專利名稱：電壓線性變化電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于學生物理原理實驗用的電源，尤其是能以多種模式自動輸出線性變化電壓的電源，屬于電源技術領域。
背景技術：
目前，用于教育行業(yè)進行物理原理實驗的學生用電源，功能較單一，能夠手動調(diào)節(jié)電源的直流與交流電壓輸出，能夠完成不需要線性變化電壓輸出的實驗。但對于需要線性電壓變化的實驗，目前的學生用物理原理實驗電源不能滿足實驗要求。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的學生物理原理實驗用電源不能輸出線性變化電壓的問題，本實用新型提供一種不僅具有普通電源的功能，而且能以多種模式輸出線性變化電壓的電壓線性變化電源。本實用新型的電壓線性變化電源采用以下技術解決方案該電壓線性變化電源，包括供電電路、直流主控電路、直流輸出電路、交流主控電路、交流輸出電路和交直流轉換電路；直流主控電路的輸入端與供電電路連接，輸出端與直流輸出電路連接；交流主控電路的輸入端與供電電路連接，輸出端與交流輸出電路連接； 直流輸出電路的輸出端和交流輸出電路的輸出端均與交直流轉換電路連接。供電電路，包括變壓器、整流電路D1、兩個穩(wěn)壓芯片以及低壓差線性穩(wěn)壓器U3，變壓器與整流電路Dl連接，兩個穩(wěn)壓芯片均與整流電路Dl連接，低壓差線性穩(wěn)壓器U3與輸出負直流電壓的穩(wěn)壓芯片連接。直流主控電路，包括單片機TO、按鍵Si、按鍵S2、低壓差線性穩(wěn)壓器U4和基準電壓源芯片U5，低壓差線性穩(wěn)壓器U4與供電電路連接，低壓差線性穩(wěn)壓器U4和基準電壓源芯片TO均與單片機TO連接，單片機TO的輸出電流經(jīng)電阻轉換成電壓輸出，用于改變電源功能模式的按鍵Sl和開始按鍵S2均與單片機U6連接，單片機U6上連接有分別控制自動輸出時波形上升斜率與下降斜率的調(diào)節(jié)電位器。直流輸出電路，包括旋轉電位器、運算放大器U8和可調(diào)穩(wěn)壓器U7，直流主控電路的輸出端與運算放大器U8連接，運算放大器U8的輸入端與直流主控電路中的單片機U6連接，運算放大器U8的輸出端與可調(diào)穩(wěn)壓器U7連接，可調(diào)穩(wěn)壓器U7的輸出端與交直流轉換電路中的雙刀雙擲撥動開關S3連接。交流主控電路，包括單片機U9和運算放大器U10，單片機U9連接至運算放大器 U10，運算放大器UlO的輸出端連接至交流輸出電路的電容E5，單片機U9上連接有程序下載接口。交流輸出電路，包括電解電容E5、旋鈕電位器、功率放大集成電路U11、接口 J5和旋鈕電位器，交流主控電路中運算放大器UlO輸出端經(jīng)電解電容E5、旋鈕電位器和電阻連接到功率放大集成電路U11，功率放大集成電路Ull的輸出端連接至交直流轉換電路中的雙刀雙擲撥動開關S3，接口 J5連接旋鈕電位器。旋鈕電位器用來調(diào)節(jié)交流輸出的大小。 交直流轉換電路，包括雙刀雙擲撥動開關S3和接口 J3，雙刀雙擲撥動開關Sl與接口 J3連接，J3連接至電源輸出端子，雙刀雙擲撥動開關S3的直流輸出引腳連接到直流輸出電路中可調(diào)穩(wěn)壓器U7，交流輸出引腳連接到交流輸出電路中功率放大集成電路Ul 1。上述電壓線性變化電源利用單片機的DAC數(shù)模轉換器輸出控制穩(wěn)壓芯片的電壓輸出；在手動模式，單片機的ADC模數(shù)轉換器，采樣電位器的阻值變化，同時相應輸出DAC信號控制穩(wěn)壓芯片的電壓輸出；在自動模式，單片機根據(jù)當前模式DAC自動輸出不同模式的線性變化的電流信號，控制穩(wěn)壓芯片的電壓輸出；從而得到多種模式線性變化的電壓信號。本實用新型可以輸出多種模式線性變化的電壓信號，采用單片機控制，輸出信號線性、準確，工作穩(wěn)定，能夠滿足物理原理實驗的要求。

圖1是本實用新型電壓線性變化電源的供電電路原理圖。圖2和圖3是本實用新型中直流主控電路的原理圖。圖4是本實用新型中直流輸出電路的原理圖。圖5是本實用新型中交流主控電路的原理圖。圖6是本實用新型中交流輸出電路的原理圖。圖7是本實用新型中交直流轉換電路的原理圖。圖8是本實用新型電源的外形主視圖。圖9是圖8的俯視圖。其中1、直流輸出調(diào)節(jié)旋鈕，2、交流輸出旋鈕，3、電源輸出端子，4、電源指示燈，5、 電源地輸出端子，6、電源開關，7、直流和交流轉換開關，8、下降斜率調(diào)節(jié)電位器，9、下降斜率調(diào)節(jié)電位器，10、開始按鍵，11、12、13、14、模式顯示燈，15、模式切換按鍵，16、輸出狀態(tài)指示燈。
具體實施方式
本實用新型物理原理實驗用電壓線性變化電源，包括供電電路、直流主控電路、直流輸出電路、交流主控電路、交流輸出電路和交直流轉換電路。供電電路如圖1所示，包括變壓器、整流電路D1、兩個穩(wěn)壓芯片(Ul和U2)和低壓差線性穩(wěn)壓器U3，變壓器與整流電路Dl連接，兩個穩(wěn)壓芯片均與整流電路Dl連接，低壓差線性穩(wěn)壓器U3與輸出負直流電壓的穩(wěn)壓芯片U2(LM7909)連接。經(jīng)變壓器輸出的交流電壓由接口 Jl通過開關Kl接入整流電路D1，經(jīng)過整流電路Dl轉換為直流電壓，輸出+12V 和-12V直流電壓，分別供給穩(wěn)壓芯片Ul (LM7809)和穩(wěn)壓芯片U2 (LM7909)，穩(wěn)壓芯片Ul和穩(wěn)壓芯片U2分別輸出9V與-9V的電壓，低壓差線性穩(wěn)壓器U3 (ASl 117-3. 3)與穩(wěn)壓芯片U2 連接，輸出3. 3V電源。圖1中的發(fā)光二極管DS6為電源指示燈4(參見圖8)，DS6與整流電路Dl輸出的-12V直流電壓連接。直流主控電路如圖2和圖3所示，包括單片機TO、按鍵Si、按鍵S2、低壓差線性穩(wěn)壓器U4、基準電壓源芯片TO、模式顯示燈及輸出狀態(tài)指示燈。低壓差線性穩(wěn)壓器U4與供電電路中的整流電路Dl連接，供電電路中整流電路Dl的為低壓差線性穩(wěn)壓器U4供-12V直流電，低壓差線性穩(wěn)壓器U4(AS11174)與單片機TO連接，為單片機TO提供5V的電壓。單片機U6為直流主控芯片，采用C8051F410。基準電壓源芯片U5采用ADR391，并與單片機U6 連接，基準電壓源芯片U5的4腳連接至單片機TO的11腳，為單片機TO內(nèi)部的ADC模塊 (模數(shù)轉換模塊)和DAC模塊(數(shù)模轉換模塊)提供基準電壓。單片機U6的17腳為DAC 輸出，輸出電流經(jīng)電阻R14轉換成電壓，然后輸出。按鍵Sl接單片機U6的13腳(參見圖 3)，此鍵功能為改變電源的功能模式，按鍵S2接單片機U6的14腳，功能為在自動模式控制開始一個波形的輸出。單片機TO的31腳和30腳分別連接有電位器R12和R13，這兩腳被配置為單片機U3內(nèi)部ADC模塊的輸入，通過調(diào)節(jié)電位器R12和R13輸出的分電壓分別控制自動輸出時波形的上升斜率與下降斜率。單片機U6的25腳、沈腳、27腳和觀腳分別連接發(fā)光二極管DSl、DS2、DS3、DS4，單片機U6的15腳連接發(fā)光二極管DS5，發(fā)光二極管DSl、 DS2、DS3和DS4為模式顯示燈，用于顯示當前電源所處的模式，發(fā)光二極管DS5為輸出狀態(tài)指示燈，用于顯示當前波形的輸出狀態(tài)，當DS5亮起時表示波形正在輸出。直流輸出電路如圖4所示，包括旋轉電位器、運算放大器U8和可調(diào)穩(wěn)壓器U7。接口 J6連接一阻值為10ΚΩ的旋轉電位器。圖3直流主控電路中的接口 J2與圖4中的接口 J7連接，圖4中的接口 J6與接口 J7連接，接口 J6的輸入端連接的IOK Ω旋轉電位器與直流主控電路中的單片機TO連接，運算放大器U8(采用CA3140)與直流主控電路中的單片機 U6連接，其功能是將單片機TO輸出的電壓信號進行放大?？烧{(diào)穩(wěn)壓器U7采用LM317。圖2 中單片機U6的11腳輸出的DAC信號經(jīng)過電阻R6進入運算放大器U8的第3腳，運算放大器U8對信號進行放大，放大后的信號經(jīng)運算放大器U8的第6腳連接至可調(diào)穩(wěn)壓器U7的第 1腳，控制可調(diào)穩(wěn)壓器U7的2腳電壓信號輸出，輸出信號連接至圖7交直流轉換電路中Sl 的VOUT引腳。交流主控電路的電源輸入端與圖1中的供電電路連接，輸出端與圖6所示的交流輸出電路連接。如圖5所示，交流主控電路包括單片機U9和運算放大器U10。單片機U9采用C8051F330，單片機U9的第20腳為DAC引腳，輸出50HZ的正弦波的電流信號，經(jīng)過電阻 Rl轉換為電壓信號。然后經(jīng)R3連接至運算放大器UlO(采用LM358)的第3腳，經(jīng)運算放大器UlO進行信號放大后由第1腳輸出至圖6中交流輸出電路的電容E5。單片機U9上連接有程序下載接口(即圖5中的接口 J2)。單片機U9的電源由圖1供電電路中的低壓差線性穩(wěn)壓器U3提供。交流輸出電路如圖6所示，包括電解電容E5、旋鈕電位器、功率放大集成電路U11、 接口 J5和旋鈕電位器，交流主控電路中運算放大器UlO輸出端經(jīng)電解電容E5、旋鈕電位器和電阻RlO連接到功率放大集成電路Ul 1，功率放大集成電路Ul 1的輸出端連接至圖7交直流轉換電路中的雙刀雙擲撥動開關S3，接口 J5連接旋鈕電位器，旋鈕電位器用來調(diào)節(jié)交流輸出的大小。功率放大集成電路Ull采用TDA2030。圖5交流主控電路中運算放大器UlO 放大的電壓信號經(jīng)過電解電容E5后，由電位器分壓，經(jīng)電阻RlO輸入到功率放大集成電路 Ull的第1腳，信號進行功率放大后由功率放大集成電路Ull的第4腳輸出至圖7交直流轉換電路中雙刀雙擲撥動開關Sl的AC-OUT引腳。交直流轉換電路如圖7所示，包括雙刀雙擲撥動開關S3和接口 J3，雙刀雙擲撥動開關Sl與接口 J3 (J3為電源地輸出端)連接，接口 J3連接至電源輸出端子3 (參見圖8)。 通過雙刀雙擲撥動開關S3進行交直流的輸出轉換。雙刀雙擲撥動開關S3的VOUT引腳連接到圖4直流輸出電路中可調(diào)穩(wěn)壓器U7的2腳，AC-OUT引腳連接到圖6交流輸出電路中功率放大集成電路Ull的第4腳。圖8和圖9給出了本實用新型電源的外觀圖，其中直流輸出調(diào)節(jié)旋鈕1(即圖4 直流輸出電路中J6所連的IOK旋鈕電位器)、交流輸出旋鈕2 (即圖6中交流輸出電路中的IOK旋鈕電位器)、電源輸出端子3、電源指示燈4 (即圖1中的發(fā)光二極管DS6)、電源地輸出端子5 (即圖7中的J3)、電源開關6 (即圖1中的Kl)、直流和交流轉換開關7 (即圖7 交直流轉換電路中的雙刀雙擲撥動開關S； )位于電源的前面板上。模式顯示燈11、12、13、 14(即圖3直流主控電路中的發(fā)光二極管DS1、DS2、DS3、DS4)、模式切換按鍵15 (即圖3直流主控電路中的按鍵Si)、開始按鍵10(即圖3直流主控電路中的按鍵S》、輸出狀態(tài)指示燈16(即圖3直流主控電路中的發(fā)光二極管DSQ、上升斜率調(diào)節(jié)電位器8和下降斜率調(diào)節(jié)電位器9 (即圖3直流主控電路中的調(diào)節(jié)電位器R12和R13)位于電源的頂面。本實用新型的電源利用單片機TO(C8051F410)的DAC數(shù)模轉換器輸出控制可調(diào)穩(wěn)壓器U7(LM317)的電壓輸出；在手動模式，單片機TO的ADC模數(shù)轉換器，采樣電位器的阻值變化，同時相應輸出DAC信號控制LM317的電壓輸出；在自動模式，單片機TO會根據(jù)當前模式DAC自動輸出不同模式的線性變化的電流信號，控制LM317的電壓輸出，從而得到多種模式線性變化的電壓信號。具有五種工作模式，分別為第一種，手動直流輸出模式可通過手動調(diào)節(jié)圖4直流輸出電路中與接口 J6連接的IOK電位器控制可調(diào)穩(wěn)壓器U7的直流電壓輸出。第二種，自動輸出梯形波模式梯形波的上升沿與下降沿為線性變化，并且上升沿的上升斜率與下降沿的的下降斜率可以分別通過上升斜率調(diào)節(jié)電位器8和下降斜率調(diào)節(jié)電位器9 (也就是圖3直流主控電路中的調(diào)節(jié)電位器R12和R13)設置。第三種，自動輸出三角波模式三角波的上升沿與下降沿為線性變化，并且上升沿的上升斜率與下降沿的的下降斜率可以分別通過上升斜率調(diào)節(jié)電位器8和下降斜率調(diào)節(jié)電位器9 (也就是圖3直流主控電路中的調(diào)節(jié)電位器R12和R13)設置。第四種，自動輸出五個連續(xù)的斜率逐漸增加的三角波模式三角波的上升沿為線性變化，并且五個上升沿的上升斜率可以通過上升斜率調(diào)節(jié)電位器8和下降斜率調(diào)節(jié)電位器9 (也就是圖3直流主控電路中的調(diào)節(jié)電位器R12和R13)設置。第五種，交流輸出模式可輸出50hz的交流信號，信號波形為正弦波，交流信號的電壓可通過上升斜率調(diào)節(jié)電位器8和下降斜率調(diào)節(jié)電位器9 (也就是圖3直流主控電路中的調(diào)節(jié)電位器Rl2和Rl3)置調(diào)節(jié)。
權利要求1.一種電壓線性變化電源，其特征是包括供電電路、直流主控電路、直流輸出電路、 交流主控電路、交流輸出電路和交直流轉換電路；直流主控電路的輸入端與供電電路連接， 輸出端與直流輸出電路連接；交流主控電路的輸入端與供電電路連接，輸出端與交流輸出電路連接；直流輸出電路的輸出端和交流輸出電路的輸出端均與交直流轉換電路連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的電壓線性變化電源，其特征是所述供電電路包括變壓器、整流電路D1、兩個穩(wěn)壓芯片以及低壓差線性穩(wěn)壓器U3，變壓器與整流電路Dl連接，兩個穩(wěn)壓芯片均與整流電路Dl連接，低壓差線性穩(wěn)壓器U3與輸出負直流電壓的穩(wěn)壓芯片連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的電壓線性變化電源，其特征是所述直流主控電路，包括單片機TO、按鍵Si、按鍵S2、低壓差線性穩(wěn)壓器U4和基準電壓源芯片TO，低壓差線性穩(wěn)壓器U4 與供電電路連接，低壓差線性穩(wěn)壓器U4和基準電壓源芯片U5均與單片機U6連接，單片機 U6的輸出電流經(jīng)電阻轉換成電壓輸出，用于改變電源功能模式的按鍵Sl和開始按鍵S2均與單片機U6連接，單片機TO上連接有分別控制自動輸出時波形上升斜率與下降斜率的調(diào)節(jié)電位器。
4.根據(jù)權利要求1所述的電壓線性變化電源，其特征是所述直流輸出電路包括旋轉電位器、運算放大器U8和可調(diào)穩(wěn)壓器U7，運算放大器U8的輸入端與直流主控電路中的單片機TO連接，運算放大器U8的輸出端與可調(diào)穩(wěn)壓器U7連接，可調(diào)穩(wěn)壓器U7的輸出端與交直流轉換電路中的雙刀雙擲撥動開關S3連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的電壓線性變化電源，其特征是所述交流主控電路，包括單片機U9和運算放大器U10，單片機U9連接至運算放大器U10，運算放大器UlO的輸出端連接至交流輸出電路的電容E5，單片機W上連接有程序下載接口。
6.根據(jù)權利要求1所述的電壓線性變化電源，其特征是所述交流輸出電路包括電解電容E5、旋鈕電位器、功率放大集成電路U11、接口 J5和旋鈕電位器，交流主控電路中運算放大器UlO輸出端經(jīng)電解電容E5、旋鈕電位器和電阻連接到功率放大集成電路U11，功率放大集成電路Ul 1的輸出端連接至交直流轉換電路中的雙刀雙擲撥動開關S3，接口 J5連接旋鈕電位器。
7.根據(jù)權利要求1所述的電壓線性變化電源，其特征是所述交直流轉換電路包括雙刀雙擲撥動開關S3和接口 J3，雙刀雙擲撥動開關Sl與接口 J3連接，J3連接至電源輸出端子，雙刀雙擲撥動開關S3的直流輸出引腳連接到直流輸出電路中可調(diào)穩(wěn)壓器U7，交流輸出引腳連接到交流輸出電路中功率放大集成電路Ul 1。
專利摘要本實用新型提供了一種電壓線性變化電源，該電壓線性變化電源，包括供電電路、直流主控電路、直流輸出電路、交流主控電路、交流輸出電路和交直流轉換電路；直流主控電路的輸入端與供電電路連接，輸出端與直流輸出電路連接；交流主控電路的輸入端與供電電路連接，輸出端與交流輸出電路連接；直流輸出電路的輸出端和交流輸出電路的輸出端均與交直流轉換電路連接。本實用新型可以輸出多種模式線性變化的電壓信號，采用單片機控制，輸出信號線性、準確，工作穩(wěn)定，能夠滿足物理原理實驗的要求。
文檔編號G09B23/18GK202153405SQ20112005764
公開日2012年2月29日 申請日期2011年3月8日 優(yōu)先權日2011年3月8日
發(fā)明者馮容士, 趙進, 陳開云 申請人:山東省遠大網(wǎng)絡多媒體股份有限公司