1、電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛， 電子設(shè)備的種類也越來越多， 很多電子設(shè)備只能使 用特定大小的直流電壓供電不能使用市電直接供電。 不管是日常生活、 生產(chǎn)制造還是科研 教學(xué)都離不開直流穩(wěn)壓電源，就目前來說直流穩(wěn)壓電源是無法被取代的。對于不同的電子設(shè)備和不同的應(yīng)用場合， 電子設(shè)備所需要的電源種類和對電源的輸入與 輸出的指標(biāo)都有著不同的要求。 以三端集成穩(wěn)壓器為基礎(chǔ)制成的直流穩(wěn)壓電源不僅可以輸 出穩(wěn)定的固定直流電壓， 還可以輸出穩(wěn)定的可調(diào)直流電壓， 可調(diào)輸出端配合基于 ICL7107 的電壓顯示電路即可直觀地觀測到可調(diào)輸出端實時電壓， 顯示電路配合穩(wěn)壓電路可以更好 地調(diào)試出所需電壓值，方便電源的使用。

2、第一章：緒論直流穩(wěn)壓電源介紹穩(wěn)壓電源( stabilized voltage supply)是指能夠為負(fù)載提供穩(wěn)定的交流電源或者直流電 源的電子裝置。 包括交流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)壓電源兩大類。 直流穩(wěn)壓電源就是指能夠為負(fù) 載提供穩(wěn)定的直流電源的電子裝置， 又稱為直流穩(wěn)壓器， 它的供電電壓基本上都是交流電 壓，不管交流供電電源的電壓或者輸出負(fù)載電阻如何變化， 穩(wěn)壓器的直流輸出電壓始終保 持穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)壓電源的歷史可追溯到十九世紀(jì)， 愛迪生發(fā)明電燈時， 就曾考慮過穩(wěn)壓器， 到二十世 紀(jì)初，就有鐵磁穩(wěn)壓器以及相應(yīng)的技術(shù)文獻(xiàn)， 電子管問世不久， 就有人設(shè)計了電子管直流 穩(wěn)壓器。在四十年代后期， 電子器件

3、與磁飽和元件相結(jié)合， 構(gòu)成了電子控制的磁飽和交流 穩(wěn)壓器。五十年代晶體管的誕生使晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源成了直流穩(wěn)壓電源的中心。 六 十年代后期， 科研人員對穩(wěn)壓電源技術(shù)做了新的總結(jié)， 使開關(guān)電源， 可控硅電源得到快速 發(fā)展，與此同時，集成穩(wěn)壓器也不斷發(fā)展。直至今日，在直流穩(wěn)壓電源領(lǐng)域，以電子計算 機為代表的要求供電電壓低，電流大的電源大部分都由開關(guān)電源承擔(dān)，要求供電電壓高， 電流大的設(shè)備的電源由可控硅電源代之，小電流，低電壓電源都采用集成穩(wěn)壓器。直流穩(wěn)壓電源按照不同的分類形式可以分為以下幾類：1、按習(xí)慣可分為化學(xué)電源和電子穩(wěn)壓電源。我們平常所用的干電池、鉛酸蓄電池、鎳 鎘、鎳氫、鋰離子電池均屬

4、于化學(xué)電源，各有其優(yōu)缺點。2、按穩(wěn)定方式分，有參數(shù)型穩(wěn)壓器和反饋調(diào)整型穩(wěn)壓器。參數(shù)型穩(wěn)壓器電路簡單，主 要是利用電子組件的非線性實現(xiàn)穩(wěn)壓。反饋調(diào)整型穩(wěn)壓器具有負(fù)反饋，是閉環(huán)調(diào)整系統(tǒng)， 利用輸出電壓的變化，經(jīng)取樣、比較、放大得到控制電壓，去控制調(diào)整元件，從而達(dá)到穩(wěn) 定輸出電壓的目的。3、按調(diào)整元件和負(fù)載連接方式分，有并聯(lián)式穩(wěn)壓器和串聯(lián)式穩(wěn)壓器。調(diào)整元件與負(fù)載 并聯(lián)的稱為并聯(lián)式穩(wěn)壓器，調(diào)整元件與負(fù)載串聯(lián)的稱為串聯(lián)式穩(wěn)壓器。3、按作用器件分，有電子管穩(wěn)壓器、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓器、晶體管穩(wěn)壓器、可控硅穩(wěn)壓器等。4、按調(diào)整器件的工作狀態(tài)分，有線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器。調(diào)整器件工作在線性放大 狀態(tài)的為線性穩(wěn)壓器，

5、調(diào)整器件工作在開關(guān)狀態(tài)的稱為串聯(lián)式穩(wěn)壓器。 線性直流穩(wěn)壓器是 先將交流電經(jīng)過變壓器變壓， 再經(jīng)過整流電路整流濾波得到未穩(wěn)定的直流電壓， 要達(dá)到高 精度的直流電壓，必須經(jīng)過電壓反饋調(diào)整輸出電壓。 開關(guān)穩(wěn)壓器是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)， 控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率， 維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源， 它的電路形式主 要有單端反激式，單端正激式、 半橋式、推挽式和全橋式等。 基本的開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源 包括輸入電網(wǎng)濾波器、 輸入整流濾波器、 逆變器、輸出整流濾波器、 控制電路、保護(hù)電路。5、按電路的主要部分是集成電路還是分立元件分，有集成線性穩(wěn)壓器、集成開關(guān)穩(wěn)壓 器和分立元器件組成的穩(wěn)壓器。研究直流穩(wěn)

6、壓電源的意義幾乎所有的電子電路都需要穩(wěn)定的直流電源。在檢定檢修指示儀表時，除了要有合適 的標(biāo)準(zhǔn)儀器外， 還必須要有合適的直流電源及調(diào)節(jié)裝置。 當(dāng)由交流電網(wǎng)供電時， 則需要把 電網(wǎng)供給的交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電。 交流電經(jīng)過整流、 濾波后變成直流電， 雖然能夠 作為直流電源使用， 但是，由于電網(wǎng)電壓的波動， 會使整流后輸出的直流電壓也隨著波動。 同時，使用中負(fù)載電流也是不斷變動的，有的變動幅度很大，當(dāng)它流過整流器的內(nèi)阻時， 就會在內(nèi)阻上產(chǎn)生一個波動的電壓降， 這樣輸出電壓也會隨著負(fù)載電流的波動而波動。 負(fù) 載電流小，輸出電壓就高，負(fù)載電流大，輸出電壓就低。直流電源電壓產(chǎn)生波動，會引起 電路工作的

7、不穩(wěn)定，對于精密的測量儀器、自動控制或電子計算裝置等，將會造成測量、 計算的誤差，甚至根本無法正常工作。因此，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流穩(wěn)壓電源供電。 另一方面， 隨著電子技術(shù)發(fā)展， 電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛， 生活中電子設(shè)備的種類 也越來越多， 對穩(wěn)壓電源的需求只增不減， 要求也更加靈活多樣。 電子設(shè)備的小型化和低 成本化，使穩(wěn)壓電源朝輕、薄、小和高效率的方向發(fā)展。再有，學(xué)校的實驗室或者科研單 位等在進(jìn)行教學(xué)或者科研活動時也需要直流穩(wěn)壓電源來提供合適的穩(wěn)定的電壓。不管是日常生活、 生產(chǎn)制造還是科研教學(xué)都離不開直流穩(wěn)壓電源， 就目前來說直流穩(wěn)壓 電源是無法被取代的。 直流穩(wěn)壓電源雖然已經(jīng)發(fā)展

8、了很多年， 但是它的需求仍然只增不減。 需求決定市場， 市場決定發(fā)展前景， 無論是從學(xué)習(xí)方面還是從創(chuàng)造經(jīng)濟利益方面對穩(wěn)壓直 流電源進(jìn)行研究，都是具有實際意義的。直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為特性指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)兩大類，特性指標(biāo)反映直流穩(wěn)壓電 源的固有特性，質(zhì)量指標(biāo)反映直流穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣。1、特性指標(biāo)（ 1）輸出電壓范圍： 符合直流穩(wěn)壓電源工作條件情況下， 能夠正常工作的輸出電壓范圍。 該指標(biāo)的上限是由最大輸入電壓和最小輸入輸出電壓差所規(guī)定， 而其下限由直流穩(wěn)壓電 源內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓值決定。（2）最大輸入輸出電壓差：該指標(biāo)表征在保證直流穩(wěn)壓電源正常工作條件下，所允許 的最大輸入輸出

9、之間的電壓差值， 其值主要取決于直流穩(wěn)壓電源內(nèi)部調(diào)整晶體管的耐壓指標(biāo)。（3）最小輸入輸出電壓差：該指標(biāo)表征在保證直流穩(wěn)壓電源正常工作條件下，所需的 最小輸入輸出之間的電壓差值。（ 4）輸出負(fù)載電流范圍：輸出負(fù)載電流范圍又稱為輸出電流范圍，在這一電流范圍內(nèi)， 直流穩(wěn)壓電源應(yīng)能保證符合指標(biāo)規(guī)范所給出的指標(biāo)。2 、質(zhì)量指標(biāo)（1）電壓調(diào)整率表征當(dāng)輸入電壓 UI 變化時直流穩(wěn)壓電源輸出電壓 U0穩(wěn)定的程度，通常以單位輸出電壓 下的輸入和輸出電壓的相對變化的百分比表示。 一般直流穩(wěn)壓電源的電壓調(diào)整率 SU為 1%、0.1%、0.01%不等，其值越小，穩(wěn)壓性能越好。SUU 0 U0UI100% I0 0 T

10、 02）電流調(diào)整率在交流電源額定電壓條件下，用百分?jǐn)?shù)表示負(fù)載電流從零變化到最大時， 輸出電壓的最大相對變化量U0 SI0 100%U 0 I 0 I 0 max T 0（3）穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)定義為負(fù)載不變時， 輸出電壓相對變化量和輸入電壓相對變化量之比， 一般情 況下 Sr 在 10-210-4數(shù)量級， Sr越小穩(wěn)壓電路輸出電壓的穩(wěn)定性越好。U0 U 0Sr r UI U I I0 0 T 0式中， U1 為穩(wěn)壓電路輸入直流電壓，即整流電路的輸出電壓。（ 4）輸出電阻（內(nèi)阻）當(dāng)輸入電壓固定時， 輸出電壓變化量與負(fù)載電流變化量之比， 稱為輸出電阻 R0，亦稱 內(nèi)阻，其單位為歐。 R0 的大小反映

11、了當(dāng)負(fù)載變動時，穩(wěn)壓電路保持輸出電壓穩(wěn)壓的能力。 R0 越小負(fù)載能力越強，一般 R01 。R0=U0I0Ui 0T 0（5）最大紋波電壓與紋波抑制比 疊加在輸出電壓上的交流分量的峰峰值稱為最大紋波電壓UIP P ，一般為毫伏級。在電容濾波電路中， 負(fù)載電流越大， 紋波電壓也越大。因此，紋波電壓應(yīng)在額定輸出電流 情況下測出。紋波抑制比 SR定義為穩(wěn)壓電源輸入紋波電壓峰峰值 UIP P 與輸出紋波電壓峰峰值UIP P 之比，并取對數(shù)，單位為分貝（ dB）SR=20 lgIP-POP-P第二章：直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計目標(biāo)根據(jù)可行性以及實用性設(shè)計出一個直流穩(wěn)壓電源，電源具備固定電壓輸出端口和可調(diào) 電

12、壓輸出端口。電源可調(diào)輸出端具有相應(yīng)的輸出電壓指示功能。 電源最大電流不超過 2A。直流穩(wěn)壓電源設(shè)計方案的選擇根據(jù)設(shè)計目標(biāo)， 本次設(shè)計主要分為兩個模塊直流穩(wěn)壓電源模塊和電壓顯示模塊。 電 壓顯示模塊的主要功能是顯示直流穩(wěn)壓電源可調(diào)輸出端的電壓值， 以便更好地調(diào)節(jié)得到所 需電壓供給負(fù)載使用。經(jīng)查閱大量資料得出了兩個模塊不同的設(shè)計方案：（ 1） 電壓顯示模塊電壓顯示模塊有以下設(shè)計方案：方案一：采用 ADC0809轉(zhuǎn)換的顯示電路通過 ADC0809將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 ADC0809是采樣頻率為 8 位的、以逐 次逼近原理進(jìn)行模 數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖

13、存譯碼后的信號，只選通 8 個單斷模擬輸入信號中的一個進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 ADC0809 的輸出端經(jīng)過編碼譯碼、驅(qū)動然后接至數(shù)碼管顯示。 方案二：選用單片機 AT89S52和 A/D 轉(zhuǎn)換芯片選用單片機 AT89S52和 A/D轉(zhuǎn)換芯片 ADC0832實現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換和控制，用 LCD1602顯示 出最后的轉(zhuǎn)換電壓結(jié)果。方案三：采用三位半 A/D 轉(zhuǎn)換器 ICL7107雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器 ICL7107 是大規(guī)模集成芯片，它將模擬電路和數(shù)字電路集成在一個有 40 多個功能端的電路內(nèi)，包含有七段譯碼器，顯示驅(qū)動，參考源和時鐘系統(tǒng)。方案一中 ADC0809顯示電路整個電路過程繁瑣， 硬件實現(xiàn)時

14、焊接難度相對較大。 方案二 采用基于單片機 AT89S52的顯示電路硬件成本相對較高， 而且程序設(shè)計過程中比較容易出 錯。基于 ICL7017 的電壓顯示電路只需外接少量元件就能組成三位半數(shù)字電壓表， 相對于 方案一和方案二具有設(shè)計簡單、電路板布線不復(fù)雜、便于焊接調(diào)試、硬件成本低等優(yōu)點， 而且基于 ICL7107 的電壓顯示電路僅需要 5V 的電壓，電源電壓可以由設(shè)計的穩(wěn)壓源供 電，進(jìn)一步節(jié)約了設(shè)計成本。綜合各方面考慮本次設(shè)計數(shù)字電壓顯示模塊選擇了方案三。（2）直流穩(wěn)壓電源模塊在之前的第一章第一節(jié)我們按照了不同的方式對直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行了分類， 經(jīng)查閱資料 得出了以下不同類型穩(wěn)壓源的設(shè)計方案：

15、方案一：開關(guān)穩(wěn)壓直流電源開關(guān)穩(wěn)壓電源效率高， 輸出功率大， 容易實現(xiàn)短路保護(hù)與過流保護(hù)。 它的缺點是存在較 為嚴(yán)重的開關(guān)干擾。 開關(guān)穩(wěn)壓電源中功率調(diào)整開關(guān)晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)， 它產(chǎn)生的交流 電壓和電流通過電路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振干擾。 這些干擾如果不采取一定 的措施進(jìn)行抑制、 消除和屏蔽就會嚴(yán)重地影響整機的正常工作。 此外由于開關(guān)穩(wěn)壓電源振 蕩器沒有工頻變壓器的隔離， 這些干擾就會串入工頻電網(wǎng)， 使附近的其他電子儀器受到嚴(yán) 重的干擾，而且開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計繁瑣穩(wěn)定度差，因為此次設(shè)計不采用此方案。 方案二: 線性穩(wěn)壓直流電源線性直流穩(wěn)壓電源是先將交流電經(jīng)過變壓器變壓， 再經(jīng)過整流電路

16、整流濾波得到未穩(wěn)定 的直流電壓， 要達(dá)到高精度的直流電壓， 必須經(jīng)過電壓反饋調(diào)整輸出電壓， 可以達(dá)到很高 的穩(wěn)定度， 波紋也很小，而且沒有開關(guān)穩(wěn)壓電源具有的干擾與噪音。 線性穩(wěn)壓源有以下兩 個方案： 方案甲：并聯(lián)型穩(wěn)壓電源并聯(lián)型穩(wěn)壓電源的調(diào)整元件與負(fù)載并聯(lián)， 因為具有極低的輸出電阻， 動態(tài)特性好， 電路 簡單，具有自動保護(hù)功能。負(fù)載短路時調(diào)整管截止，可靠性高，但效率低，尤其是在小電 流時調(diào)整管需承受很大的電流， 損耗過大。 而且輸出范圍調(diào)節(jié)小，穩(wěn)定度不高， 因此在本 次設(shè)計中不適合采用此方案。方案乙：串聯(lián)型穩(wěn)壓電源 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源具有低噪音、低紋波、良好的負(fù)載調(diào)整率、高穩(wěn)定度、高準(zhǔn)確度、電路

17、反應(yīng)速度快等優(yōu)點，而且電路容易實現(xiàn)。串聯(lián)型穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓部分可以采用三極管等分立元件來實現(xiàn)， 也可以采用三端集成穩(wěn)壓 器。三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓性能良好， 外圍元件簡單，安裝調(diào)試方便， 芯片內(nèi)部還具有過流、 過熱等保護(hù)電路。 78 系列的芯片可以穩(wěn)定輸出固定正電壓， 79 系列的芯片可以穩(wěn)定輸出 固定的負(fù)電壓， 既可以輸出所需固定電壓， 也可以為設(shè)計中的電壓顯示模塊供電。 LM317、 LM337分別可以輸出 +1.25+37V、-1.25 -37V 電壓，加上外圍電路后可以實現(xiàn)輸出電壓 在 1.25V 37V 范圍內(nèi)可調(diào)，能滿足各種設(shè)備不同的電壓需求，而且三端集成穩(wěn)壓器 價格低廉，在市面上比較常見

18、， 容易購買。綜合穩(wěn)壓電源電源技術(shù)指標(biāo)、 功能、設(shè)計成本、 設(shè)計目標(biāo)等方面的考慮本次設(shè)計采用線性串聯(lián)型三端集成穩(wěn)壓電源的設(shè)計方案。所選方案系統(tǒng)方框圖直流穩(wěn)壓電源的工作過程如圖 2-2-1 所示：市電 220V 交流電壓作為輸入電壓，要獲得 低壓直流輸出， 首先必須采用變壓器將電網(wǎng)電壓降低到所需要交流電壓。 降壓后的交流電 壓，通過整流電路變成單向直流電， 但其幅度變化大。 脈動大的直流電壓經(jīng)過濾波將交流 成分過濾掉，保留其直流成分。 濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本 不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負(fù)載使用圖 2-2-1 穩(wěn)壓電源工作過程圖本次設(shè)計的直流穩(wěn)壓電源在穩(wěn)壓電源

19、的常規(guī)工作過程中增加了電壓顯示模塊， 具體系統(tǒng)方框圖如圖 2-2-1 所示：輸出 +12VLM7812穩(wěn)壓輸出 +5VLM7805穩(wěn)壓雙電壓變壓器降壓整流濾波LM317穩(wěn)壓電路LM337穩(wěn)壓電路+5V 供電電壓電壓顯示電路-5V 電壓供電LM7912穩(wěn)壓LM7905穩(wěn)壓輸出 -5V輸出 -12V圖 2-2-2 系統(tǒng)方框圖+5V電壓， +5V電壓對電壓顯示電直流正電壓一路經(jīng)過 LM7812、LM7805輸出 +3.3V、 路進(jìn)行供電，顯示電路輸入端加上單刀雙擲開關(guān)即可根據(jù)需要在正可調(diào)和負(fù)可調(diào)輸出端之 間切換顯示第三章：單元電路的設(shè)計3.1 濾波電路濾波電路采用一大一小電容濾波。 理論上， 在同一

20、頻率上容量大的電容其容抗下， 選擇 一大一小電容并聯(lián)后其容量小的電容不起作用。 但是，由于大電容的電容器存在感抗特性， 等效為一個電容與一個電感串聯(lián)， 在高頻情況下的阻抗反而大于低頻時的阻抗。 小電容容 量小，在制造時可以克服電感性， 幾乎不存在電感。 在大電容上并聯(lián)一個小電容可以補償 其在高頻下的不足。 當(dāng)電路的工作頻率比較低時， 小電容不工作， 大電容容量越大濾波效 果越好。 當(dāng)電路工作頻率比較高時， 大電容由于阻抗大而處于開路狀態(tài)， 這時高頻干擾成 分通過小電容進(jìn)行濾波。穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓部分分為兩個模塊，一個是 LM317、 LM337雙路可調(diào)模塊，一個是固定輸出模塊。LM317、LM337

21、雙路可調(diào)模塊LM317 和 LM337是比較常見的三端集成穩(wěn)壓器， LM317輸出電壓在 +1.25V 至 +37V可調(diào)， 輸出電流最大能達(dá)到 1.5 安。 LM337輸出電壓在 -1.25V 至-37V 可調(diào)，輸出的最大電流可 達(dá) 2 安。 LM317、LM337內(nèi)部具有輸出短路、過流、過熱保護(hù)。因為 LM317與 LM337性能 以及外接電路基本相似， 下文中主要對 LM317進(jìn)行說明。LM317的基本電路如圖 3-2 所示：圖 3-2 LM317 電路圖 3-2 所示電路中 0 腳為輸入腳，1腳為輸出腳，2 腳為調(diào)整腳。LM317輸出電壓 U0=1.25 (1+R2/R1)，根據(jù)公式可以

22、得出只要 R2/R1 改變，輸出電壓就能改變，根據(jù)這一結(jié)果要 實現(xiàn)輸出電壓可調(diào)， 只需把 R1設(shè)置成一個固定電阻， 改變 R2的電阻就能使輸出可調(diào)。 在 LM317和 LM337基礎(chǔ)電路上設(shè)計出了雙路電壓可調(diào)電路，電路圖如圖3-3 所示：1IN Vout3VCCVCC圖 3-3 雙路可調(diào)模塊電路圖上圖為雙路電壓可調(diào)電路圖， 電阻 R4 和 R6的作用是對二極管進(jìn)行保護(hù)。 C3和 C4電容 的作用是形成一個交流通路，可以進(jìn)一步減小輸出端紋波。在 LM317、LM337輸出端分別 并聯(lián)一大一小電容可以進(jìn)一步濾波，使輸出更平滑。3.5 電壓顯示電路設(shè)計ICL7107 介紹根據(jù)之前對數(shù)字電壓顯示模塊不

23、同方案的對比， 最終確定使用基于 ICL7107 的數(shù)字電壓 表頭實現(xiàn)電壓顯示功能。 ICL7107 具有以下特點：(1)ICL7107 是 3(1/2) 位雙積分型 A/D轉(zhuǎn)換器，屬于 CMOS大規(guī)模集成電路。 它的最大顯示 值為 1999最小分辨率為 100uV,轉(zhuǎn)化精度為 0.05 1 個字。能直接驅(qū)動共陽極 LED數(shù)碼管, 不需要另加驅(qū)動器件 ,使整機線路簡化。 采用 5V兩組 電源供電。在芯片內(nèi)部從 V+與 COM之間有一個穩(wěn)定性高的 2.8V 基準(zhǔn)電源，通過電阻分壓器可獲 得所需的基準(zhǔn)電壓 Vref 。能通過內(nèi)部的模擬開關(guān)實現(xiàn)自動調(diào)零和自動機型顯示功能。輸入阻抗高，對輸入信號無衰減

24、作用。整機組裝方便，無需外加有源器件，配上電阻，電容，共陽極數(shù)碼管就能構(gòu)成一只直流數(shù)字電壓表頭。噪音低、溫漂小，具有良好的可靠性，壽命長。芯片本身功耗小于 15mv，不包括 LED。部設(shè)有一專門的小數(shù)點驅(qū)動信號。使用時可將 LED共陽極數(shù)碼管公共陽極接 V+。（10）可以方便地進(jìn)行功能檢查。ICL7107 工作原理ICL7107 內(nèi)部由模擬電路和數(shù)字電路組成。 二者相互聯(lián)系， 一方面由控制邏輯產(chǎn)生控制 信號，控制多路模擬開關(guān)接通或斷開， 保證 AD轉(zhuǎn)換正常進(jìn)行， 另一方面模擬電路的比較 器輸出信號又控制著數(shù)字電路的工作狀態(tài)和顯示結(jié)果。 模擬電路由雙積分式 AD 轉(zhuǎn)換器構(gòu) 成，數(shù)字電路由頻分器、

25、計數(shù)器、鎖存器、譯碼器、驅(qū)動器、控制器、LCD顯示器組成，計數(shù)器對反向積分過程的時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù)分頻器用來對時鐘脈沖逐漸分頻， 得到所需的 計數(shù)脈沖 fc 和共陽極 LED數(shù)碼管公共電極所需的方波信號 fc ；鎖存器用來存放 A/D轉(zhuǎn)換 的結(jié)果，鎖存器的輸出經(jīng)譯碼器后驅(qū)動 LED 。譯碼器為 BCD-7段譯碼器， 將計數(shù)器的 BCD 碼譯成 LED數(shù)碼管七段筆畫組成數(shù)字的相應(yīng)編碼； 驅(qū)動器是將譯碼器輸出對應(yīng)于共陽極數(shù) 碼管七段筆畫的邏輯電平變成驅(qū)動相應(yīng)筆畫的方波； 控制器的作用有三個： 第一，識別積 分器的工作狀態(tài)， 適時發(fā)出控制信號， 使各模擬開關(guān)接通或斷開， A/D 轉(zhuǎn)換器能循環(huán)進(jìn)行。 第

26、二，識別輸入電壓極性， 控制 LED數(shù)碼管的負(fù)號顯示。 第三，當(dāng)輸入電壓超量限時發(fā)出 溢出信號，使千位顯示“ 1 ，其余碼全部熄滅。 它的每個測量周期為自動調(diào)零（ AZ）、信號積分（ INT）和反向積分（ DE）三個階段，這 3個階段在數(shù)字電路邏輯控制電路的作用下不斷循環(huán)重復(fù)。一階段，首先電壓輸入腳與輸入電壓斷開而與地端相連放掉電容器C 上積累的電量，然后參考電容 Cref 充電到參考電壓值 Vref ，同時反饋環(huán)給自動調(diào)零電容 CAZ以補償緩沖 放大器、積分器和比較器的偏置電壓。這個階段稱為自動校零階段。第二階段為信號積分階段（采樣階段），設(shè) Vx 為測量電壓， Vs為積分器輸入電壓。 在此

27、階段 Vs接到 Vx 上使之與積分器相連，這樣電容器 C將被以恒定電流 Vx/R充電，與 此同時計數(shù)器開始計數(shù)，當(dāng)計到某一特定值 N1（對于三位半模數(shù)轉(zhuǎn)換器， N1=1000）時邏 輯控制電路充電過程結(jié)束，這樣采樣時間 T1是一定的，假設(shè)時鐘脈沖為 TCP，則 T1=N1 TCP。在此階段積分器輸出電壓 Vo=-Qo/C，因為電容電量為：Qo= Vx * dt =VxT1（1）0 R R所以得出 VO 為：VO=- Qo =- Vx T1（2）C RC因為 T1是固定的，所以由上式可以看出 V0 與 VX成正比。第三階段為反積分階段（測量階段），在此階段，邏輯控制電路把已經(jīng)把充電至Vref的參

28、考電容 Cref 按與VX 極性相反的方式經(jīng)緩沖器接到積分電路， 這樣電容器 C將以恒定電 流 Vref R 放電，與此同時計數(shù)器開始計數(shù)，電容器 C上的電量線性減小，當(dāng)經(jīng)過時間 T2 后，電容器電壓減小到 0，由零值比較器輸出閘門控制信號再停止計數(shù)器計數(shù)并顯示出計 數(shù)結(jié)果，設(shè)此時計數(shù)器計數(shù)值為 N2，設(shè)時鐘脈沖采樣單元周期為 Tcq，則有 T2=Tcq*N2。因為(3)(4)Vo+ C1 T02VrRef *dt=0將（ 2）式帶入（ 3）得T1T2= T1 VxVref由于 T1和 Vref 是固定值，所以 T2與 Vx（測量電壓）成正比，將 T2=Tcq*N2帶入（ 4） 得N2=（T1

29、/TcqVref）*Vx, 因為 T1、Vref 、Tcq 均為固定值，所以 N2 與 Vx（測量電壓）成正 比。計數(shù)值 N2經(jīng)鎖存器、譯碼器后數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)值，以上過程即為ICL7107 的工作原理，基于這一原理，加上合適的外接電路就能達(dá)到數(shù)字電壓顯示功能。 ICL7107 有 Vx （測試電壓） =2*Vref （參考電壓）， ICL7107測量電壓滿量程為 200mV，此時參考電壓為 Vref=100mV。圖 3-2-10 ICL7107 A/D 轉(zhuǎn)換器原理 ICL7107 表頭電路ICL7107 的管腳如圖 3-2-11 所示10圖 3-2-11 ICL7107 管腳圖其中 1 號

30、腳為電源端口， 接+5V正電源，26 號腳為負(fù)電源接口， 接-5V，21號引腳接地， 2 號到 8 號引腳接最低位數(shù)碼管， 9 號到 14 號、23 號引腳接第二位數(shù)碼管， 15 號到 18 號、22號到 24 號引腳接第三位數(shù)碼管； 40-38 腳（ Oscl-OSc3）為時鐘振蕩器的引出端； 32 腳 （COMMO）N 為模擬信號公共端，簡稱“模擬地”，使用時一般與輸入信號的負(fù)端 以及基準(zhǔn)電壓的負(fù)極相連。 37 腳（ TEST）是 測試端，該端經(jīng)過 500 歐姆電阻接至邏輯 電路的公共地，故也稱“邏輯地”或“數(shù)字地”。32 、34（CREF- 、CREF）+ 為基準(zhǔn)電壓正負(fù)端， CREF外

31、接基準(zhǔn)電容端； 35腳是基準(zhǔn)地； 27（INT）是一個積分電容器，必須選 擇溫度系數(shù)小不致使積分器的輸入電壓產(chǎn)生漂移現(xiàn)象的元件 IN 和 IN- ：31、30 腳為模 擬量輸入端，分別接輸入信號的正端和負(fù)端； 29（AZ）為積分器和比較器的反向輸入端， 接自動調(diào)零電容 CAz ；28腳 BUFF是緩沖放大器輸出端，接積分電阻 Rint ；36號引腳接 滑動變阻器，用于調(diào)試電路，精確讀數(shù)。第四章 直流穩(wěn)壓電源模塊參數(shù)計算（ 1）可調(diào)穩(wěn)壓部分由于 LM317與 LM337外接電路相類似，以 LM317為例進(jìn)行計算：LM317輸出電壓范圍為 1.25V-37V ，輸出電壓 Uo=1.25*（ 1+R2/R1）。參數(shù)推導(dǎo)過程為： 當(dāng) Uo=1.25V 時，R2=0 當(dāng) Uo=37V時， R2/R1=28.6 得出 0R2/R128.6 取 R1=200則 0R2 5.72K選 R2=3K 可得 Uo的范圍為 1.25VUo20V本次設(shè)計目標(biāo)是可調(diào)端至少在 1V左右到 12V 可調(diào)，推導(dǎo)過程中設(shè)輸出端最大的電壓 能達(dá)到 12V以此去推導(dǎo)一個要得到 12V 輸出電壓的最小輸入電壓 Ux，取值過程中只要所 取的電壓值大于 Ux 那么輸出端輸出