救护车双音报警电路指导书

救护车双音报警电路的设计指导书一、设计目的1．学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。2．学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。3．通过双音报警电路熟悉555芯片的功能及作用。4．了解用电压调制频率的方法。二、设计任务及要求1．设计并制作一个直流稳压电源，主要技术指标要求：①输出电压可调：Uo=+12V②最大输出电流：Iomax=200mA③输出电压变化量：ΔUo≤5mV④稳压系数：SV≤0.0032．设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。3．自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，交指导教师审核。4.掌握555构成电路的实际应用。通过双音报警器熟悉用555构成的多谐振荡器电路，要求高低音持续时间1s～2s，高音频率在800～900Hz，低音频率在600～700Hz。三、设计步骤1．电路图设计（1）确定目标：设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出直流稳压电源方框图。（2）系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形式。（3）参数选择：根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。（4）总电路图：连接各模块电路。2．电路安装、调试（1）为提高学生的动手能力，学生自行设计印刷电路板，并焊接。（2）在每个模块电路的输入端加一信号，测试输出端信号，以验证每个模块能否达到所规定的指标。（3）重点测试稳压电路的稳压系数。（4）将各模块电路连起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图1所示。+电源+整流+滤波+稳压+u1u2u3uIU0_变压器_电路_电路_电路_（a）稳压电源的组成框图u1u2u3uIU00t0t0t0t0t（b）整流与稳压过程图1稳压电源的组成框图及整流与稳压过程1．电源变压器电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效率为：12PP其中：2P是变压器副边的功率，1P是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表1所示：表1小型变压器的效率副边功率2PVA10VA30~10VA80~30VA200~80效率0.60.70.80.85因此，当算出了副边功率2P后，就可以根据上表算出原边功率1P。2．整流和滤波电路在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压u2变换成脉动的直流电压u3。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI。UI与交流电压u2的有效值U2的关系为：2)2.1~1.1(UUI在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为：22UURM流过每只二极管的平均电流为：RUIIRD245.02其中：R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数RC应满足：2)5~3(TRC其中：T=20ms是50Hz交流电压的周期。3．稳压电路由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。因此，为了维持输出电压UI稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。（1）固定电压输出稳压器常见的有CW78（LM78）系列三端固定式正电压输出集成稳压器；CW79（LM79）系列三端固定式负电压输出集成稳压器。三端是指稳压电路只有输入、输出和接地三个接地端子。型号中最后两位数字表示输出电压的稳定值，有5V、6V、9V、15V、18V和24V。稳压器使用时，要求输入电压UI与输出电压Uo的电压差UI-Uo≥2V。稳压器的静态电流Io=8mA。当Uo=5~18V时，UI的最大值UImax=35V；当Uo=18~24V时，UI的最大值UImax=40V。（2）可调式三端集成稳压器可调式三端集成稳压器是指输出电压可以连续调节的稳压器，有输出正电压的CW317系列（LM317）三端稳压器；有输出负电压的CW337系列（LM337）三端稳压器。在可调式三端集成稳压器中，稳压器的三个端是指输入端、输出端和调节端。稳压器输出电压的可调范围为Uo=1.2~37V，最大输出电流Iomax=1.5A。输入电压与输出电压差的允许范围为：UI-Uo=3~40V。四．稳压电源的设计方法：稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压Uo、输出电流Io、输出纹波电压ΔUop-p等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。稳压电源的设计可以分为以下三个步骤：1）根据稳压电源的输出电压Uo、最大输出电流Iomax，确定稳压器的型号及电路形式。2）根据稳压器的输入电压IU，确定电源变压器副边电压u2的有效值U2；根据稳压电源的最大输出电流I0max，确定流过电源变压器副边的电流I2和电源变压器副边的功率P2；根据P2，从表1查出变压器的效率η，从而确定电源变压器原边的功率P1。然后根据所确定的参数，选择电源变压器。确定整流二极管的正向平均电流ID、整流二极管的最大反向电压RMU和滤波电容的电容值和耐压值。根据所确定的参数，选择整流二极管和滤波电容。在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：UI=(1.1～1.2)U2，直流输出电流：（I2是变压器副边电流的有效值。），稳压电路可选集成三端稳压器电路。（1）选择集成稳压器，确定电路形式输出电压要求12V，选择7812三端集成芯片。（2）选择电源变压器1）确定副边电压U2:根据性能指标要求：Uomin=12V∴15V≤UI≤35V此范围中可任选：UI=16V根据UI=(1.1～1.2)U2可得变压的副边电压：I2141.15UUV2）确定变压器副边电流I2∵II=Io又副边电流I2=(1.5～2)II取Io=Iomax=200mA则I2=1.5×0.2A=0.3A3）选择变压器的功率变压器的输出功率：PoI2U2=4.2W因此选用5W、15V耐压的变压器即可。2~5.1i2II（3）选择整流电路中的二极管∵变压器的副边电压U2=14V∴桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：VU1922桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：AIo1.022.02查手册选整流二极管IN4001，其参数为：反向击穿电压UBR=50V19V最大整流电流IF=1A0.1A（4）滤波电路中滤波电容的选择根据300103,5,16,12vppISmVUVUVU，和公式常数常数oITIIvUUUUS00可求得：VSUUUUvIpopI2.21031216005.030所以，滤波电容：uFUTIUtICIIc9102.2215012.02max0电容的耐压要大于VU1914222，故滤波电容C取容量为F1000，耐压为V25的电解电容。（5）555芯片的应用。它的5脚为控制端，片内接A1的反向输入端，其电位为2/3VCC。用555时基电路组成自激多谐振荡器，一般将5脚通过一个小电容接地，以防止外界干扰对阀值电压的影响。当需要把它变成可控多谐振荡器时，可在555时基电路的5脚外加一个控制电压，这个电压将改变芯片内的比较电平，从而改变振荡频率，当控制电压升高（或降低）时，振荡频率降低（或升高），这就是控制电压对振荡信号频率的调制，利用此法可组成双音频报警器。实验参考电路如下图所示：图中IC1、IC2都接成自激多谐振荡器的工作方式。其中，IC1输出的方波信号通过R1去控制IC2的5脚电平。当IC1输出高电平时，IC2的振荡频率低；当IC1输出低电平时，IC2的振荡频率变高。因此IC2的振荡频率被IC1的输出电压调制为两种音频频率，使扬声器发出“滴、嘟、滴、嘟、、、、、、”的双音声响，与救护车的鸣笛声相似。（1）vO1的高电平持续时间为：sCRRtH1.169.0101010)15010(2ln)(63121此时，vO1为11V，VCC=12V，由叠加定理可求得右边555定时器5脚电压VCO=8.8V.因此，VT+=8.8V，VT-=4.4V。Ⅱ片555定时器振荡频率，及扬声器声音的周期为：（2）vO1的低电平持续时间为：此时，vO1为0.2V。VCC=12V，由叠加定理可求得右边555定时器5脚电压VCO=6V。因此，VT+=6V，VT-=3V。Ⅱ片555定时器振荡频率，及扬声器声音的周期为：HzTf611111sCRtL04.169.01010101502ln6312234242363630()lnln0123(10100)100.0110ln100100.0110ln21.1410126CCTTCCTTVVVTRRCRCVVVsHzTf876122134242363630()lnln0124.4(10100)100.0110ln100100.0110ln21.6310128.8CCTTCCTTVVVTRRCRCVVVs因此可知，高音频率为876Hz，持续时间1.04s。低音频率为611Hz，持续时间1.1s。