畢業(yè)設計（論文）數(shù)字顯示多路電壓設計

1、畢業(yè)設計（論文）畢業(yè)設計（論文） 論 文 摘 要 本設計主要講了運用模擬技術和數(shù)字技術設計數(shù)字顯示多路電壓的一些原理 工作的方法，以及在設計中應該注意的一些事情，而且在設計中也詳細的介紹了 所用芯片的功能及一些使用方法，因為我們所設計電路圖時用到了 protel 2004 因 此在本設計中也介紹了一點 protel 2004 的知識。雖然對于本書設計中我們介紹的 芯片知識和 protel 2004 的知識可能較多，由有經(jīng)驗的設計者來看，這根本是不適 用，是沒有必要做的事。但我想如果面向的是那些初學者以及一些業(yè)余愛好者就 不一樣了，本設計中的知識不僅能讓他們知道數(shù)字顯示的制作過程，注意要則， 而

2、且我們所介紹的基礎知識也能擴展出他們的思維讓他們在以后的設計中舉一反 三，對于他們以后的設計生涯有著很好的幫助。本設計中的特點是簡單、易懂、 入門塊，是初學者不錯的選擇。當然本設計中也有很多不足，設計中不能體現(xiàn)出 專業(yè)人的一面，希望多多提出意見，我們及時改正。 關鍵詞關鍵詞：數(shù)字顯示多路電壓，模擬技術，數(shù)字技術，protel 2004 abstract this design mainly spoke the utilization simulation technology and the numeral technical design numeral demonstration mult

3、i-channel voltage some principle work method, as well as some matters which should pay attention in the design, moreover the detailed introduction has also used the chip in the design the function and some application method, because we design time the circuit diagram used protel 2004 therefore also

4、 introduced protel 2004 knowledge in this design. although we introduced regarding this book design in the chip knowledge and the protel 2004 knowledge are possibly many, looked by the experienced designer, this is not suitable, is not the matter which unnecessary does. but i thought if faces is the

5、se beginners as well as some amateurs is dissimilar, not only in this design knowledge can let them know the digital demonstration the manufacture process, the attention important regulation, moreover we introduced the elementary knowledge also can expand their thought to let them extrapolate in lat

6、er design, has the very good help regarding they later design profession. in this design characteristic is simple, easy to understand, the basic block, is the beginner good choice. certainly in this design also has very many insufficiencies, in the design cannot manifest specialized persons one side

7、, hoped very much gives the comment, we correct promptly. key words: digital demonstration multi-channel voltages, simulation technology, digital technology, protel 2004 目錄 論 文 摘 要.i abstract.ii 目錄.iii 第 1 章設 計 基 礎.1 1.1 常用電子元器件.1 1.2 電源設計芯片.4 1.2.1 lm317 和 lm337 芯片介紹 .4 1.2.1.1 基本原理.4 1.2.1.2 典型設計應

8、用.6 1.2.1.3 設計應用注意要則.9 1.2.2 78xx 和 79xx 系列芯片.10 1.2.2.1 基本原理.10 1.2.2.2 典型設計應用.10 1.2.2.3 設計應用注意要則.15 第 2 章 設計方法與設計工具.17 2.1 設計方法.17 2.2 設計工具.17 第 3 章 多路顯示電壓設計.22 3.1 工作原理.22 3.2 電路設計.23 3.2.1 集成穩(wěn)壓器的選擇.23 3.2.2 整流濾波電路設計.24 3.2. 3 電源變壓器設計.25 3.2.4 集成穩(wěn)壓器電路設計.25 3.2.5 散熱設計.26 3.2.6 抗干擾接地設計.27 結(jié) 論.28 致

9、謝.29 參 考 文 獻.30 附 錄 1 .31 第 1 章設 計 基 礎 我們要知道在電子電路系統(tǒng)的設計中，電源電路的設計占十分重要的地位。 電源電路工作是否穩(wěn)定可靠直接影響到整個系統(tǒng)，因此對電源電路的設計，從電 路的選型、調(diào)試到與系統(tǒng)的配合，都應注意。 本章介紹電子設計中的一些常用的元器件的有關知識，以及本文設計中所要 用到的芯片的一些原理、應用還有用其的一點注意事項等。這些基礎理論知識， 這是學習本書后續(xù)內(nèi)容的必要準備，也是本書設計中選擇的要點。 1.1 常用電子元器件 或許人人都知道這些元器件，但你是真的知道，了解并且會很好的應用他們 嗎？那我們先看看下面的介紹，看看和你了解的是不是

10、一樣。 1.1.1 電阻器 電子產(chǎn)品制作中常用的電阻器有：碳膜電阻器、金屬膜電阻器、線繞電阻器 以及熱敏電阻器等。 （1）碳膜電阻器。碳膜電阻器是通過將真空高溫熱分解出的結(jié)晶碳膜沉積在 柱形或管形陶瓷骨架上制成的。通過改變碳膜的厚度和使用刻槽的方法，可以變 更碳膜的長度，得到不同的阻值。由于此類電阻器價格低廉，故應用最廣泛。 （2）金屬膜電阻器。金屬膜電阻器是用高真空加熱蒸發(fā)（或高溫分解、化學 沉積火燒身等方法）技術，將合金材料（有高阻、中阻、低阻 3 種）蒸鍍在陶瓷 骨架上制成的。通過刻槽或改變金屬膜厚度控制電阻值的大小。這種電阻器的耐 熱性及穩(wěn)定性均比碳膜電阻器好。同時，它的噪聲低、體積小

11、，但價格貴，被廣 泛運用于穩(wěn)定性和可靠性較高的電路中。 （3）線繞電阻器。線繞電阻器是用高阻值的合金絲（即電阻絲，采用鎳鉻絲、 康銅絲、錳銅絲等材料制成）纏繞在絕緣基棒上制成的。它具有組織范圍大 （0.15m） 、噪聲小、電阻溫度系數(shù)小、耐高溫及承受負荷功率大（最大可 達 500w）等特點，缺點是高頻特性差。線繞電阻器有固定式和可調(diào)式兩種，可 調(diào)式是從電阻體上引一個滑動端子，可對阻值進行調(diào)整。 （4）熱敏電阻器。熱敏電阻器是一種對溫度反應較靈敏，阻值會隨溫度的變 化而變化的非線性電阻器，通常由單晶、多晶等半導體材料制成。有正溫度系數(shù) （ptc）和負溫度系數(shù)（vtc）兩種類型。 正溫度系數(shù)熱敏電

12、阻器。在常溫下其電阻值較小，僅有幾歐姆至十幾歐姆。 當流經(jīng)它的電流超過額定值時，其電阻器能在幾秒鐘內(nèi)迅速增大指數(shù)百歐至數(shù)千 歐以上。 負溫度系數(shù)熱敏電阻器。其電阻值與溫度變化成反比，即當溫度升高時，電 阻值會隨之減小。 （5）電阻器的選用。在選用電阻器時，不僅要求各項參數(shù)符合電路的使用條 件，還要考慮外形尺寸和價格等多方面的要求。一般來說，其阻值應選用標準系 列，允許偏差多用5%的，其額定功率應大于實際電路功率要求的 1.22 倍以 上。在進行電子產(chǎn)品制作時，應仔細分析電路的具體要求。 對于要求穩(wěn)定性、耐熱性及可靠性較高的電路中，可考慮選用金屬膜電阻 器。 對于要求功率大、耐熱性好及使用頻率不

13、太高的電路，則可選用線繞電阻 器。 對于無特殊要求的電路，可選用價格較低的碳膜電阻器，以降低產(chǎn)品成本。 1.1.2 電位器 電位器是一種阻值可調(diào)的電位器，對外有 3 個引腳，其中有兩個為固定端， 另一個為滑動端（也稱中心抽頭端） ，改動滑動端的位置，可使其與固定端之間 的電阻值發(fā)生改變。在電路中常用電位器來調(diào)節(jié)阻值或電位。 （1）合成碳膜電位器。合成碳膜電位器（wth 型）是使用最多的一種，其電 阻體是用碳黑、石墨、石英粉及有機黏合劑等配制的混合物，涂在膠木板或玻璃 纖維板上制成的。其特點是分辨率高，阻值范圍寬，但滑動噪聲較大，耐熱耐濕 性不好，精度不高（20%）體積較大，使用壽命短。由于其價

14、格低，故廣泛應 用于一般電路中。 （2）有機實芯電位器。有機實芯電位器（ws 型）的電阻體是用碳黑、石英 粉、有機黏合劑等材料混合加熱后，壓入在塑料基體上，再經(jīng)加熱聚合而成。其 分辨率高、耐磨性好、阻值范圍寬、可靠性高、體積下、壽命長；但耐壓稍低、 噪聲較大、轉(zhuǎn)動力矩大。主要應用于對可靠性和溫度要求較高的電子儀器中。 （3）線繞電位器。線繞電位器（wx 型）的電阻提示有電阻絲繞在涂有絕緣 材料的金屬或非金屬板上制成的，簧片在電阻絲上滑動?？芍瞥删冗_0.1%的 精密電位器和功率達 100w 以上的大功率電位器。 線繞電位器可分為單圈、多圈、多聯(lián)結(jié)構(gòu)；根據(jù)用途可制成普通型、精密型、 微調(diào)型；阻值

15、變化規(guī)律有線性和非線性兩種。這種電位器的額定性高、耐壓好、 精度高、噪聲小，但阻值范圍較小（一般為幾歐至幾十千歐） 。 (4)電位器的選用。選用電位器時，除了應根據(jù)實際電路的使用情況在確定外， 還要考慮調(diào)節(jié)和操作等方面的要求。 對于一般的電子儀器或家用電器，可選用有機實芯電位器或合成碳膜電 位器。 對于大功率的低頻電路，可選用線繞電位器。 對于調(diào)整好以后不需再動的電路，可選用軸端鎖緊式的電位器。 對于音響電路中用于音量調(diào)節(jié)的電位器，可選用指數(shù)式的電位器。 必須說明的是：電位器的額定功率是指固定端之間允許耗散的功率，滑動端 與固定端之間所能承受的功率通常小于電位器的額定功率，設計時應注意。 1.

16、1.3 電容器 電容器的種類較多，分類標準也不同，通?？砂床牧稀⒂猛?、封裝外形等分 類。在電子產(chǎn)品制作時，最常用的電容器有如下幾種。 （1）金屬化紙介電容器。金屬化紙介電容器（cji 型）是采用真空蒸發(fā)技術在 涂有期末的紙上再蒸鍍一層金屬膜作為電極，卷制成圓柱體后封裝在鋁殼內(nèi)，有 單向與雙向兩種引線方式 。這種電容器的體積小、容量大、成本低，突出的特 點是受高壓擊穿后能夠“自愈” 。但其電容量不穩(wěn)定，自身電感和損耗都較大， 通常僅適合頻率和穩(wěn)定性要求不高的電路。 （2）云母電容器。云母電容器（cy 型）是采用云母作介質(zhì)，在云母表面上噴 一層金屬膜（通常為銀）或用金屬箔作為電極，按需要的容量疊片

17、后經(jīng)浸漬壓塑 在膠膜殼（或金屬外殼、陶瓷外殼、塑料外殼）內(nèi)構(gòu)成的。 云母電容器具有穩(wěn)定性好、分布電感小、精度高、損耗小、絕緣電阻大、溫 度特性及頻率特性好等優(yōu)點，其容量范圍為 551000pf，工作電壓為 50v7kv，適用于高頻電路、脈沖電路和要求高穩(wěn)定性的電路。 （3）瓷介電容器。瓷介電容器（高頻 cc 型、低頻 ct 型）也稱陶瓷電容器， 它用陶瓷材料作為介質(zhì)，在陶瓷的表面涂覆一層金屬（通常為銀）薄膜，再經(jīng)高 溫燒結(jié)后作為電極。若在陶瓷薄膜上印刷電極，疊層燒結(jié)，就可制成獨石電容器， 獨石電容器的單位體積比瓷片電容器小。根據(jù)其使用的陶瓷材料的介電性能不同， 有高頻瓷介電容器與低頻瓷介電容器

18、兩種。 高頻瓷介電容器。由于高頻瓷介電容器體積小、耐熱性好、絕緣電阻高、 損耗低、穩(wěn)定性高，故常應用于要求低頻損耗和容量的高頻電路和脈沖電路中， 也可用于溫度補償電路中。 低頻瓷介電容器。其絕緣電阻低、損耗高、穩(wěn)定性差，但其容量大，特別 是獨石電容器的容量可達 2uf 以上，故常用于對損耗和容量穩(wěn)定性要求不高的低 頻電路中或作為信號旁路或歐和使用。 （4）滌綸電容器。滌綸電容器（cl 型）是用聚酯薄膜慰藉著制成的一種正溫 度系數(shù)無極性電容器（即溫度升高時，電容量較大） 。它具有耐高溫、耐高壓、 耐潮濕、價格低等優(yōu)點，一般應用于中、低頻電路中作為旁路電容等。 （5）鋁電解電容器。鋁電解電容器（c

19、d 型）是將附有氧化膜的鋁箔（正極） 和浸有電解液的襯墊紙，與陰極（負極）箔疊片一起卷成圓筒形，封裝在鋁殼內(nèi)。 由于極間單向?qū)щ娞匦裕娊怆娙萜鞑荒苡糜诮涣麟娐?。它的損耗大、絕緣電阻 小、漏電大，但其單位體積的電容量比其他任何電容器都大得多，容量可達數(shù)千 微法。故適用于電源濾波和音頻旁路電路中。 （6）鉭電解電容器。鉭電解電容器（ca 型）有無極性鉭電解電容器和有極性 鉭電解電容器之分。有極性鉭電解電容器的陽極材料采用金屬鉭材料，與鋁電解 電容器相比，其介質(zhì)損耗小、頻率特性好、耐高溫、漏電流小，但生產(chǎn)成本高、 耐壓值低，廣泛應用于對電性能要求較高的電路，如積分電路、計時電路和延時 電路等。 （

20、7）可變電容器?？勺冸娙萜饔珊芏喽ㄆc動片組成的平行板式結(jié)構(gòu)，動片 與定片之間用介質(zhì)（空氣、云母或聚苯乙烯薄膜）隔開，動片組可繞軸相對定片 組旋轉(zhuǎn) 0180，從而改變電容值的大小。 可變電容器按其結(jié)構(gòu)分為單聯(lián)、雙聯(lián)和多聯(lián)，雙聯(lián)可變電容器又分為兩組片 子最大容量相同的等容雙聯(lián)，以及兩組片子最大容量部的差容雙聯(lián)。 較常見的小型密封薄膜介質(zhì)可變電容器（cbm 型）采用聚乙烯薄膜作片間介 質(zhì)，體積小，在半導體收音機中（作調(diào)諧選臺用）應用相當廣泛。串聯(lián)可變電容 器容量范圍一般為 7/270pf 或 7/360pf，雙聯(lián)可變電容器的最大容量一般為 270pf。 （8）微調(diào)電容器。微調(diào)電容器（ccw 型）在

21、兩塊同軸的陶瓷片上分別涂一層 半圓形的銀層，定片固定不動，通過旋轉(zhuǎn)動片來改變兩銀片之間的距離，即可在 較小的范圍內(nèi)改變電容量的大小，通常在高頻回路中需要微調(diào)電容時使用。 電容器的選用要根據(jù)實際電路的使用條件和要求來確定。 對于一般極間耦合，多選用金屬化紙介電容器或滌綸電容器。 對于電源濾波和低頻旁路，通常選用鋁電解電容器。 對于高頻電路或?qū)﹄娙萘恳蠓€(wěn)定的場合，應選用瓷介電容器、云母電容 器或鉭電解電容器。 對于經(jīng)常調(diào)整的電路，應選用可變電容器。對于不經(jīng)常調(diào)整的電路，則可 選用微調(diào)電容器。 定時電路對容量允許偏差有較高要求，一般電路對電容器的容量允許偏差 要求不高，特別是在耦合或旁路電路中，往

22、往電容量相差幾倍也沒有很大關系。 額定直流工作電壓一般應選為實際電路中所承受的電壓的 2 倍以上。但對 于電解電容器，如果實際電路中的電壓低于其額定直流工作電壓的一半，則反而 容易使電容器的損耗增大，故一般電解電容器的實際承受電壓為額定直流工作電 壓的 5070%。 極性電容器在使用時，不能將極性接反。 1.1.4 半導體二極管 按照結(jié)構(gòu)工藝的不同，二極管分為點接觸型和面接觸型兩種。由于點接觸 型二極管的 pn 接觸面積小，結(jié)電容也小，故適用于高頻電路；又因為其允許流 過的電流較小，通常用作檢波和在小電流狀態(tài)下工作。 面接觸型二極管的 pn 接觸面積大，允許流過的電流也大，但結(jié)電容相應也 大，

23、故不適合在高頻電路中使用，通常多用于頻率較低的場合，如整流電路。 二極管有硅管和鍺管兩種，它們的電阻和正向?qū)ǎ╬n 結(jié)電壓）均不一樣。 鍺二極管。其正向電阻很小，正向?qū)妷杭s為 0.20.3v，適用于小信 號檢波。 硅二極管。其反向漏電電流比鍺二極管小得多，其不足之處是要有較高的 正向電壓才會導通（約 0.60.7v） ，只適用于信號較大的電路。 二極管正向?qū)〞r，要特別注意它的正向電流不能超過最大值，否則將燒 壞 pn 結(jié)。 由于二極管的核心是一個 pn 結(jié)，它的導電性能與溫度有關，溫度升高時 二極管正向特性曲線向左移動，正向壓降減??；反向特性曲線向下移動，反向電 流增大。 在電子產(chǎn)品制

24、作中，普通二極管應按極性安裝與電路中，穩(wěn)壓二極管的負極 應與電源的正極相接，其正極應與電源負極相連。 1.2 電源設計芯片 為了更好的應用芯片，我們必須很好的了解應用到的每個芯片的原理及其應 用，因此我們在此介紹了本設計中所應用到的芯片。 1.2.1 lm317 和 lm337 芯片介紹 1.2.1.11.2.1.1 基本原理基本原理 lm317 和 lm337 系列是美國國家半導體公司生產(chǎn)的三端可調(diào)穩(wěn)壓集成電路， 廣泛應用于各種電器的電源電路中。lm317 系列是正穩(wěn)壓集成電路，其內(nèi)含穩(wěn) 定電路、取樣電壓放大電路、調(diào)整電路以及其他一些輔助功能電路；lm337 系 列是負穩(wěn)壓集成電路。 其特點

25、是： （1） 輸出電壓，lm317 為 1.2 v 37 v；lm337 為1.2 v 37 v。 （2） 封裝、輸出電流與功率容量見表 器件號后 綴 封裝額定功率 設計負載 電流 kto-320w1.5a hto-392w0.5a lm317 tto-22020w1.5a mpto-2022w0.5a kto-320w1.5a hto-392w0.5a tto-22015w1.5a lm337 mpto-2027.5a0.5a （3）lm317 引腳功能及數(shù)據(jù)見表 在路電阻 引腳功能電壓（v） 紅筆測量黑筆測量 調(diào)整2.070.280.28 輸入8.226.44.8 輸出3.30.480.4

26、8 （4）只需兩只外接電阻以設定輸出電壓和一只電容做頻率補償元件。 （5）線路電壓調(diào)整率和負載調(diào)整率都優(yōu)于標準固定穩(wěn)壓器。 （6）內(nèi)部保護措施完善。有內(nèi)部電流限制、熱關閉和輸出晶體管安全區(qū)補償， 即使調(diào)節(jié)端沒有連接，所以超載保護電路也可完全保留其功能，提供全超載保護。 （7）輸出短路保護，懸浮特點。 1.2.1.21.2.1.2 典型設計應用典型設計應用 以 lm317 正三端可調(diào)穩(wěn)壓電源應用為例介紹，lm337 負三端可調(diào)穩(wěn)壓電源 應用可類推。 （一）1.2 v 25 v 可調(diào)穩(wěn)壓器 1u c2 0.1u c1240 r1 vinvout gnd lm 317 5k r2 voutvin=2

27、8v 如圖所示是 lm317 接成可調(diào)穩(wěn)壓電源最典型的應用，其輸出電壓范圍為 1.2 v 25 v。該電路十分簡單，輸出電壓 vout 1.25 （1r2r1）ignd r2 其中，1.25 v 電壓為調(diào)整端的固定基準電壓；ignd 為調(diào)整端引腳電流，典 型值為 50ua。 注意事項： （1）一般地，r1240。 （2）廠家提供的設計負載電流在 1.5 a 以上，但在高輸入輸出電壓時實際上 芯片無法提供全負荷輸出電流，設計電路時要特別注意，考慮到這點。 （2）c1 濾波電容應盡可能靠近集成穩(wěn)壓器的輸入端，特別的整流電路的濾波 電容距集成穩(wěn)壓器 10以上時，必須加上 c1。 （3）c2 的作用是

28、改進瞬態(tài)響應和輸出阻抗，一般采用 1 1000 uf 的鋁電 解電容器。 (4) 用 lm317t 制作可調(diào)穩(wěn)壓電源，常因電位器接觸不良時輸出電壓升高而 燒毀負載。如果增加一只三極管（如下圖所示） ，在正常情況下，t1 的基極電位 為 0，t1 截止，對電路無影響；而當 w1 接觸不良時，t1 的基極電位上升，當 升至 0.7v 時，t1 導通，將 lm317t 的調(diào)整端電壓降低，輸出電壓也降低，從而 對負載起到保護作用。如去掉三極管、斷開 w1 中心連線，3.8v 小電珠立刻燒毀， 測出輸出電壓高達 21v。而加有 t1 時，小電珠亮度減小，此時 lm317t 輸出電 壓僅為 2v，從而有效

29、地保護了負載。 （二）數(shù)控可調(diào)穩(wěn)壓器 240 r 1 r 2 vinvout gnd lm 317 vinvout 入入 如圖所示是數(shù)控可調(diào)穩(wěn)壓器，電路實質(zhì)上是用輸入信號來控制不同的三極 管導通，使穩(wěn)壓器的下分壓電阻值變化，從而改變穩(wěn)壓器的輸出電壓。輸入的控 制信號可以是 a / d 轉(zhuǎn)換器來的信號，也可以是模擬開關切換來的信號。r2 可選 擇不同阻值電阻，以滿足不同的 vout 值。 注意：輸入的控制信號幅度要足夠大，使三極管處于飽和導通狀態(tài)，否則 輸出電壓將不準確。 （三）具有保護二極管的穩(wěn)壓器 240 r1 vinvout gnd lm 317 vinvout c1 10u c2 d1

30、in4002 d2 in4002 r2 如圖所示是具有保護二極管的穩(wěn)壓器。d1 用于防止輸出電容 c1 在輸入端電 壓低于輸出端電壓時，c1 放電灌入穩(wěn)壓器而損壞穩(wěn)壓器。d2 用于防止輸出端短 路時，調(diào)整端電容 c2 放電灌入穩(wěn)壓器而損壞穩(wěn)壓器。c2 用于抑制紋波。 設計注意：lm317 內(nèi)部連有一個 50 電阻，限制電容峰值放電，當其電 壓為 25v 或者更低，以及輸出電容量為 10 uf 時，無需保護。 （四）大電流可調(diào)穩(wěn)壓器 q2 lm195 120 r422 r1 5k r2 500 r3 vinvout gnd lm317 vinvout 47u c3 10u c2 10u c1 i

31、n4002 5k r5 q1 2n2995 如圖所示是大電流可調(diào)穩(wěn)壓器，電路的擴流原理與三端固定穩(wěn)壓器的擴流原 理相同。 （五）1a 恒流源 1.2/2w r vinvout gnd lm 317 vin 入入 0.1u c 如圖所示是 1a 恒流源，電路利用了調(diào)整端 1.25v 電壓固定這一特點構(gòu)成， 即輸出電流： iout 1.25 vr1 1.25v1.21a 設計注意事項： (1) 用 lm317 構(gòu)成恒流源的恒流特性比用三端固定穩(wěn)壓器要優(yōu)越的多。為 lm317 調(diào)整端 1.25v 電壓的穩(wěn)定性和精度都非常好，因此如果條件許可，應盡 可能選用 lm317 構(gòu)成恒流源。 (2) 如果將圖

32、中 r1 改為電位器，則該電路變?yōu)榭烧{(diào)恒流源，電流可在 1a 內(nèi) 變化。 （六）高大增益放大器 t lm 195 2.4 r2 10k r1 vinvout gnd lm 317 v+ 入入 入入 如圖所示是高大增益放大器。該電路將 lm317 接成恒流源，作為放大管 t 的集電極負載，利用恒流源動態(tài)電阻很大的特點構(gòu)成高增益放大器。 （七）具有電子關閉功能的 5v 邏輯穩(wěn)壓器 t 2n2219720 r2 240 r1 1k r3 vinvout gnd lm317 vin 0.1u c2 0.1u c1 vout 5v7 35v ttl 如圖所示是具有電子關閉功能的 5v 邏輯穩(wěn)壓器。當控制

33、端 ttl 輸入為低電 平時，三極管 t 截止，穩(wěn)壓器正常工作輸出；當控制端 ttl 輸入為高電平時， 三極管 t 飽和，穩(wěn)壓器關閉，無電壓輸出。 注意：控制端 ttl 的輸入電壓幅度要足夠大，使 t 處于飽和狀態(tài)，才能將 穩(wěn)壓器關閉，無電壓輸出，否則將造成穩(wěn)壓器不能可靠關閉，仍有 一定電壓輸 出。 1.2.1.31.2.1.3 設計應用注意要則設計應用注意要則 （一）外接旁路電容 (1) 在輸入端接一只 0.1uf 瓷介電容對所有應用都適應。 (2) 在調(diào)節(jié)端加濾波電容可阻止當輸入電壓增大時紋波被放大。采用 10uf 濾 波電容可將紋波抑制 80db，但當濾波電容的容量增至 10uf 以上時

34、，并不能抑制 120hz 頻率以上的紋波。 (3) lm317 輸出端可以不用濾波電容就能穩(wěn)定工作。但像任何反饋電路一樣， 輸出端外接負載中電容的某些值可能引起過度的減幅振蕩。這種振蕩發(fā)生在電容 量為 500 5000pf 的電容之間，因此在 lm317 輸出端采用濾波電容，就可阻 塞這種效應，一般在輸出端接 25uf 鋁電容，以保證電路的穩(wěn)定。 （二）提高負載調(diào)整率 負載調(diào)整率是指當芯片溫度不變而負載電流變化時輸出電壓的變化。 lm317 可以提供極好的負載調(diào)整，但如果將調(diào)整端至輸出端的設定電阻（通常 為 240）接在靠近負載端，則負載調(diào)整率將成倍地變壞。設計者在布置印刷 電路板時一定要考慮

35、到這點，應將該電阻接在芯片的輸出端。 （三）采用保護二極管 保護二極管應選用能經(jīng)受瞬間大電流沖擊的管子。大多數(shù) 10uf 電容器都 具有低的內(nèi)部串聯(lián)電阻，在短路時足以提供 20a 的尖峰電流，雖然這種沖擊電 流是短暫的，但有足夠的能量造成元件損壞。因此應選用 in4000 系列的二極管。 （四）懸浮特點 lm317 和 lm337 三端可調(diào)穩(wěn)壓電源系列的一大特點是“懸置” ，即僅看到 輸入及輸出的電壓的差值，只要輸入與輸出電壓差不超過額定值，即可避免輸 出短路，就可以穩(wěn)定數(shù)百伏的電源電壓。 1.2.2 78xx 和 79xx 系列芯片 1.2.2.11.2.2.1 基本原理基本原理 78xx

36、和 79xx 系列是應用非常廣的穩(wěn)壓集成電路。78xx 系列是正穩(wěn)壓集成電 路，79xx 系列是負穩(wěn)壓集成電路，其特點是： （1）輸出電流，78xx 和 79xx 為 1a；78mxx 和 79mxx 為 500ma；78lxx 和 79lxx 為 100ma。 （2）輸出電壓為 5v、6v、8v、12v、15v、18v、24v。 （3）無需外接元件，內(nèi)部保護措施完善，有內(nèi)部電流限制、熱關閉和輸出晶 體管安全區(qū)補償，不易損壞。 （4）78xx 和 79xx 系列產(chǎn)品實質(zhì)上是串聯(lián)型集成穩(wěn)壓電源，與分立元件組成的 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源一樣，有調(diào)整管、電阻分壓取樣、基準、比較放大等環(huán)節(jié)。與分 立元件組成的

37、串聯(lián)型穩(wěn)壓電源相比，78xx 和 79xx 系列具有內(nèi)部多種保護措施， 且內(nèi)部保護措施十分完善。 1.2.2.21.2.2.2 典型設計應用典型設計應用 78xx 和 79xx 系列內(nèi)部有許多保護措施，因此使用方便，除了接成固定的穩(wěn) 壓器外，還可以有許多功能的擴展應用。 （一）固定穩(wěn)壓器 vinvout gnd lm78xx vin 0.1u 0.33u c vout _ + _ vinvout gnd lm79xx vin 1u2u cvout _ + _ 如圖為 78xx 和 79xx 接成的固定穩(wěn)壓器電路。 設計注意事項： （1）輸入端、輸出端電容器的數(shù)值由集成電路生產(chǎn)廠家提供，實際使用

38、時可 根據(jù)具體情況加大其電容量。 （2）輸入端、輸出端電容器在實際電路板上的位置應盡可能靠近穩(wěn)壓器的輸 入端和輸出端，不可以放在負載端，否則濾波效果不好。 （二）可調(diào)穩(wěn)壓器 1簡單可調(diào)穩(wěn)壓器 由 78xx 組成的簡單可調(diào)穩(wěn)壓器如圖。 設計注意事項： （1）該電路簡單，只需幾個元件就可以工作，改變 r1、r2 的分壓比即可 改變輸出電壓，但是只能在其固定穩(wěn)壓輸出值的范圍內(nèi)改變。如 7806，就只能 在 6v 范圍內(nèi)可調(diào)。輸出電壓 vo vxx（1r2r1） 考慮到公共端靜態(tài)電 流，所以輸出電壓 vo 公式為近似值。 （2）79xx 接成方法一致。 2大范圍可調(diào)穩(wěn)壓器 如圖所示為采用運放接成大范圍

39、可調(diào)穩(wěn)壓器。該電路中運放作為跟隨器，克 服了公共端靜態(tài)電流 iq 的影響，使輸出電壓 vo vxx （1rw2rw1） 其中，rw2、rw1 為電位器 rw 中心滑片在不同位置時上下部分的阻值。 注意事項： （1）圖中表明的輸入電壓 vi33v 為最大輸出電流，在該輸入電壓下， 輸出電壓 vo 從 730v 連續(xù)可調(diào)。具體使用時要要根據(jù)實際所需的輸出電壓可調(diào) 范圍，來確定所用的輸入電壓。原則上是在保證正常工作的前提下，盡可能使用 低的輸入電壓，以減少穩(wěn)壓器的功耗。 （2）運放可采用其他通用型運放，如 lm324 等。 （3）79xx 系列可用同樣的方法接成大范圍可調(diào)穩(wěn)壓器。 （三） 恒流源 如

40、圖所示為 78xx 接成的恒流源。該電路利用了固定穩(wěn)壓器輸出為固 定值得特點，輸出電流 iovxxriq 可見 io 與負載電阻 rl 無關，因此輸出電流為恒流。 注意事項： （1） 選擇電阻 r 時，應使 io iq ，以避免 iq 變化對恒流特性的影響。 （2）該電路可用于電池充電器，將不同阻值的 r 分擋接入，用開關轉(zhuǎn)換，構(gòu)成 不同充電電流的充電器。 （四）輸出電流的擴展 1 加功率管擴流 如圖所示電路均采用功率管擴流。圖（1）利用 r1 作為過流保護取樣電阻， 當輸出電流增大超過一次定值時，r1 上壓降增大，使 t 的 vbe 減小，流過 t 的 集電極電流下降，限制輸出電流增大，從而

41、保護了功率管。圖（2）電路是在圖 （1）電路的基礎上加一個三極管作為短路保護，當輸出短路時，輸出電流劇增， rsc 上壓降增大，使 t2 迅速導通分流，從而起到保護作用。以上兩電路的輸出 電流不大于 7a。 2 并聯(lián)擴流 如圖所示為并聯(lián)擴流支路這是一種監(jiān)督、無需調(diào)整的實用電路，利用多片 固定穩(wěn)壓器并聯(lián)輸出，總輸出電流為各個固定穩(wěn)壓器輸出電流之和。79xx 系列 可用同樣的方法組成并聯(lián)擴流電路。 設計注意事項： （1） 實際使用時，要選用同一廠家、同一型號的產(chǎn)品，以保證其參數(shù)的一 致性。 （2） 設計電路時，輸出電流要留有 10% 20%的裕量，以防止個別穩(wěn)壓器 失效時造成連鎖反應，燒毀穩(wěn)壓器。

42、 （3） 可在各個固定穩(wěn)壓器輸出端串聯(lián)一個小電阻，以均衡輸出電流。 （五）輸出電壓的擴展 如圖所示為輸出電壓擴展電路。穩(wěn)壓管 dw 將固定穩(wěn)壓器的公共端抬高了一 個穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值 vdw，輸出電壓為 vo vxxvdw 只要選擇合適穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管 dw，就可得到所需的輸出電壓。79xx 系列可 用同樣的方法擴展輸出電壓。 （六）電壓極性變換 如圖所示是在手上只有正（或負）固定穩(wěn)壓器，而缺少另一種固定穩(wěn)壓器時 采用的方法，其基本電路如圖（1）所示，其應用電路如圖（2） 。 設計注意事項：電壓極性變換電路的輸入電壓是懸空輸入的，而不是對地輸 出。 1.2.2.31.2.2.3 設計應用注意要則設計

43、應用注意要則 （一）并聯(lián)二極管 d 的保護作用 并聯(lián)二極管 d 接在輸入與輸出之間，如圖所示。當穩(wěn)壓器輸入端短路或輸出 電壓升高超過輸入電壓時，若沒有并聯(lián)二極管 d，則輸入端短路會使輸入端迅速 接近地電荷，而輸出端由于有大電容儲存電荷，仍保持初始的輸出電壓。該輸出 電容將通過內(nèi)部二極管和寄生晶體管放電。如果放電電流足夠大，則內(nèi)部二極管 和只能承受低電流的內(nèi)部金屬將被燒壞。加了并聯(lián)二極管 d 后，二極管 d 在輸出 端電壓高于輸入端時迅速分流，從而起到保護作用。 一般來說，輸出電容量10uf 時無需接保護二極管 d （二）穩(wěn)壓器未接低的情況 當接地引腳單獨斷開時，要注意輸出電壓不為零，而是與未穩(wěn)

44、壓的輸入電壓 一致。如果不注意，這時高電壓很可能會造成與穩(wěn)壓器輸出端相連的負載損壞。 如果地再與電源通路連接，也可能損壞穩(wěn)壓器。 （三）瞬變電壓的防護 如果輸入端存在瞬變電壓，要注意當瞬態(tài)電壓超過穩(wěn)壓器的最大額定輸入電 壓或低于0.8v 且瞬態(tài)電壓的能量足夠時，將損壞穩(wěn)壓器。 解決的辦法是在輸入端采用大的輸入電容，或用扼流電感和瞬變電壓吸收阻 尼元件，來抑制瞬變電壓。 （四）靜態(tài)工作電流與功耗 集成穩(wěn)壓器在沒有負載時，為了維持自身工作，都有一定的靜態(tài)工作電流。 各種集成穩(wěn)壓器有著不同的靜態(tài)工作電流，如：7806c 典型值為 4.3ma，最大值 為 8ma;7818 典型值為 4.5ma，最大值

45、為 6.0ma。這些靜態(tài)電流雖然看上去似乎很 小，但如果系統(tǒng)采用電池供電（如一些手持式、便攜式裝置） ，則靜態(tài)電流的損 耗就不可忽視了，設計電路時必需予以考慮。 （五）輸入端與輸出端的壓差 78xx 和 79xx 系列的內(nèi)部線路中，其核心部分是典型的串聯(lián)穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)。因 此 78xx 和 79xx 系列在使用時要求輸入端與輸出端要有一定的壓差，通常要大于 2.5 3v。如：7806 的輸入電壓必須在 8.5v（或 9v）以上，7812 的輸入電壓 必須在 14.5v（或 15v）以上。有了這個壓差，內(nèi)部的串聯(lián)穩(wěn)壓器中的調(diào)整管及 其電路才能正常工作。 反之，如果輸入電壓與輸出端壓差低于 2.5 3

46、v，穩(wěn)壓器就工作在可變電 阻的狀態(tài)，輸出特性將變差，失去穩(wěn)壓作用。例如對于 7805，在設計中必須保 證 7805 的輸入電壓i 和輸出電壓o 的壓差大于 2.5，即 io2.5，否則失去穩(wěn)壓能力，同時考慮到功耗問題，此壓差又不宜太， 太大則增加 7805 本身的功率消耗，增加芯片的溫升，不利于安全。 （六） 實際輸出電流與標稱輸出電流的差異 78xx 和 79xx 系列產(chǎn)品使用手冊上標稱輸出電流超過 1a，但在實際使用中， 輸出電流在 800 900 ma 以上時，輸出電壓的紋波就很大了。而此時用萬用表 測量輸出電壓，其值仍為額定值，但穩(wěn)壓型能已下降，這一點往往會被忽視。 （七）散熱片與芯片

47、允許的最大功耗 78xx 和 79xx 系列的功耗，在廠家使用說明中沒有給定，只是在絕對最大額 定值中表明“內(nèi)部限定” 。但從廠家（以美國國家半導體手冊為例）提供的典型 特性曲線可以看出，隨著溫度的升高，芯片允許的最大功耗將下降，并且溫度越 高，其下降越快。若設計時不注意這一點，會使某些產(chǎn)品在溫度較高的環(huán)境中工 作不穩(wěn)定，甚至造成芯片損壞。 例如，to-3 封裝的 78xx 產(chǎn)品在 25時允許最大功耗為 20w，但當環(huán)境溫度 上升到 100時只有 10w 了。解決方法是給穩(wěn)定芯片加散熱片，并注意散熱片的 溫度大小對最大使用功耗有很大影響，同時要注意整機的通風散熱。 （八）79xx 與 78xx

48、 的區(qū)別 從 78xx 和 79xx 系列的引腳圖上我們可以看出，78xx 的公共端（地）與散 熱片是相連的；而 79xx 的散熱片卻與輸入端相連。在設計有正負電源，同時使 用 78xx 和 79xx 的電路時，不可將兩者的散熱片連在一起，否則將造成輸入端短 路，損壞變壓器和整流二極管。 第 2 章 設計方法與設計工具 2.1 設計方法 為達到設計要求，本文設計首先運用電源變壓器將交流 220v 的市電電壓轉(zhuǎn) 變?yōu)?18v 左右的交流低電壓，而對于輸出設備要求的是直流電源，因此我們用 能充分利用電源的橋式整流電路整流為直流，在經(jīng)過濾波電容得到 24v 的直流 電壓，在經(jīng)固定穩(wěn)壓器穩(wěn)壓。因為接入

49、負載要求與承受的電壓不相同，因此我們 又采用三端集成可調(diào)穩(wěn)壓器，通過調(diào)節(jié)，得到相應的電壓。 2.2 設計工具 對于本設計運用的工具主要的是畫圖工具，然而在繁多的工具中我們選用功 能較強的原理圖繪制工具protel 2004 2.2.1 protel 2004 組成與特點 protel 2004 是 altium 公司于 2004 年 2 月推出的一套最新的完整的板卡級 設計系統(tǒng)，主要運行于 windows xp 或 windows 2000 環(huán)境中。該軟件從多方面改 進和完善了 protel dxp 版本，使其具有更高的穩(wěn)定性、增強的圖形功能和超強 的用戶界面。因此，protel 2004 設

50、計系統(tǒng)也被稱為 dxp 2004。 protel 2004 幾乎將所有的電子電路設計工具集成在單個應用程序中。它通過 把電路圖設計、fpga 應用程序的設計、電路的仿真、pcb 繪制編輯、拓撲自動 布線、信號完整性分析和設計輸出等技術完美融合，為用戶提供全線的設計解決 方案，使用戶可以輕松進行各種復雜的電子電路設計。 protel 2004 已經(jīng)具備了當今所有先進的電路輔助設計軟件的優(yōu)點，能進行任 何從概念到成型的板卡設計，而不受設計規(guī)格和復雜程度的束縛。作為單一的板 卡設計應用程序，能提供前所未有的、最高程度的工具集成功能。 2.2.1.1 protel 2004 的組成 protel 20

51、04 從功能上可分為以下幾個部分：電子電路原理圖（sch）設計、 電子電路原理圖（sch）仿真、印制電路板（pcb）設計、電子電路實現(xiàn)前后的 信號完整性分析和可編程邏輯器件（fpga）設計等。 protel 2004 將原理圖編輯、pcb 圖繪制及打印等功能有機結(jié)合在一起，形成 了一個集成的開發(fā)環(huán)境。在這個環(huán)境中，所謂的原理圖編輯，就是電子電路的原 理圖設計，是通過原理圖編輯器來實現(xiàn)的，原理圖編輯器為用戶提供高速、智能 的原理圖編輯手段，由它生成的原理圖文件為印制電路板的制作做準備工作。所 謂 pcb 繪制，就是印制電路板的設計，它是通過 pcb 編輯器來實現(xiàn)的，其生成 的 pcb 文件將直接

52、應用到印制電路板的生產(chǎn)中。 2.2.1.2 protel 2004 的特點 protel 2004 的原理圖編輯器，不僅用于電子電路的原理圖設計，它還可以輸 出設計 pcb 板所必需的網(wǎng)絡表文件，設定 pcb 板設計的電氣法則，根據(jù)用戶的 要求輸出令用戶滿意的原理圖設計圖紙。它支持層次化原理設計，當用戶的設計 項目較大，很難再一張原理圖上完成時，可以把設計項目分為若干子項目，子項 目可以在劃分成若干功能模塊，功能模塊還可以再往下劃分，直至底層的基本模 塊，然后分層逐級設計。 protel 2004 的 pcb 編輯器，提供了元件的自動和交互布局，可以大大減少 布局工作的負擔，并且提供多種走線模

53、式，適合不同情況的需要。當與在線規(guī)則 沖突時，potel 2004 會有亮度顯示，避免交互布局或布線時出現(xiàn)錯誤。protel 2004 最大限度地滿足了用戶的設計要求，不僅可以放置半通孔、深埋過孔，而且還提 供了各式各樣的焊盤；大量的設計法則，通過詳盡全面的設計規(guī)則定義，可以為 電路板設計符合實際要求提供保證；具有很高的手動設計和自動設計的融合程度， 對于電路元件多、連接復雜、有特殊要求的電路，可以選擇自動布線與手工調(diào)整 相結(jié)合的方法；元件的連接采用智能化的連線工具，在 pcb 電路板設計完成后， 可以通過設計法則檢查，來保證 pcb 電路板完全符合設計要求。 protel 2004 可以通過

54、原理圖編輯器的設計同步器來實現(xiàn)與 pcb 電路板的同步。 它采用設計同步器更新目標 pcb，用戶根本不必處理網(wǎng)絡表文件的輸出與載入， 并且在信息向 pcb 電路板的傳遞過程中，設計同步器會自動在 pcb 電路板的文 件中更新電氣連接的信息，對修改過程中出現(xiàn)的錯誤還會提供報警信息。與此類 似，在 pcb 電路板的設計過程中，通過印制電路板編輯器內(nèi)的設計同步器也能 更新原理圖設計。 protel 2004 提供了豐富的元件庫，幾乎覆蓋了所有電子元器件廠家的元件種 類。 protel 2004 是真正的多通道設計，可以簡化多個完全相同的子模塊重復輸入 設計，在 pcb 編輯時也可以提供這些模塊的復制

55、操作，不必一一布局布線。 protel 2004 采用了一種查詢驅(qū)動的規(guī)則定義方式，通過語句來約束規(guī)則的適用范 圍，并且可以定義同類別規(guī)則間的優(yōu)先級別。protel 2004 還帶有智能的標注功能， 通過這些標注功能可以直接反映對象的屬性。用戶也可以按照需要選擇不同的標 注單位、精度、字體方向、指示箭頭的樣式。protel 2004 豐富的輸出特性，支持 第三方軟件格式的數(shù)據(jù)交換。protel 2004 的輸出格式為標準的 windows 輸出格 式，支持所有的打印和繪圖儀的 windows 驅(qū)動程序，支持頁面設置、打印預覽 等功能，輸出質(zhì)量有明顯提高。 2.2.3電路原理圖（sch）設計 原

56、理圖設計流程如圖： （1）設置圖紙規(guī)格，portel 2004 原理圖編輯區(qū)啟動后，首先要對繪制的 電路有一個初步的構(gòu)思，設計好圖紙的大小。設置合適的圖紙大小是設計好原理 圖的第一步。圖紙大小是根據(jù)電路圖的規(guī)模和復雜程度而定的。一般情況下，可 以使用系統(tǒng)默認的圖紙尺寸和相關設置，在繪圖過程再根據(jù)實際情況調(diào)整圖紙設 置，或在繪完圖后在調(diào)整。 （2）設置原理圖編輯全系統(tǒng)參數(shù)，如設置橵格大小和類型，光標類型等， 大多數(shù)參數(shù)可以使用系統(tǒng)默認值。 （3）放置元件、導線等相關圖件，如果電路圖最終將為 pcb 制板提供設 計參數(shù)時，一定要注意元件封裝的定義和設定。protel 2004 集合庫中的元件都帶

57、有封裝，為設計提供了很大的方便，如果自己創(chuàng)建新元件，鑒于創(chuàng)建集合庫元件， 這樣會提高設計速度和質(zhì)量。 （4）原理圖的調(diào)整，利用 protel 2004 原理圖編輯器提供的各種編輯工具， 將圖紙上的圖件進行編輯和調(diào)整，如電氣檢查、參數(shù)修改、元件排列、自動標志 和各種標注文字等，構(gòu)成一個完整的原理圖。 （5）報表輸出，通過 protel 2004 原理圖編輯器提供的各種報表工具生成 各種報表。 （6）文件保存及打印輸出。 2.2.3 pcb 流程設計 前面一節(jié)就已經(jīng)介紹了原理圖設計的流程，而原理圖設計等工作只是從原理 上給出了電氣連接關系，其功能的最后實現(xiàn)是依賴于 pcb 板的設計，現(xiàn)介紹 pcb

58、 的設計流程?？偟膩碚f，設計印制電路板可分為十幾個步驟，其具體設計流 程如圖： 其中，準備原理圖和規(guī)劃印制電路板為印制電路板設計的前期工作，其他步 驟才是設計印制電路板的工作，現(xiàn)將所有步驟具體內(nèi)容介紹如下。 （1）準備原理圖：印制電路板設計的前期工作繪制原理圖。這個內(nèi)容已 在前面介紹了。當然，在有些特殊的情況下，例如電路比較簡單，可以不進行原 理圖設計而直接進入印制電路板設計，即手工布局、布線；或者利用網(wǎng)絡管理器 創(chuàng)建網(wǎng)絡表后進行板自動布線。雖然，不繪制原理圖也能設計 pcb 圖，但是無 法自動整理文件，這會給以后的維護帶來極大的麻煩，況且對于比較復雜的電路， 這樣做幾乎是不可能的。 （2）

59、規(guī)劃印制電路板：印制電路板設計的前期工作規(guī)劃印制電路板。 這里包括根據(jù)電路的復雜程度、應用場合等因素，選擇電路板是單面板、雙面板， 還是多面板板，選取電路板的尺寸，電路板與外界接口形式，以及接插件的安裝 位置和電路板的安裝方式等。 （3）設置環(huán)境參數(shù)：這是印制電路板設計中非常重要的步驟。主要內(nèi)容有設 定電路板的結(jié)構(gòu)、尺寸和板層參數(shù)。 （4）導入數(shù)據(jù)：主要是將由原理圖形成的電路網(wǎng)絡表、元件封裝等參數(shù)裝入 pcb 空白文件中。protel 2004 提供一種不通網(wǎng)絡表而直接將原理圖內(nèi)容傳輸?shù)?pcb 文件的方法。當然這種方法看起來雖然沒有直接通過網(wǎng)絡報表文件，但這些 工作由 protel 2004

60、 內(nèi)部自動完成。 （5）設定工作參數(shù)：電氣柵格，可視柵格的大小和形狀，公制與英制轉(zhuǎn)換 （view/toggle units） ，工作層面的顯示和顏色等。大多數(shù)參數(shù)可以用系統(tǒng)的默認 值。 （6）元件布局：元件布局分為自動布局和手工布局。一般情況下，自動布 局很難滿足要求。元件布局應當從機械結(jié)構(gòu)、散熱、電磁干擾、將來布線的方便 性等方面進行綜合考慮。 （7）設置布線規(guī)則：布線規(guī)則設置也是印制電路板設計的關鍵之一。布線規(guī) 則是設置布線時的各個規(guī)范。如安全間距、導線寬度等，這是自動布線的依據(jù)。 （8）自動布線：protel 2004 系統(tǒng)自動布線功能比較完善，也比較強大。如參 數(shù)設置合理，布局妥當，一