忽视的作 用。把理论和实践相结合，通过理论指导实践，在实践中理解理论，这是我们 每个大学生都应该做到的一点。5、参考文献（1）张晓东.电子实用电子制作. 北京:国防工业出版社,2005（2）陈汝全电子技术常用器件应用手册北京：机械工业出版社，2005（3）毕满清电子技术实验与课程设计北京：机械工业出版社，2005（4）潘永雄电子线路 CAD 实用教程西安：西安电子科技大学出版社，2002（5）张亚华电子电路计算机辅助分析和辅助设计北京：航空工业出版社， 200410
