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1、1论文选读与写作训练论文选读与写作训练 所属系别： 物理与电子工程系 专 业： 电子科学与技术 班 级： 姓 名： 学 号： 日 期： 2简易数控直流稳压电源设计简易数控直流稳压电源设计系系 别：别： 物理与电子工程系物理与电子工程系 学科专业：学科专业： 电子科学与技术电子科学与技术 学学 号：号： 姓姓 名：名： 目目 录录1 引言12 直流稳压电源的总体设计13.相关模块的具体设计33.1 供电电源设计 33.2“+”“-”按键控制及数字控制部分63.3 数字显示电路设计 63.4 稳压电路 74.实验与结果85.参数测试95.1 测量稳压电源输出的稳压值及稳压范围 95.2 测量稳压电
2、源的稳压系数 SU95.3.测量稳压电路的输出电阻 Ro95.4测量稳压电源的纹波电压和纹波因数96.结束语 107.致谢 108.参考文献 109.英文摘要 1110.作者简介11简易数控直流稳压电源简易数控直流稳压电源张艾怡运城学院 山西省运城市 044000摘要：介绍一种直流稳压电源的设计和制作。输出电压：范围 2-9V，步进 1V，波纹电压不大于 10mV;最大功率要求 10W 以上;具有过压、过流保护;输出电压值由数码管显示;由“+” 、“”两键分别控制输出电压增减;为实现上述几部分工作，自制一稳压电源，输出12V、+5V。关键词：直流稳压电源；集成电路;步进 引引 言言现代工业和自
3、动化生产过程中，会涉及大量的动态检测和控制问题，其中振动和冲击的精确测量显得尤其重要。对于振动和冲击信号的获取，最常见的是用压电加速度传感器，它将力学的输入信号转变为电信号。但是，这个输出信号必须要做适当的处理才能应用。直流稳压电源一般分为线性和开关电源两类。对于单片机数字控制的电路系统，通常采用基于 PWM 控制的开关电源；而对于放大器的模拟控制系统，采用线性直流稳压电源则更具有优势。线性直流稳压电源具有稳压和滤波的双重作用，产生的干扰很小，随着集成电路技术的发展，较高输出电流和数值可调的集成稳压器相继出现，由此而构成的线性直流稳压电源结构简单，维修方便，功率 200W 以下时，整机的体积也
4、不大。一般来讲，线性直流稳压电源的纹波抑制比，电压调整率和噪声抑制等性能比开关直流稳压电源要好。更重要的是工作可靠，故障率低，更适合于放大器的模拟控制系统。因此，针对电荷放大器的需要，本文提出了一种基于集成稳压器的多输出线性直流稳压电源的设计。2 2 直流稳压电源的总体设计直流稳压电源的总体设计数控直流稳压电源主要包括三大部分：电源供电部分，稳压电路部分和可逆计数和显示电路部分，原理图为图 1。其中电源供电部分包括电压输入和滤波、整流电路。可逆计数设计部分包括数控模拟选通和可逆计数器，其设计原理框图为图 5.输入的电流波形形经过降压、整流、滤波和稳压，获得所需的直流电压输出，其过程如图 2 所
5、示整流电路用硅整流桥将交流电整流，输出脉动直流电。滤波电路选用一个 2200F 的大容量电解电容 C1 和一个10 nF 的小容量涤纶 CL11 型电容 C2 并联滤波，如图 3 所示。理论上，在同一频率下容量大的电容其容抗小，这样一大一小电容相并联后其容量小的电容 C2 不起作用。但是，由于大容量的电容器存在感抗特性，等效为一个电容与一个电感串联。在高频情况下的阻抗反而大于低频时的阻抗，小电容的容量小，在制造时可以克服电感特性，几乎不存在电感。在大电容 C1 上并联一个小电容 C2 可以补偿其在高频下的不足。当电路的工作频率比较低时，小电容不工作（容抗大相当于开路） 。大电容的容量越大滤波效
6、果越好。当电路的工作频率比较高时（输入信号的高频干扰成分） ，大电容由于感抗大而处于开路状态。这时高频干扰成分通过小电容流到地线，滤除各种高频干扰成分。稳压电路选用三端集成直流稳压器，其电路连接方式一般如图 4 所示。性能上，常用的集成稳压器有三端固定式、三端可调式和开关式。以三端固定式为例，其正输出为 7800（后两位代表输出的额定稳压值，00 是统称）系列，负输出为 7900 系列，常见的有 05、06、08、09、12、15、18、24 八种。一般要求最小的输入、输出电压差（UI-U0）为 2 V 3 V；输出稳压的容差约为 5%；最大输出电流 IOmax 有 0.1 A （如 78L1
7、2） ，0.5 A （如 78M12）和 1.5 A （如 7812）等多种，部分器件的最大输出电流可达 2.2 A；其最大输入电压 UImax 一般是 7818 档以下为 35 V，7824 档为 40 V；电压调整率 SU 一般为0.01%/V；输出电阻 R0 小于 0.1；纹波抑制比 SVP 一般为 50dB；温度系数 ST 一般为每度 1mV 2.4 mV。图 4 中，引脚 1 为电压变换的输入端，引脚 2 为电压变换后的输出端，引脚 3 为接地端。电容 Ci 作用是改善纹波和抑制输入的过电压，一般取值为 0.33 F。C0 作用是改善负载的顺态响应，一般可选取 0.1 F 的电容，当
8、采用大容量的电解电容时效果更好。稳压电源的输入输出端要跨接一个二极管，以防止集成稳压器输出调整管损坏。电压输入滤波电路稳压输出电路译码驱动显示电路按键数控模拟选通开关可逆计数器 3.3.相关模块的具体设计相关模块的具体设计 3.1 供电电源设计 采用 9v 电压源供电因二端都为 9v 采用二个二极管整流图中的发光二极管作为指示灯，选用 470uF 的电解电容 C1 起平滑输出的作用，选用 0.1uF（104）瓷片电容起消除高频干扰作用，即用 C1 和 C2 抑制高频干扰。3.1.13.1.1 直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路所组成，
9、基本框图如图 6 所示。 各部分的作用如下：1）电源变压器的作用是将电网 220V、50Hz 的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压（起交流降压作用） 。图 5图 62）整流电路的作用是将交流电压变换成脉动的直流电压。3) 滤波电路的作用是滤除纹波，输出平滑的直流电压。4）稳压电路的作用是对滤波后的直流电压采取稳压措施降低负载变化及输入电压变化对输出电压的影响。3.1.2.3.1.2.整流电路原理整流电路原理常用的整流电路有半波整流、全波整流、桥式整流及倍压整流等。实验电路中采用桥式整流，电路如图 7 所示。3.1.3.3.1.3.电容滤波原理电容滤波原理滤波电路用于滤去整流输出电压中的
10、纹波（交流成份） ，一般由电抗元件组成，有并联电容滤波电路、串联电感滤波电路、电容和电感组合滤波电路，小功率电源电路中，多用电容滤波电路，大功率电源电路中，多用电感滤波电路。实验电路中用并联电容滤波电路，见图 8 所示。图 7图图 8 83.1.4.3.1.4.稳稳压电路压电路1）稳压二极管稳压电路 最简单的稳压电路是稳压二极管和限流电阻 R 所组成的稳压电路，如图 9 所示。图图 9 93.1.5.3.1.5. 集成稳压器集成稳压器集成稳压器一般为集成串联型稳压电路，从外形上看有三个引脚，分别为输入端、输出端和公共端（或调节端） ，因而称为三端集成稳压器。常用的小功率三端集成稳压器有固定输出
11、正电压的 7800 系列（7800 系列的后两位数字表示输出电压值，如 7812，输出电压为 12V） 、固定输出负电压的 7900 系列(7900 系列的后两位数字表示输出电压值，如7912，输出电压为-12V） 、可调正电压输出的 LM317（LM117，LM217适用不同温度范围）系列和可调负电压输出的 LM337(LM237，LM137适用不同温度范围)系列等。实验电路采用固定输出电压的三端集成稳压器 7805、7812 和 7912，它们固定输出电压分别为+5V、+12V 和-12V。3.1.6.3.1.6. 供电电源电路供电电源电路实验电路如图 10 所示， 电路中整流桥堆型号为
12、RS204（也可用其它型号的）,其二极管的最大整流电流 IF 为 2A。图中电容 C1、C2 为滤波电路电容，电容 C3、C4、C9 用于抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生自激振荡。电容 C5、C6 、C10 用于减小输出端的纹波电压。电容 C7、C8，C11 用于消除输出电压中的高频噪声。3.2“+” “-”按键控制及数字控制部分3.2.13.2.1 工作原理：工作原理：此部分电路主要用两个按钮开关作为输出电压增和减的调整键，与可逆计数器的加计数 CPU 时钟输入端和减计数 CPD 时钟输入端相连，可逆计数器采用十进制同步加/减计数集成块 74LS192 芯片而成。3.2.23.2.
13、2 74LS19274LS192 芯片十进制可逆计数其功能表和各建如下芯片十进制可逆计数其功能表和各建如下: :元件选择：计数器部分采用的是十进制双时钟可预置数异步复位十进制（BCD 码）可逆计数器 74LS192 芯片。与它功能相同的还有其他芯片，比较容易找到。这里采用 TTL逻辑电路而不采用 CMOS 数字电路的原因是 TTL 逻辑电路的输入阻抗低，具用良好的抗外界电磁干扰能力，而 CMOS 数字电路的输入阻抗极高，很容易被外界电磁场所干扰而误动作，这也是电子技术基础“数字部分”近 30 年来一直在讲 TTL 逻辑电路路而很少讲CMOS 电路的原因。数字控制电路的核心是可逆二进制计数器，7
14、4LS193 是双时钟 4 位二进制同步可逆计数器。计数器数字输出的加减控制是由“+” “-”两面三刀按键组成，按下“+”或“-” ，产生的输入脉冲输入到 74LS193 的 CP+或 CP-端，以便控制 74LS193 的输出是作加计数还是减计数。为了消除按键的抖动脉冲，引起输出的误动作，分别在“+”图 10“-”控制口介入了由双集成单稳态触发器 CD 4538 组成的脉冲发生器。每当按键一次，输出一个 100ms 左右的单脉冲。电路如图所示：3.3 数字显示电路设计：3.3.13.3.1 工作原理：工作原理：在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观的显示出来。一方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方面用于监视数字系统的工作情况。因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。数字显示电路通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成。其中的数码的显示方式一般有三种：第一种是字型重叠式；第二种是分段式；第三种是点阵式。
