數(shù)字顯示可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設計

1、.wd.wd.wd.畢業(yè)設計(論文)說明書數(shù)字顯示可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設計專 業(yè)電氣自動化技術班 級14電氣2班學生姓名 陳沛波 指導教師 盛繼華 2014年2月-2014年6月浙江工業(yè)大學畢業(yè)設計論文任務書成教學院系 電氣自動化技術 專業(yè) 2014 級 1班 姓名 陳沛波畢業(yè)設計論文題目： 數(shù)字顯示可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設計 起止日期： 2016/04/2016/06/ 指導教師：盛繼華畢業(yè)設計論文要求包括日程安排和進度：任務：1、學習病床呼叫控制系統(tǒng)的特點，熟悉其工作原理，明確控制要求； 2、選擇PLC的病床控制系統(tǒng)的核心部件，完成系統(tǒng)的硬件和軟件設計；3、完成控制系統(tǒng)中主要元件選型工作；4、完

2、成調(diào)試工作； 5、寫出設計說明書。要求：1重視畢業(yè)設計工作，按時獨立完成畢業(yè)設計論文任務書所規(guī)定的全部任務。2畢業(yè)設計說明書論文完備、內(nèi)容正確、概念清楚、數(shù)據(jù)可靠、文字通順、書寫工整，電路圖標準、標準。3熟悉論文中相關內(nèi)容，辯論時正確地答復以下問題。日程安排： 2017/2/152014/3/30 下達任務書，收集資料，熟悉控制要求 2014/4/12014/4/19 系統(tǒng)的硬件設計 2014/4/202014/4/31 系統(tǒng)的軟件設計及調(diào)試 2014/5/12014/5/14 完成畢業(yè)設計論文 2014/5/152014/5/31 對設計及論文進展整改和定稿2014/6/12014/6/10

3、 準備畢業(yè)辯論審查意見： 院系負責人： 年 月 日注 ：本任務書由指導教師填寫并經(jīng)審查后，復印一份交學生裝訂在畢業(yè)設計論文的封面之后，原件存主辦源系、單位。摘要隨著科技的開展，電氣、電子設備已經(jīng)廣泛的應用于日常、科研、學習等各 個方面。電源已經(jīng)成為電氣和電子設備中必不可少的能源供應部件，對電源的研 究和開發(fā)已經(jīng)成為新技術、新設備開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，在推動科技開展中起著重要 作用。 本文介紹了一種數(shù)字顯示連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設計方案，此方案應用 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 終通過兩個模塊的連接實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓功能。同時，本文還對電源模

4、塊和 數(shù)顯模塊的 基本原理，參數(shù)計算和性能指標等進展了分析講解。 這種電源價格廉價， 電路簡單， 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。關鍵詞：穩(wěn)壓電源 A/D 轉(zhuǎn)換器 電源模塊 穩(wěn)壓模塊金華高級技師學院電氣工程專業(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)壓電源的技術指標 . 11.2.1 描述輸入交流電壓變化對輸出電壓影響的技術指標 . 11.2.2 描述負載變化對輸出電壓影響的技術指標 . 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

5、路 . 52.1.2 用單片機制作的可調(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 方案確實定 . 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 ICL7107 的方案 . 72.2.3 方案確定 . 7第三章 電源模塊的設計 . 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 ICM . 83.2.4 最小輸入電壓 Vimin . 93.2.5 最大輸人電壓 Vimax . 9

6、3.2.6 最小輸入、輸出電壓差(Vi-Vo) .93.2.7 電壓調(diào)整率 SV . 93.2.8 電流調(diào)整率 Si . 93.2.9 輸出電壓溫漂 ST . 93.2.10 輸出阻抗 Z。 . 103.2.11 輸出噪聲電壓 VN . 103.3 7824 芯片的技術指標 . 103.4 7924 芯片的技術指標 . 113.5 電源模塊確實定 . 123.6 電路參數(shù)的計算 . 133.6.1 輸入電壓 Ui . 133.6.2 變壓器副邊的輸出電壓 U2 . 133.6.3 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)顯模塊的設計 . 154.1 A/D

7、轉(zhuǎn)換器原理 . 154.2 ICL7107 簡介 . 184.3 ICL7107 的管腳排列 . 184.4 ICL7107 功能說明 . 214.4.1 模擬局部 . 214.4.2 數(shù)字局部 . 23 4.5 元器件的選擇 . 254.5.1 積分電阻 . 25 4.5.2 積分電容 . 25 4.5.3 自動教校零電容 . 264.5.4 參考電容 . 26 4.5.5 振蕩器元件 . 26 4.5.6 參考電壓 . 264.5.7 ICL7107 的電源供電 . 26 4.6 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 . 29 5.1 數(shù)顯模塊和電源模塊的連接 .

8、29 5.2 總電路原理圖圖 . 29 完畢語 . 30致謝 . 31 參考文獻 . 32 附錄 . 33 附錄 1：總電路原理圖 . 33第一章1.1 直流穩(wěn)壓電源的介紹緒論直流穩(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，當交流供電電源 的電壓或負載電阻變化時，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)導電式與開關式兩類。前者由變壓器把單相或三相交流電壓變到適當值，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 種電源線路簡單、紋波小、相互干擾小，但體積大、耗材多，效率低(常低于40 60)。 后者以改變調(diào)整元件(或開關)的通斷時間比來調(diào)

9、節(jié)輸出電壓， 從而到達穩(wěn)壓。 這類電源功耗小，效率可達85左右。所以，80年代以來開展迅速。從工作方式上 可分為：可控整流型。用改變晶閘管的導通時間來調(diào)整輸出電壓。斬波型。輸 入是不穩(wěn)定的直流電壓，以改變開關電路的通斷比得到單向脈動直流，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，反響控制逆變器工作頻 率，到達穩(wěn)定輸出直流電壓的目的。1.2 直流穩(wěn)壓電源的技術指標衡量一臺穩(wěn)壓電源的好壞，一方面要從功能角度來看，即容量大小(輸出電壓和 輸出電流)、調(diào)節(jié)范圍大小、效率上下等，人們稱其為使用指標或性能指標;另

10、一方 面要從外觀、形狀、體積、重量等直觀形象來看，這些稱為電氣指標;更重要的是要 看它的質(zhì)量上下，即輸出電壓的穩(wěn)定度等，一般稱為質(zhì)量指標。下面重點介紹質(zhì)量 指標。1.2.1 描述輸入交流電壓變化對輸出電壓影響的技術指標(1)穩(wěn)壓系數(shù) 穩(wěn)壓系數(shù)有絕對穩(wěn)壓系數(shù)和相對穩(wěn)壓系數(shù)兩種。絕對穩(wěn)壓系數(shù)表示負載不變而 輸入交流電壓變化時， 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K=?U 0 ?U i(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。相對穩(wěn)壓系數(shù)表示負載不變時，穩(wěn)壓電源輸出直 流電壓 U0 的相對變化量

11、U0/ U0 與輸入交流電壓 U，的相對變化量Ui/ U0 之比，即?U 0 S= ?U iU0 Ui式 1.2(2)電壓調(diào)整率 電壓調(diào)整率表示負載電流為額定值時輸入交流電壓在額定值上下變化 10%時， 穩(wěn)壓電源輸出電壓的相對變化量(百分數(shù))，即Su =?U 0 100% U0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。有的也可以用絕對值表 示。1.2.2 描述負載變化對輸出電壓影響的技術指標(1)負載調(diào)整率(也稱電流調(diào)整率) 在交流電源額定電壓的條件下，負載電流從零變化到最大時，輸出電壓的最大 相對變化量，用百分數(shù)表示。 ?U i/ 100% U0Si =(式

12、1.4)(2)輸出電阻(也稱內(nèi)阻) 在額定輸出電壓的條件下，負載電流變化 ?I L 引起輸出電壓變化U0，那么輸出電 阻為R0 = ?U 0 ?I L(式 1.5)(3)紋波電壓(現(xiàn)稱周期和隨機漂移，用 PARD 表示) 1最大紋波電壓 在額定輸出電壓和額定輸出電流條件下，輸出紋波(包括噪聲)電壓的絕對值大 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=U rms 100% U0(式 1.6)(4)溫度漂移和溫度系數(shù) 環(huán)境溫度的變化會影響元器件參數(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

13、。常用溫度系數(shù)表示溫度漂移的大小，溫度每變化 1 0 C 所引起輸出電 壓值的變化 ?U uT 稱為絕對溫度系數(shù)，單位是 V/ 0 C 或 mV/ 0 C。溫度每變化 1 0 C 所引 起的輸出電壓相對變化U0r/ U0T 稱為相對溫度系數(shù)，單位是%/ 0 C。 (5)漂移 穩(wěn)壓電源在輸入電壓、負載電流和環(huán)境溫度保持一定的情況下，經(jīng)過一定的工 作時間后元器件參數(shù)的不穩(wěn)定也會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，一種是用指定時間內(nèi)輸出電壓值的變化U0 來表示;另一種 是用指定時間內(nèi)輸出電壓的相對變化Uot/Uo、來表示?？疾炱?/p>

14、移時間可以定為 1 分 鐘、10 分鐘、1 小時、8 小時或更長。1.3 穩(wěn)壓電源的分類現(xiàn)代應用的穩(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)壓電源和反響調(diào)整穩(wěn)壓電源。參數(shù)穩(wěn)壓電源電路簡單， 利用元件的非線性實現(xiàn)穩(wěn)壓，構造也簡單。比方，用一只電阻和一只可控硅穩(wěn)壓管 就能構成參數(shù)穩(wěn)壓電源。反響調(diào)整型穩(wěn)壓電源是一個負反響閉環(huán)自動調(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、再反響給控制調(diào)整元件， 使輸出電壓得到補償而趨于原值，從而到達穩(wěn)定。此電路較復雜，但穩(wěn)定度高

15、。 按穩(wěn)壓電源的調(diào)整元件與負載的聯(lián)接方式來分類，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適應輸入電網(wǎng)電壓的變化及負載電流的變化， 以保持輸出電壓的穩(wěn)定。這種穩(wěn)壓電源效率較低，只有某些專用場合才適用。調(diào)整 元件與負載串聯(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)整元件改變自身的等效電阻來維持恒定。 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 和開關穩(wěn)壓

16、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)點是調(diào)壓范圍寬、穩(wěn)定度高，但變換效率低;開關穩(wěn)壓電源的調(diào)整管工作在 開關狀態(tài)，主要的優(yōu)越性就是變換效率高，可達 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。第二章所研究穩(wěn)壓電源的技術指標如下： 輸入電壓： 輸出電壓：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。 220V 交流電壓； -24V24V 直流電壓；2.1 電源模塊的選定電源的設計方法有很多種,比較簡單的有三種。2.1.1 晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路電路框圖如

17、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, 取樣電壓與基準電壓進展比較得到誤差電壓,該誤差電壓對調(diào)整管的工作狀態(tài)進展 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 起實現(xiàn)連續(xù)可調(diào),因此要在基準電壓處設計一輔助電源,用以控制輸出電壓能夠從0V 開場調(diào)節(jié)。圖 2.1 串聯(lián)式穩(wěn)壓電源電路圖單純的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源電路是很簡單的,但增加了輔助電源后,電路比較復 雜,由于都采用分立元件,電路的可靠性也難以保證。2.1.2 用單片機制作的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源該電路采用

18、可控硅作為第一級調(diào)壓元件,用穩(wěn)壓電源芯片LM317、LM337 作為第 二級調(diào)壓元件,通過AT89CS51 單片機控制繼電器來改變電阻網(wǎng)絡的阻值,從而改變 調(diào)壓元件的外圍參數(shù),并加上軟啟動電路,獲得024V電壓,驅(qū)動能力可達1A ,同時可 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)存儲電路、單片機、鍵盤顯示等幾局部,硬件局部原理圖如圖2.2所示。圖 2.2 用單片機制作的直流穩(wěn)壓電源電路圖正、 負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

19、和LM337 的功耗。穩(wěn)壓電路由三端穩(wěn)壓芯片LM317(負壓用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。電阻網(wǎng)絡的每個電阻都需要 精細匹配,電阻的精細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控 制實時對當前電壓電流進展采樣,以修正輸出電壓值。掉電前重要數(shù)據(jù)存儲電路用以 保存當前設置的電壓值,可以方便用戶在重新上電后不用設置,而且也不會因為電壓 值過高損壞用戶設備。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,但是電路比較復雜, 成本較高,使用于要求較高的場合。2.1.3 采用三端集成穩(wěn)壓器電路該

20、電路框圖如圖2.3所示, 它采用輸出電壓可調(diào)且內(nèi)部有過載保護的三端集成 穩(wěn)壓器,輸出電壓調(diào)整范圍較寬,設計一電壓補償電路可實現(xiàn)輸出電壓從連續(xù)可調(diào), 因要求電路具有很強的帶負載能力,須設計一軟啟動電路以適應所帶負載的啟動性 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)壓電源設計2.1.4 方案確實定根據(jù)要求，我們要實現(xiàn)-24V24V 連續(xù)可調(diào)，這種要求屬于日常應用，因此我們 就要做到盡量使電源制作簡單，成本低廉，穩(wěn)定性和準確性較高即可，第 3 種方案 正好能滿足要求，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便和更

21、具人性化，增加一個數(shù)字電壓顯示模塊 是一個既簡單又實用的方法。 對于數(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，采用動態(tài)掃描顯示，便于實現(xiàn)自動控制。但芯片只能完成 A/D 轉(zhuǎn)換功能，要實 現(xiàn)顯示功能還需配合其它驅(qū)動芯片等，使得整局部硬件電路板布線復雜，加重了電 路設計和實際焊接的工作。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，將模擬電路和數(shù)字電路 集成在一個有 40 個功能端的電路內(nèi)，

22、包含了 A/D 轉(zhuǎn)換、 邏輯控制、譯碼驅(qū)動等電路， 只需外接少量元件就能組成三位半數(shù)字電壓表。電路設計簡單，電路板布線不復雜， 便于焊接、調(diào)試。 電源采用穩(wěn)壓電源提供的5V 輸出，顯示局部采用共陽極數(shù)碼管。2.2.3 方案確定由于采用 ICL7107 芯片連接簡單，材料廉價并且較準確，因此，在此次設計中 采用 ICL7107 芯片組成的顯示模塊電路作為數(shù)顯模塊。第三章 電源模塊的設計在第二章中，我們已經(jīng)確定使用三端穩(wěn)壓器實現(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，這種芯片的特點是價格低廉，穩(wěn)壓性能好， 組成電路簡單等特點，又因為我們電源范圍是-24V24V，因

23、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 啟動電路、基準電路、誤差放大器、調(diào)整管、取樣電阻及保護電路等組成。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一樣。78XX、 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)定時的輸出電壓值。對于固定輸出穩(wěn)壓 器，它是常數(shù);對于可調(diào)式輸出穩(wěn)壓器，它是輸出電壓范圍。 。3.2.2 輸出電壓偏差對于固定輸出穩(wěn)壓器，實際輸出的電壓值和規(guī)定的輸出電壓

24、Vo 之間往往有一定的 偏差。這個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，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)整率是指當穩(wěn)壓器負載不變而輸入的直流電壓變化時，所引起的輸出 電壓的相對變化量。SV 常用下式表示:Sv =

25、式中:Vo輸出電壓變化量; Vi輸入電壓變化量。?V 100%(% / v ) ?V ? ?V式 3.1電壓調(diào)整率有時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，當輸入電壓保持不變而輸出電流在規(guī)定范圍內(nèi)變化時，穩(wěn)壓器 輸出電壓相對變化的百分比，可用下式表示:Si =?Vo 100 % Vo式 3.2電流調(diào)整率有時也用負載電流變化時輸出電壓的變化量來表示。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 輸入電壓和輸出電流不變時，單位溫度變化引起的輸

26、出電壓變化量，用公式表達為:ST =?Vo 100% ?T ? Vo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的條件下，在輸出端上所測得的交 流電壓與交流電流之比，即Zo =dV o dI o式 3.4輸出阻抗反映了在動態(tài)負載狀態(tài)下，穩(wěn)壓器的電流調(diào)整率。3.2.11 輸出噪聲電壓 VN它是指當穩(wěn)壓器輸入端無噪聲電壓進入時，在其輸出端所測得的噪聲電壓值。 輸出噪聲電壓是由穩(wěn)壓器內(nèi)部產(chǎn)生的，它對許多負載是有害的。3.3 7824 芯片的技術指標7824 芯片參數(shù)如以以下圖所示圖 3.2 7824 芯片參數(shù)3.4 7924 芯片的技術指標7924

27、 芯片參數(shù)如以以下圖所示圖 3.3 7924 芯片參數(shù)3.5 電源模塊確實定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， 因此我們必須要設計一個電路，使7824和7924組成的穩(wěn)壓電路可以實現(xiàn)調(diào)壓功能。7824、7924穩(wěn)壓集成電路 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的滑動觸片“d 上，7924的1腳接到電位器 w1的滑動觸片“

28、c上。當將觸片“c滑到“0端接地 時，調(diào)節(jié) w2，即可從“a端得到正向可變電壓；假設將觸片“d滑到“0端接地，調(diào)節(jié) w1，在“b端就可得到負向可變電壓，將 w1、w2換成同軸電位器，將獲得正 負對稱的可調(diào)電源，輸出電壓值連續(xù)可調(diào)，可到達同步調(diào)節(jié)的目的。3.6 電路參數(shù)的計算 3.6.1 輸入電壓 Ui輸出電壓 U0 應與穩(wěn)壓電源要求的輸出電壓的大小范圍一樣，穩(wěn)壓電路的最大允 許電流 ICM Io max3.6.3 整流二極管及濾波電容整流二極管 VD 的反向擊穿電壓 URM 應滿足URM 2U 2式 3.7式 3.8額定工作電流 IF 應滿足IF Io max濾波電容 C 的容量估算公式為式

29、3.9CIct ?Uip ? p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 放電時間，t=T/2=0.01S 濾波電容 C 的耐壓值應大于 2U 2 ，也可用下式估算T Io max 2 C (3 5) Ui min式 3.113.7 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)顯模塊的設計電源模塊設計完成后，接下來就是數(shù)顯模塊的設計。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 3 位半 A/D 轉(zhuǎn)換器，是常用的數(shù)顯模塊 芯片，本模塊設計的重點就是了解它的原理，

30、確定他的參數(shù)參數(shù)，選擇元器件并設 計出電路。4.1 A/D 轉(zhuǎn)換器原理隨著數(shù)字技術，特別是信息技術的飛速開展與普及，在現(xiàn)代控制、通信及檢測 等領域，為了提高系統(tǒng)的性能指標，對信號的處理廣泛采用了數(shù)字計算機技術。由 于系統(tǒng)的實際對象往往都是一些模擬量如溫度、壓力、位移、圖像等 ，要使計算 機或數(shù)字儀表能識別、處理這些信號，必須首先將這些模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號； 而經(jīng)計算機分析、處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應模擬信號才能為 執(zhí)行機構所承受。這樣，就需要一種能在模擬信號與數(shù)字信號之間起橋梁作用的電 路-模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。 將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的電路，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器簡稱 a/d 轉(zhuǎn)換器

31、或 adc,analog to digital converter,它主要用以下三種方法實現(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)換的時間為微秒級。 采用逐次逼近法的 A/D 轉(zhuǎn)換器是由一個比較器、D/A 轉(zhuǎn)換器、緩沖存放器及控制邏輯 電路組成，如圖 4.1 所示。 基本原理是從高位到低位逐位試探比較，好似用天平稱物體，從重到輕逐級增減砝 碼進展試探。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：初始化時將逐次逼近存放器各位清零；轉(zhuǎn)換開場時， 先將逐次逼近存放器最高位置 1，送

32、入 D/A 轉(zhuǎn)換器，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換后生成的模擬量送入 比較器，稱為 Vo，與送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量 Vi 進展比較，假設 VoVi，該位 1 被 保存，否那么被去除。然后再置逐次逼近存放器次高位為 1，將存放器中新的數(shù)字量送 D/A 轉(zhuǎn)換器，輸出的 Vo 再與 Vi 比較，假設 Vo7V ，此公共點的電壓才有較 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，片上參考源的一些缺乏也必須充分予以重視。在 ICL7107 中，由于驅(qū)動 LED 數(shù)碼管而導致的內(nèi)部發(fā)熱會使性能下降。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

33、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，會使接近滿量程時的噪聲從 25Vp-p 上升到 80Vp-p 。 另外，高 成效例如顯示值為 1000，二十段顯示與低功耗例如顯示值為 1111，八段顯示 使得線性度之差會到達一個字，甚至更多。參考源有正溫度系數(shù)的電路在量程溢出 時會多出幾個字。這是因為溢出時三個低位數(shù)字均不顯示，而處于低功耗狀態(tài)。相 似地，參考源為負溫度系數(shù)的電路會在溢出和非溢出讀值之間來回交替變化。這是 由于芯片不斷被加熱和冷卻的結果。所有這些問題在使用外部參考源時自然就解決 了。4.4.2 數(shù)字局部圖 4.6 畫出了 ICL7107 的數(shù)字局部框圖，有 6V

34、 穩(wěn)壓二極管和一個很大的 P 溝管 子構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 波輸出時可吸納較大的容性電流。背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，它為 60Hz 的方波。標稱電壓幅度為 5V；LED 的端驅(qū)動電壓與此背 極電壓同頻、同幅，不顯示時為同相，顯示時為反相，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)動電流為 8mA.圖 4.6 ICL7107 的數(shù)字局部框圖圖 4.7 和圖 4.8 畫出了 ICL7107 的時鐘連接方式， 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

35、第 40 腳。 2如圖 4.8 中所示，用三個管腳構成 R-C 振蕩器。 該振蕩頻率被除以 4，然后再進入下一級計數(shù)器，以形成一個測量周期的三個階 段。他們是信號積分階段1000 個計數(shù)值 ，參考源反向積分階段0 至 2000 個計 數(shù)值和自動校零階段10003000 個計數(shù)值 。在輸入信號小于滿量程時，自動校 零將參考源中為用足的局部進展反積分，這樣，使得一個完整的測量過程為 4000 個 ，而與輸入信號無關。需要每秒三次的讀數(shù)刷新速率時， 計數(shù)值16000 個時鐘脈沖 可選用 48KHz 的振蕩頻率。 為使電路對 60Hz 的工頻有最大的抑制能力， 信號積分階段的時間應為 60KH 的 工

36、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 50KHz 的工頻有最好的抑制能力，可選的振蕩頻率有 200KHz、100KHz、40KHz 等。請注意，40KHz 額振蕩頻率每秒 2.5 個度數(shù) ，對 50KH 和 60KHz 的工頻均有抑制能力400Hz 和 440Hz 也可以 。圖 4.7 時鐘電路 A圖 4.8 時鐘電路 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 時的非線性度很小，可忽略不計。積分電阻必

37、須足夠大，以使在整個輸入 信號范圍內(nèi)的積分電流都落在這個線性度很好的區(qū)間。同時積分電流又必須大到印 刷版上的漏電電流可以忽略。對于 2V 的滿量程，470K是最優(yōu)的，滿量程為 200mV 時，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到達積分器輸出電壓的最大飽和擺幅， 約比電源和地低 0.3V 和高 0.3V 。當 ICL7107 的模擬公共端做參考點時，積分器 輸出滿量程標稱為 2V 時最正確，當 ICL7107 用+5V 電源供電，模擬公共端接地時， 3.5V 只+4.5V 的標稱輸出擺幅為最好。在每秒 3 個讀數(shù)時，CINT 的標稱值分別為 0.22 F 和 0

38、.10F。當然，在使用不同的震蕩頻率時，該電容的值也要往相反的方向進 行修正，以保持同樣的輸出擺幅。 選擇積分電容的另一個要求時其漏電要小，以減少翻轉(zhuǎn)誤差。較適宜的電容式 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 自動教校零電容自動校零電容的大小對系統(tǒng)的噪聲會有些影響。在 200mV 滿量程時，噪聲顯 得很重要。推薦使用 0.047F 電容，這樣，噪聲在合理范圍內(nèi)，同時，也加快了過 載時的恢復速度。4.5.4 參考電容在絕大多數(shù)使用場合下，0.1F 的電容效果最好。然而，當存在較大的共模電 壓即 REF LO 管腳未與模擬公共端連接和使用 200mV 的滿量程時，可選用較

39、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展 推算，f=0.45/RC。在 48KHz 振蕩頻率時每秒 3 個度數(shù) ，C=100pF。4.5.6 參考電壓產(chǎn)生滿量程讀數(shù)值輸出2000 個計數(shù)值所需的模擬輸入電壓為 Vin=2VREF,這樣， 對于 200mV 和 2V 的量程，VREF 應分別為 100mV 和 1V。然而在許多應用場合，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，設計者可能會希望傳感器的電壓輸出為 0.662V 時，A/D 轉(zhuǎn) 換器的數(shù)字輸出為滿量程。這時，它應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 積分電容選至適宜的 120K和 0.22F。這樣會使系統(tǒng)顯得簡潔，并去掉了輸入端 的衰減網(wǎng)絡。 在用5V 供電的 ICL7107 的輸入端可承受4V 的輸入信號，這類系統(tǒng)的另一個 優(yōu)點是在輸入電壓 VIN0 時，可將輸出數(shù)字讀數(shù)調(diào)為零。這對于測溫和稱重系統(tǒng)就 是一個例子：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