畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）數(shù)字顯示連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

1、黑龍江科技學(xué)院機(jī)械電子工程系本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 數(shù)字顯示連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 設(shè)計(jì)所在單位 年 月數(shù)字顯示連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)摘 要：隨著科技的發(fā)展，電氣、電子設(shè)備已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于日常、科研、學(xué)習(xí)等各個(gè)方面。電源已經(jīng)成為電氣和電子設(shè)備中必不可少的能源供應(yīng)部件，對(duì)電源的研究和開發(fā)已經(jīng)成為新技術(shù)、新設(shè)備開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，在推動(dòng)科技發(fā)展中起著重要作用。本文介紹了一種數(shù)字顯示連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案，此方案應(yīng)用7824及7924芯片組成穩(wěn)壓電源的電源模塊，用icl7107芯片組成了數(shù)顯模塊，最終通過兩個(gè)模塊的連接實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓功能。同

2、時(shí)，本文還對(duì)電源模塊和數(shù)顯模塊的基本原理，參數(shù)計(jì)算和性能指標(biāo)等進(jìn)行了分析講解。這種電源價(jià)格便宜，電路簡(jiǎn)單，并且可通過旋鈕在-24v24v范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電壓，使用方便、安全、穩(wěn)定性高。關(guān)鍵詞：穩(wěn)壓電源 a/d轉(zhuǎn)換器 電源模塊 穩(wěn)壓模塊 the design of digital demonstration continuously adjustable dc power supply abstract: with the development of science and technology, electrical, electronic equipment has been widely us

3、ed in all aspects of day-to-day, scientific research, all aspects of learning and so on. power has become the essential components of energy supply in electrical and electronic equipment the research and development for power has become important in new technology, new equipment, it plays an importa

4、nt role in promoting the development of science and technology.this article introduces one kind of digital demonstration continuously adjustable dc power supplys design proposal. this plan applies 7824 and 7924 chip composition dc power supplys power source module and has composed the number obvious

5、ly module with the icl7107 chip, finally realizes continuously the adjustable dc constant voltage function through two modules connections. at the same time, this article also to the power source module and the number obviously modules basic principle, the parameter computation and the performance i

6、ndex and so on has carried on the analysis explanation. this kind of power source price is cheap, the electric circuit is simple, and may adjust the voltage through the knob in the 24v-24v scope, and it is easy to operate, security, the stability are high. key words: stabilized voltage supply a/d co

7、nverter power module digital display module 黑龍江科技學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)（論文）目錄第一章 緒論11.1直流穩(wěn)壓電源的介紹11.2直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)11.2.1描述輸入交流電壓變化對(duì)輸出電壓影響的技術(shù)指標(biāo)11.2.2描述負(fù)載變化對(duì)輸出電壓影響的技術(shù)指標(biāo)21.3穩(wěn)壓電源的分類3第二章 電源總體方案確定52.1電源模塊的選定52.1.1晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路52.1.2用單片機(jī)制作的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源52.1.3采用三端集成穩(wěn)壓器電路62.1.4方案的確定72.2顯示模塊的選定72.2.1采用雙積分a/d轉(zhuǎn)換器mc14433的方案72.2.2采用i

8、cl7107的方案72.2.3方案確定7第三章 電源模塊的設(shè)計(jì)83.1 三端穩(wěn)壓器的工作原理83.2穩(wěn)壓器的主要參數(shù)83.2.1輸出電壓v。83.2.2輸出電壓偏差83.2.3最大輸出電壓icm83.2.4最小輸入電壓vimin93.2.5最大輸人電壓vimax93.2.6最小輸入、輸出電壓差(vi-vo)93.2.7電壓調(diào)整率sv93.2.8電流調(diào)整率si93.2.9輸出電壓溫漂st93.2.10輸出阻抗z。103.2.11輸出噪聲電壓vn103.3 7824芯片的技術(shù)指標(biāo)103.4 7924芯片的技術(shù)指標(biāo)113.5電源模塊的確定123.6電路參數(shù)的計(jì)算133.6.1輸入電壓ui133.6.

9、2變壓器副邊的輸出電壓u2133.6.3整流二極管及濾波電容133.7電源電路原理圖確定14第四章 數(shù)顯模塊的設(shè)計(jì)154.1 a/d轉(zhuǎn)換器原理154.2 icl7107簡(jiǎn)介184.3 icl7107的管腳排列184.4 icl7107功能說(shuō)明214.4.1模擬部分214.4.2數(shù)字部分234.5元器件的選擇254.5.1積分電阻254.5.2積分電容254.5.3自動(dòng)教校零電容264.5.4參考電容264.5.5振蕩器元件264.5.6參考電壓264.5.7 icl7107的電源供電264.6數(shù)顯模塊電路原理圖確定27第五章 電路功能模塊的連接295.1數(shù)顯模塊和電源模塊的連接295.2總電路

10、原理圖圖29結(jié)束語(yǔ)30致謝31參考文獻(xiàn)32附錄33附錄1：總電路原理圖33第2頁(yè)西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章 緒論 1.1直流穩(wěn)壓電源的介紹直流穩(wěn)壓電源又稱直流穩(wěn)壓器。它的供電電源大都是交流電源，當(dāng)交流供電電源的電壓或負(fù)載電阻變化時(shí)，穩(wěn)壓器的直接輸出電壓都能保持穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源分連續(xù)導(dǎo)電式與開關(guān)式兩類。前者由變壓器把單相或三相交流電壓變到適當(dāng)值，然后經(jīng)整流、濾波，獲得不穩(wěn)定的直流電源，再經(jīng)穩(wěn)壓電路得到穩(wěn)定電壓(或電流)。這種電源線路簡(jiǎn)單、紋波小、相互干擾小，但體積大、耗材多，效率低(常低于4060)。后者以改變調(diào)整元件(或開關(guān))的通斷時(shí)間比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓，從而達(dá)到穩(wěn)壓。這類電源功耗

11、小，效率可達(dá)85左右。所以，80年代以來(lái)發(fā)展迅速。從工作方式上可分為：可控整流型。用改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間來(lái)調(diào)整輸出電壓。斬波型。輸入是不穩(wěn)定的直流電壓，以改變開關(guān)電路的通斷比得到單向脈動(dòng)直流，再經(jīng)濾波后得到穩(wěn)定直流電壓。變換器型。不穩(wěn)定直流電壓先經(jīng)逆變器變換成高頻交流電，再經(jīng)變壓、整流、濾波后，從所得新的直流輸出電壓取樣，反饋控制逆變器工作頻率，達(dá)到穩(wěn)定輸出直流電壓的目的。 1.2直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)衡量一臺(tái)穩(wěn)壓電源的好壞，一方面要從功能角度來(lái)看，即容量大小(輸出電壓和輸出電流)、調(diào)節(jié)范圍大小、效率高低等，人們稱其為使用指標(biāo)或性能指標(biāo);另一方面要從外觀、形狀、體積、重量等直觀形象來(lái)看，這些稱

12、為電氣指標(biāo);更重要的是要看它的質(zhì)量高低，即輸出電壓的穩(wěn)定度等，一般稱為質(zhì)量指標(biāo)。下面重點(diǎn)介紹質(zhì)量指標(biāo)。1.2.1描述輸入交流電壓變化對(duì)輸出電壓影響的技術(shù)指標(biāo)(1)穩(wěn)壓系數(shù) 穩(wěn)壓系數(shù)有絕對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)和相對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)兩種。絕對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)表示負(fù)載不變而輸入交流電壓變化時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出直流電壓變化量u0與輸入交流電壓變化量ui之比，即 (式1.1) 它表示輸入交流電壓變化u，引起輸出電壓變化u0越小輸出電壓就越穩(wěn)定。這種表示方法在工程中常常用到。相對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)表示負(fù)載不變時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出直流電壓u0的相對(duì)變化量u0/ u0與輸入交流電壓u，的相對(duì)變化量ui/ u0之比，即 （式1.2） (2)電壓調(diào)整率 電壓

13、調(diào)整率表示負(fù)載電流為額定值時(shí)輸入交流電壓在額定值上下變化10%時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出電壓的相對(duì)變化量(百分?jǐn)?shù))，即 （式1.3) 一般直流穩(wěn)壓電源的電壓調(diào)整率為1%，0.1%，0.01%等。有的也可以用絕對(duì)值表示。1.2.2描述負(fù)載變化對(duì)輸出電壓影響的技術(shù)指標(biāo)(1)負(fù)載調(diào)整率(也稱電流調(diào)整率) 在交流電源額定電壓的條件下，負(fù)載電流從零變化到最大時(shí)，輸出電壓的最大相對(duì)變化量，用百分?jǐn)?shù)表示。 (式1.4)(2)輸出電阻(也稱內(nèi)阻)在額定輸出電壓的條件下，負(fù)載電流變化引起輸出電壓變化u0，則輸出電阻為 (式1.5)(3)紋波電壓(現(xiàn)稱周期和隨機(jī)漂移，用pard表示) 1）最大紋波電壓 在額定輸出電壓和額定

14、輸出電流條件下，輸出紋波(包括噪聲)電壓的絕對(duì)值大小，通常以峰值或有效值表示。 2）紋波系數(shù) 在額定輸出電壓和額定電流條件下，輸出紋波電壓的有效值urms與輸出直流電壓u0之比，即 (式1.6)(4)溫度漂移和溫度系數(shù) 環(huán)境溫度的變化會(huì)影響元器件參數(shù)的變化，從而引起穩(wěn)壓電源輸出電壓的變化，稱為溫度漂移。常用溫度系數(shù)表示溫度漂移的大小，溫度每變化1c所引起輸出電壓值的變化稱為絕對(duì)溫度系數(shù)，單位是v/c或mv/c。溫度每變化1c所引起的輸出電壓相對(duì)變化u0r/ u0t稱為相對(duì)溫度系數(shù)，單位是%/c。(5)漂移 穩(wěn)壓電源在輸入電壓、負(fù)載電流和環(huán)境溫度保持一定的情況下，經(jīng)過一定的工作時(shí)間后元器件參數(shù)的

15、不穩(wěn)定也會(huì)造成輸出電壓的變化，慢變化叫做漂移，快變化叫噪聲。在一般使用中只考慮漂移就可以了。表示漂移的方法有兩種，一種是用指定時(shí)間內(nèi)輸出電壓值的變化u0來(lái)表示;另一種是用指定時(shí)間內(nèi)輸出電壓的相對(duì)變化uot/uo、來(lái)表示?？疾炱茣r(shí)間可以定為1分鐘、10分鐘、1小時(shí)、8小時(shí)或更長(zhǎng)。1.3穩(wěn)壓電源的分類現(xiàn)代應(yīng)用的穩(wěn)壓電源的種類比較多，分類方式也很多。按穩(wěn)定對(duì)象分有交流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)壓電源。是交流還是直流要看穩(wěn)壓電源的輸出電壓是交流還是直流。按穩(wěn)定方式分，有參數(shù)穩(wěn)壓電源和反饋調(diào)整穩(wěn)壓電源。參數(shù)穩(wěn)壓電源電路簡(jiǎn)單，利用元件的非線性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單。比如，用一只電阻和一只可控硅穩(wěn)壓管就能構(gòu)成參數(shù)穩(wěn)壓

16、電源。反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源是一個(gè)負(fù)反饋閉環(huán)自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，它根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓的變化量，經(jīng)過取樣、比較放大、再反饋給控制調(diào)整元件，使輸出電壓得到補(bǔ)償而趨于原值，從而達(dá)到穩(wěn)定。此電路較復(fù)雜，但穩(wěn)定度高。按穩(wěn)壓電源的調(diào)整元件與負(fù)載的聯(lián)接方式來(lái)分類，可以分為并聯(lián)穩(wěn)壓電源和串聯(lián)穩(wěn)壓電源兩種。調(diào)整元件與負(fù)載并聯(lián)的叫并聯(lián)穩(wěn)壓電源或分流穩(wěn)壓電源，它通過改變調(diào)整管元件流過的電流的多少來(lái)適應(yīng)輸入電網(wǎng)電壓的變化及負(fù)載電流的變化，以保持輸出電壓的穩(wěn)定。這種穩(wěn)壓電源效率較低，只有某些專用場(chǎng)合才適用。調(diào)整元件與負(fù)載串聯(lián)的穩(wěn)壓電源叫做串聯(lián)穩(wěn)壓電源。在這種穩(wěn)壓電源中，調(diào)整元件串聯(lián)在輸入端和輸出端之間，輸出電壓就依靠調(diào)整元件

17、改變自身的等效電阻來(lái)維持恒定。按調(diào)整元件分，有輝光放電管穩(wěn)壓電源，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電源，電子管穩(wěn)壓電源，晶體管穩(wěn)壓電源，可控硅穩(wěn)壓電源等。按調(diào)整元件的工作狀態(tài)分，有線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。所謂線性穩(wěn)壓，就是其調(diào)整管工作在線性放大區(qū)。這種穩(wěn)壓電源的主要優(yōu)點(diǎn)是調(diào)壓范圍寬、穩(wěn)定度高，但變換效率低;開關(guān)穩(wěn)壓電源的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，主要的優(yōu)越性就是變換效率高，可達(dá)70%一95%。根據(jù)需要，還可以有其他分類方法，例如集成電極輸出型、發(fā)射極輸出型;高壓、低壓;通用、專用等。 第二章 電源總體方案確定 本課題要求電源可靠性高，電壓調(diào)節(jié)方便，并且電壓顯示正確、穩(wěn)定。 所研究穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)如下： 輸入電壓：

18、 220v交流電壓； 輸出電壓： -24v24v直流電壓； 2.1電源模塊的選定 電源的設(shè)計(jì)方法有很多種,比較簡(jiǎn)單的有三種。2.1.1晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路電路框圖如圖2.1 所示,該電路中,輸出電壓uo經(jīng)取樣電路取樣后得到取樣電壓,取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較得到誤差電壓,該誤差電壓對(duì)調(diào)整管的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整,從而使輸出電壓發(fā)生變化,該變化與由于供電電壓ui 發(fā)生變化引起的輸出電壓的變化正好相反,從而保證輸出電壓uo 為一恒定值(穩(wěn)壓值) 。因輸出電壓要求從0v 起實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào),因此要在基準(zhǔn)電壓處設(shè)計(jì)一輔助電源,用以控制輸出電壓能夠從0v開始調(diào)節(jié)。 圖2.1串聯(lián)式穩(wěn)壓電源電路圖單純的串聯(lián)式直

19、流穩(wěn)壓電源電路是很簡(jiǎn)單的,但增加了輔助電源后,電路比較復(fù)雜,由于都采用分立元件,電路的可靠性也難以保證。2.1.2用單片機(jī)制作的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源 該電路采用可控硅作為第一級(jí)調(diào)壓元件,用穩(wěn)壓電源芯片lm317、lm337 作為第二級(jí)調(diào)壓元件,通過at89cs51 單片機(jī)控制繼電器來(lái)改變電阻網(wǎng)絡(luò)的阻值,從而改變調(diào)壓元件的外圍參數(shù),并加上軟啟動(dòng)電路,獲得024v電壓,驅(qū)動(dòng)能力可達(dá)1a ,同時(shí)可以顯示電源電壓值和輸出電流值的大小。其硬件電路主要包括變壓器、整流濾波電路、壓差控制電路、穩(wěn)壓及輸出電壓控制電路、電壓電流采樣電路、掉電前重要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、單片機(jī)、鍵盤顯示等幾部分,硬件部分原理圖如圖2.2所示

20、。圖2.2用單片機(jī)制作的直流穩(wěn)壓電源電路圖 正、負(fù)端壓差控制電路的作用是減少lm317 和lm337 輸入端和輸出端的壓差以降低lm317 和lm337 的功耗。穩(wěn)壓電路由三端穩(wěn)壓芯片lm317(負(fù)壓用lm337) 及外圍器件組成,輸出電壓控制電路采用繼電器控制的電阻網(wǎng)絡(luò)。電阻網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)電阻都需要精密匹配,電阻的精密程度直接影響輸出電壓的精度。電壓電流采樣電路由單片機(jī)控制實(shí)時(shí)對(duì)當(dāng)前電壓電流進(jìn)行采樣,以修正輸出電壓值。掉電前重要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路用以保存當(dāng)前設(shè)置的電壓值,可以方便用戶在重新上電后不用設(shè)置,而且也不會(huì)因?yàn)殡妷褐颠^高損壞用戶設(shè)備。該電源穩(wěn)定性好、精度高,并且能夠輸出24v范圍內(nèi)的可調(diào)直流電

21、壓,且其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源,但是電路比較復(fù)雜,成本較高,使用于要求較高的場(chǎng)合。2.1.3采用三端集成穩(wěn)壓器電路該電路框圖如圖2.3所示, 它采用輸出電壓可調(diào)且內(nèi)部有過載保護(hù)的三端集成穩(wěn)壓器,輸出電壓調(diào)整范圍較寬,設(shè)計(jì)一電壓補(bǔ)償電路可實(shí)現(xiàn)輸出電壓從連續(xù)可調(diào),因要求電路具有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力,須設(shè)計(jì)一軟啟動(dòng)電路以適應(yīng)所帶負(fù)載的啟動(dòng)性能。該電路所用器件較少,成本低且組裝方便,可靠性高。圖2.3集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 2.1.4方案的確定根據(jù)要求，我們要實(shí)現(xiàn)-24v24v連續(xù)可調(diào)，這種要求屬于日常應(yīng)用，因此我們就要做到盡量使電源制作簡(jiǎn)單，成本低廉，穩(wěn)定性和精確性較高即可，第3種方案正好能滿足

22、要求，因此，選定采用三端集成穩(wěn)壓器組成穩(wěn)壓電路。 2.2顯示模塊的選定 為了使穩(wěn)壓電源在使用中更加簡(jiǎn)便和更具人性化，增加一個(gè)數(shù)字電壓顯示模塊是一個(gè)既簡(jiǎn)單又實(shí)用的方法。對(duì)于數(shù)顯模塊的選擇，我們主要有兩種方案。2.2.1采用雙積分a/d轉(zhuǎn)換器mc14433的方案采用雙積分a/d轉(zhuǎn)換器mc14433，它有多路調(diào)制的bcd碼輸出端和超量程輸出端，采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。但芯片只能完成a/d轉(zhuǎn)換功能，要實(shí)現(xiàn)顯示功能還需配合其它驅(qū)動(dòng)芯片等，使得整部分硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。2.2.2采用icl7107的方案 采用雙積分a/d轉(zhuǎn)換器icl7107，它是大規(guī)模集成芯片，

23、將模擬電路和數(shù)字電路集成在一個(gè)有40個(gè)功能端的電路內(nèi)，包含了a/d轉(zhuǎn)換、邏輯控制、譯碼驅(qū)動(dòng)等電路，只需外接少量元件就能組成三位半數(shù)字電壓表。電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，電路板布線不復(fù)雜，便于焊接、調(diào)試。 電源采用穩(wěn)壓電源提供的5v輸出，顯示部分采用共陽(yáng)極數(shù)碼管。2.2.3方案確定 由于采用icl7107芯片連接簡(jiǎn)單，材料便宜并且較精確，因此，在此次設(shè)計(jì)中采用icl7107芯片組成的顯示模塊電路作為數(shù)顯模塊。第三章 電源模塊的設(shè)計(jì)在第二章中，我們已經(jīng)確定使用三端穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓電路，在三端穩(wěn)壓器中最常用的就是78xx和79xx系列芯片，這種芯片的特點(diǎn)是價(jià)格低廉，穩(wěn)壓性能好，組成電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，又因?yàn)槲覀冸娫捶秶?/p>

24、是-24v24v，因此穩(wěn)壓電路我們就選用7824和7924芯片組成。3.1 三端穩(wěn)壓器的工作原理 三端集成穩(wěn)壓器大多采用串聯(lián)穩(wěn)壓方式。從圖3.1所示方框圖中可以看出，它由啟動(dòng)電路、基準(zhǔn)電路、誤差放大器、調(diào)整管、取樣電阻及保護(hù)電路等組成。它與分立元件的串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓器電路工作原理完全相同。圖3.1 78xx、79xx穩(wěn)壓集成電路原理框圖3.2穩(wěn)壓器的主要參數(shù)3.2.1輸出電壓v。 輸出電壓是指穩(wěn)壓器的各工作參數(shù)符合規(guī)定時(shí)的輸出電壓值。對(duì)于固定輸出穩(wěn)壓器，它是常數(shù);對(duì)于可調(diào)式輸出穩(wěn)壓器，它是輸出電壓范圍。3.2.2輸出電壓偏差 對(duì)于固定輸出穩(wěn)壓器，實(shí)際輸出的電壓值和規(guī)定的輸出電壓vo之間往往有一定的

25、偏差。這個(gè)偏差值一般用百分比表示，也可以用電壓值表示。3.2.3最大輸出電壓icm最大輸出電流指穩(wěn)壓器能夠保持輸出電壓不變的最大電流。3.2.4最小輸入電壓vimin 輸人電壓值在低于最小輸入電壓值時(shí)，穩(wěn)壓器將不能正常工作。3.2.5最大輸人電壓vimax 最大輸入電壓是指穩(wěn)壓器安全工作時(shí)允許外加的最大電壓值。3.2.6最小輸入、輸出電壓差(vi-vo) 它是指穩(wěn)壓器能正常工作時(shí)的輸入電壓u與輸出電壓八是最小電壓差值。3.2.7電壓調(diào)整率sv電壓調(diào)整率是指當(dāng)穩(wěn)壓器負(fù)載不變而輸入的直流電壓變化時(shí)，所引起的輸出電壓的相對(duì)變化量。sv常用下式表示: （式3.1） 式中:vo輸出電壓變化量; vi輸入

26、電壓變化量。 電壓調(diào)整率有時(shí)也用某一輸入電壓變化范圍內(nèi)的輸出電壓變化量表示。 電壓調(diào)整車用來(lái)表征穩(wěn)壓器維持輸出電壓不變的能力。3.2.8電流調(diào)整率si 電流調(diào)整率是指，當(dāng)輸入電壓保持不變而輸出電流在規(guī)定范圍內(nèi)變化時(shí)，穩(wěn)壓器輸出電壓相對(duì)變化的百分比，可用下式表示: （式3.2）電流調(diào)整率有時(shí)也用負(fù)載電流變化時(shí)輸出電壓的變化量來(lái)表示。3.2.9輸出電壓溫漂st輸出電壓溫漂也稱輸出電壓的溫度系數(shù)。其定義為，在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，當(dāng)輸入電壓和輸出電流不變時(shí)，單位溫度變化引起的輸出電壓變化量，用公式表達(dá)為: （式3.3） 式中:t溫度變化量。3.2.10輸出阻抗z。 輸出阻抗指，在規(guī)定的輸入電壓和輸出電流

27、的條件下，在輸出端上所測(cè)得的交流電壓與交流電流之比，即 （式3.4） 輸出阻抗反映了在動(dòng)態(tài)負(fù)載狀態(tài)下，穩(wěn)壓器的電流調(diào)整率。3.2.11輸出噪聲電壓vn 它是指當(dāng)穩(wěn)壓器輸入端無(wú)噪聲電壓進(jìn)入時(shí)，在其輸出端所測(cè)得的噪聲電壓值。輸出噪聲電壓是由穩(wěn)壓器內(nèi)部產(chǎn)生的，它對(duì)許多負(fù)載是有害的。3.3 7824芯片的技術(shù)指標(biāo) 7824芯片參數(shù)如下圖所示 圖3.2 7824芯片參數(shù)3.4 7924芯片的技術(shù)指標(biāo) 7924芯片參數(shù)如下圖所示 圖3.3 7924芯片參數(shù)3.5電源模塊的確定7824、7924芯片都是定值穩(wěn)壓芯片，而我們要求的是連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源，因此我們必須要設(shè)計(jì)一個(gè)電路，使7824和7924組成的

28、穩(wěn)壓電路可以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓功能。圖3.4 7824、7924穩(wěn)壓集成電路電路如圖3.4所示，由變壓器輸出交流雙向電壓經(jīng)橋式整流對(duì)整流，c1、c2濾波得到一直流電壓，其中變壓器雙電源的中心抽頭作為公共接地端，然后分別把該直流電壓正負(fù)極接入7824的1腳和7924的3腳。7824的3腳接到電位器w2的滑動(dòng)觸片“d”上，7924的1腳接到電位器w1的滑動(dòng)觸片“c”上。當(dāng)將觸片“c”滑到“0”端接地時(shí)，調(diào)節(jié)w2，即可從“a”端得到正向可變電壓；若將觸片“d”滑到“0”端接地，調(diào)節(jié)w1，在“b”端就可得到負(fù)向可變電壓，將w1、w2換成同軸電位器，將獲得正負(fù)對(duì)稱的可調(diào)電源，輸出電壓值連續(xù)可調(diào)，可達(dá)到同步調(diào)節(jié)的目

29、的。3.6電路參數(shù)的計(jì)算3.6.1輸入電壓ui 輸出電壓u0 應(yīng)與穩(wěn)壓電源要求的輸出電壓的大小范圍相同，穩(wěn)壓電路的最大允許電流icmi0max,穩(wěn)壓電路的輸入電壓范圍為 （式3.5） 式中：uomax最大輸出電壓 uomin最小輸出電壓 （ui-uo)min穩(wěn)壓塊最小輸入輸出壓差 （ui-uo)max穩(wěn)壓塊最大輸入輸出壓差通常情況下我們?nèi)≥斎腚妷簎i比輸出電壓uo大6v3.6.2變壓器副邊的輸出電壓u2 通常根據(jù)變壓器副邊輸出的功率po來(lái)選擇變壓器。對(duì)于容性的負(fù)載，變壓器副邊的輸出電壓u2與穩(wěn)壓器輸入電壓ui的關(guān)系為 （式3.6） 副邊電流的取值標(biāo)準(zhǔn)為 （式3.7）3.6.3整流二極管及濾波電

30、容 整流二極管vd的反向擊穿電壓urm應(yīng)滿足 （式3.8） 額定工作電流if應(yīng)滿足 （式3.9） 濾波電容c的容量估算公式為 （式3.10）式中：uip-p穩(wěn)壓器輸入端紋波電壓的峰-峰值 ic電容c放電電流 t電容c放電時(shí)間，t=t/2=0.01s濾波電容c的耐壓值應(yīng)大于，也可用下式估算 （式3.11）3.7電源電路原理圖確定 根據(jù)以上各式確定數(shù)值后，電路圖如下：圖3.5 電源電路原理圖第四章 數(shù)顯模塊的設(shè)計(jì)電源模塊設(shè)計(jì)完成后，接下來(lái)就是數(shù)顯模塊的設(shè)計(jì)。根據(jù)前面介紹我們選定了icl7107芯片作為數(shù)顯模塊，icl7107是一個(gè)3位半a/d轉(zhuǎn)換器，是常用的數(shù)顯模塊芯片，本模塊設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就是了解它

31、的原理，確定他的參數(shù)參數(shù)，選擇元器件并設(shè)計(jì)出電路。4.1 a/d轉(zhuǎn)換器原理隨著數(shù)字技術(shù)，特別是信息技術(shù)的飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代控制、通信及檢測(cè)等領(lǐng)域，為了提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)，對(duì)信號(hào)的處理廣泛采用了數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)。由于系統(tǒng)的實(shí)際對(duì)象往往都是一些模擬量（如溫度、壓力、位移、圖像等），要使計(jì)算機(jī)或數(shù)字儀表能識(shí)別、處理這些信號(hào)，必須首先將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；而經(jīng)計(jì)算機(jī)分析、處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬信號(hào)才能為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所接受。這樣，就需要一種能在模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間起橋梁作用的電路-模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。 將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的電路，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱a/d轉(zhuǎn)換器或adc

32、,analog to digital converter）,它主要用以下三種方法實(shí)現(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換：逐次逼近法、雙積分法、電壓頻率轉(zhuǎn)換法。(1) 逐次逼近法逐次逼近式a/d是比較常見的一種a/d轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時(shí)間為微秒級(jí)。采用逐次逼近法的a/d轉(zhuǎn)換器是由一個(gè)比較器、d/a轉(zhuǎn)換器、緩沖寄存器及控制邏輯電路組成，如圖4.1所示?；驹硎菑母呶坏降臀恢鹞辉囂奖容^，好像用天平稱物體，從重到輕逐級(jí)增減砝碼進(jìn)行試探。圖4.1 逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器原理框圖 逐次逼近法轉(zhuǎn)換過程是：初始化時(shí)將逐次逼近寄存器各位清零；轉(zhuǎn)換開始時(shí)，先將逐次逼近寄存器最高位置1，送入d/a轉(zhuǎn)換器，經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換后生成的模擬量送入比較

33、器，稱為vo，與送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量vi進(jìn)行比較，若vovi，該位1被保留，否則被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位為1，將寄存器中新的數(shù)字量送d/a轉(zhuǎn)換器，輸出的vo再與vi比較，若vo7v），此公共點(diǎn)的電壓才有較低的電壓系數(shù)（0.001/v）和較低的輸入阻抗（15），典型情況下的溫度系數(shù)小于80ppm/oc。 另外，片上參考源的一些不足也必須充分予以重視。在icl7107中，由于驅(qū)動(dòng)led數(shù)碼管而導(dǎo)致的內(nèi)部發(fā)熱會(huì)使性能下降。由于塑料的熱阻比陶瓷的大，因此塑封電路比陶瓷電路在這方面的性能要差，由于參考源的溫度系數(shù)、片上功耗和封裝的熱阻等原因，會(huì)使接近滿量程時(shí)的噪聲從25vp-p上升到8

34、0vp-p 。 另外，高功效（例如顯示值為1000，二十段顯示）與低功耗（例如顯示值為1111，八段顯示）使得線性度之差會(huì)達(dá)到一個(gè)字，甚至更多。參考源有正溫度系數(shù)的電路在量程溢出時(shí)會(huì)多出幾個(gè)字。這是因?yàn)橐绯鰰r(shí)三個(gè)低位數(shù)字均不顯示，而處于低功耗狀態(tài)。相似地，參考源為負(fù)溫度系數(shù)的電路會(huì)在溢出和非溢出讀值之間來(lái)回交替變化。這是由于芯片不斷被加熱和冷卻的結(jié)果。所有這些問題在使用外部參考源時(shí)自然就解決了。4.4.2數(shù)字部分圖4.6畫出了icl7107的數(shù)字部分框圖，有6v穩(wěn)壓二極管和一個(gè)很大的p溝管子構(gòu)成的源極跟隨器形成了內(nèi)部數(shù)字地，這樣電源連續(xù)方式在背極（bp）電壓以方波輸出時(shí)可吸納較大的容性電流。背

35、極電壓的頻率為始終頻率除以800，在每次三秒讀數(shù)刷新速率時(shí)，它為60hz的方波。標(biāo)稱電壓幅度為5v；led的端驅(qū)動(dòng)電壓與此背極電壓同頻、同幅，不顯示時(shí)為同相，顯示時(shí)為反相，在各種條件下，字符段兩端的平均電流電壓可以忽略，字符段驅(qū)動(dòng)電流為8ma.圖4.6 icl7107的數(shù)字部分框圖圖4.7和圖4.8畫出了icl7107的時(shí)鐘連接方式，可在這兩種基本的連接方式中選擇一種使用。1） 如圖4.7中所示，一外接振蕩器連接到第40腳。2） 如圖4.8中所示，用三個(gè)管腳構(gòu)成r-c振蕩器。該振蕩頻率被除以4，然后再進(jìn)入下一級(jí)計(jì)數(shù)器，以形成一個(gè)測(cè)量周期的三個(gè)階段。他們是信號(hào)積分階段（1000個(gè)計(jì)數(shù)值），參考源

36、反向積分階段（0至2000個(gè)計(jì)數(shù)值）和自動(dòng)校零階段（10003000個(gè)計(jì)數(shù)值）。在輸入信號(hào)小于滿量程時(shí)，自動(dòng)校零將參考源中為用足的部分進(jìn)行反積分，這樣，使得一個(gè)完整的測(cè)量過程為4000個(gè)計(jì)數(shù)值（16000個(gè)時(shí)鐘脈沖），而與輸入信號(hào)無(wú)關(guān)。需要每秒三次的讀數(shù)刷新速率時(shí)，可選用48khz的振蕩頻率。為使電路對(duì)60hz的工頻有最大的抑制能力，信號(hào)積分階段的時(shí)間應(yīng)為60kh的工頻的整數(shù)值，這樣，可選的震蕩頻率為240khz、120khz、80khz、60khz、48khz、40khz等，同樣地，為了對(duì)50khz的工頻有最好的抑制能力，可選的振蕩頻率有200khz、100khz、40khz等。請(qǐng)注意，40

37、khz額振蕩頻率（每秒2.5個(gè)度數(shù)），對(duì)50kh和60khz的工頻均有抑制能力（400hz和440hz也可以）。 圖4.7 時(shí)鐘電路a圖4.8 時(shí)鐘電路b4.5元器件的選擇4.5.1積分電阻 緩沖放大器的積分器都帶有甲類輸出放大器，靜態(tài)電流均為100a 左右。輸出為4a時(shí)的非線性度很小，可忽略不計(jì)。積分電阻必須足夠大，以使在整個(gè)輸入信號(hào)范圍內(nèi)的積分電流都落在這個(gè)線性度很好的區(qū)間。同時(shí)積分電流又必須大到印刷版上的漏電電流可以忽略。對(duì)于2v的滿量程，470k是最優(yōu)的，滿量程為200mv時(shí)，可選47k。4.5.2積分電容 積分電容的選擇須使得最大電壓擺幅不達(dá)到積分器輸出電壓的最大飽和擺幅，（約比電源

38、和地低0.3v和高0.3v）。當(dāng)icl7107的模擬公共端做參考點(diǎn)時(shí)，積分器輸出滿量程標(biāo)稱為2v時(shí)最佳，當(dāng)icl7107用+5v電源供電，模擬公共端接地時(shí)，3.5v只+4.5v的標(biāo)稱輸出擺幅為最好。在每秒3個(gè)讀數(shù)時(shí)，cint的標(biāo)稱值分別為0.22f和0.10f。當(dāng)然，在使用不同的震蕩頻率時(shí)，該電容的值也要往相反的方向進(jìn)行修正，以保持同樣的輸出擺幅。選擇積分電容的另一個(gè)要求時(shí)其漏電要小，以減少翻轉(zhuǎn)誤差。較合適的電容式聚丙烯電容，它的漏電幾乎可以完全忽略，而成本又很低。4.5.3自動(dòng)教校零電容 自動(dòng)校零電容的大小對(duì)系統(tǒng)的噪聲會(huì)有些影響。在200mv滿量程時(shí)，噪聲顯得很重要。推薦使用0.047f電容

39、，這樣，噪聲在合理范圍內(nèi)，同時(shí)，也加快了過載時(shí)的恢復(fù)速度。4.5.4參考電容在絕大多數(shù)使用場(chǎng)合下，0.1f的電容效果最好。然而，當(dāng)存在較大的共模電壓（即ref lo管腳未與模擬公共端連接）和使用200mv的滿量程時(shí)，可選用較大的電容，以防止產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)誤差。一般地，1f的電容在這種情況下可將翻轉(zhuǎn)誤差控制在0.5個(gè)顯示字范圍內(nèi)。4.5.5振蕩器元件在所有的頻率范圍內(nèi)，推薦使用100k的振蕩電阻，振蕩電容的值用下式進(jìn)行推算，f=0.45/rc。在48khz振蕩頻率時(shí)（每秒3個(gè)度數(shù)），c=100pf。4.5.6參考電壓產(chǎn)生滿量程讀數(shù)值輸出（2000個(gè)計(jì)數(shù)值）所需的模擬輸入電壓為vin=2vref,這樣，

40、對(duì)于200mv和2v的量程，vref應(yīng)分別為100mv和1v。然而在許多應(yīng)用場(chǎng)合，該a/d電路直接連接到傳感器的輸出，在數(shù)字輸出和輸入電壓間就存在一量程因子的問題。例如，在一稱重系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)者可能會(huì)希望傳感器的電壓輸出為0.662v時(shí)，a/d轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出為滿量程。這時(shí)，它應(yīng)將傳感器的輸出電壓直接接到a/d輸入，參考電壓調(diào)至0.331v，（而不是將傳感器的輸出電壓衰減至200mv），并將積分電阻和積分電容選至合適的120k和0.22f。這樣會(huì)使系統(tǒng)顯得簡(jiǎn)潔，并去掉了輸入端的衰減網(wǎng)絡(luò)。在用5v供電的icl7107的輸入端可接受4v的輸入信號(hào)，這類系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在輸入電壓vin0時(shí)，可將輸出數(shù)字讀數(shù)調(diào)為零。這對(duì)于測(cè)溫和稱重系統(tǒng)就是一個(gè)例子：為方便地將數(shù)字輸出調(diào)為零，可將傳感器的輸出電壓接至in hi和common端，可調(diào)整的（或固定的）調(diào)零電壓加在common和in lo端。4.5.7 icl7107的電源供電 icl7107設(shè)計(jì)工作于5v的電源電壓，如果負(fù)電源沒有時(shí)，可利用時(shí)鐘輸出信號(hào)，外接2只二極管、2只電容和一塊廉價(jià)的繼承電路來(lái)產(chǎn)生這個(gè)負(fù)電源，如圖4.9所示。圖4.9 從5v電壓產(chǎn)生-5v的電源電壓 事實(shí)上，有些系統(tǒng)式可以不用負(fù)電源的，用單一+5v供電的前提條件是：1. 輸入電壓可以公模方式的中心電壓為參考