畢業(yè)論文--穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

1、摘要穩(wěn)壓電源是各種電子電路的動(dòng)力源，被人譽(yù)為電路的心臟。是電子設(shè)備正常 工作的重要部件。隨著現(xiàn)代電子設(shè)備應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，其電源的應(yīng)用也越來(lái)越 廣泛。本文設(shè)計(jì)丫一種實(shí)驗(yàn)教學(xué)用高精度可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。電源電壓輸出范圍在 1.530v之間，紋波電壓小于5mv。本設(shè)計(jì)由電源和顯示兩部分組成。電源部分 由整流橋，濾波電容，線性穩(wěn)壓器電路等組成。顯示部分選用3位半雙積分a/d 轉(zhuǎn)換器icl7107將電源部分輸出的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并通過(guò)數(shù)碼管顯示輸出 值。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該設(shè)計(jì)滿足了精度值高，使用方便，成本低廉的設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：直流穩(wěn)壓電源；icl7107；紋波電壓abstractdc power su

2、pply,the source of power for all kinds of circuits，is called the heart of a circuit.lt is also the indispensable part of an normally operating electronic equipments. as the application of mordern equipments is wider and wider,the uses of dc power supply is wider and wider.a high accurancy regulated

3、dc power supply for experiment and teaching is designed in this paper and the characteristics of this power are output voltage value 1.2530v，ripple voltage value vpp<5mv .this power consists of two parts,one part is power supply，the other is display.the part of dc power supply consists of kbp，fil

4、ter capacitor and linear voltage regulated circuit. in the part of display, icl7107, 3double-interating ad converter's chosen to drive led directly. icl7107 can also help to convert analogue value from dc power supply to digital signal，than the signal is shown on leds.it is verified by experimen

5、t that the design of this power supply satisfies the practical requirements.key words: dc power supply icl7107 ripple voltage目錄觀iabstract 11第1章緒論11. 1鵬11.2直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向11.2.1 電源的發(fā)展趨勢(shì)11.2.2國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀31.3課題需要解決的主要內(nèi)容及相關(guān)技術(shù)41.3.1課題需要解決的主要內(nèi)容41.3.2 論文的總體結(jié)構(gòu)4第2章穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)62.1設(shè)計(jì)的總體組成62.2直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)62.2.1 整流電路62.2.2濾波電容9

6、2.2.3線性穩(wěn)壓電路132.2.4直流穩(wěn)壓電源的標(biāo)準(zhǔn)電路142.35v電源的設(shè)計(jì)16第3章數(shù)字顯示部分的設(shè)計(jì)173.1 a/d轉(zhuǎn)換器的選擇173.2 1cl7107的外部結(jié)構(gòu)和管腳功能183.3 icl7107的工作原理203.4數(shù)顯部分的電路組成及測(cè)試方法24第4章實(shí)驗(yàn)測(cè)試28*吉i侖30 31p付 32第1章緒論1.1概述人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)已經(jīng)到了工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，并正在轉(zhuǎn)入高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的時(shí)期。 電源是位于市電（單和或三相）與負(fù)載之間，向負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)電能的供電設(shè)備，是工業(yè)的基 礎(chǔ)。目前電源技術(shù)已逐步發(fā)展成為一門(mén)多學(xué)科互和滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科，它對(duì)現(xiàn)代通訊、 電子儀器、計(jì)算機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化、

7、電力工程、國(guó)防及某些高新技術(shù)提供高質(zhì)量、高效率、 高可靠性的電源起著關(guān)鍵作用1。眾所周知，許多科學(xué)實(shí)驗(yàn)都離不開(kāi)電源，并且在這些實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常會(huì)對(duì)通電時(shí)間、電壓 高低、電流大小以及動(dòng)態(tài)指標(biāo)有著特殊的要求，然而h前實(shí)驗(yàn)所用的直流穩(wěn)壓電源大多輸 出精度和穩(wěn)定性不高;在測(cè)量上，傳統(tǒng)的電源一般采用指針式或數(shù)碼管來(lái)顯示電壓或電流， 搭配電位器來(lái)調(diào)整所要的電壓及電流輸出值;使用上若要調(diào)整精確的電壓輸出，須搭配精確 的顯示儀表監(jiān)測(cè)，乂因電位器的阻值特性非線性，在調(diào)整時(shí)，需要花費(fèi)一定的間，況且還 要當(dāng)心漂移，使用起來(lái)非常不方便。因此，如果直流穩(wěn)壓電源不僅具有良好的輸出質(zhì)量而 且還具有多功能以及一定的智能化，以精確的

8、微機(jī)控制取代許多不精確的人為操作，在實(shí) 驗(yàn)開(kāi)始之前就對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行預(yù)設(shè)，這將會(huì)給各個(gè)領(lǐng)域中的實(shí)驗(yàn)研究帶來(lái)不同程度的便捷 與高效。因此，直流穩(wěn)壓電源今后的發(fā)展h標(biāo)之一就是不僅要在性能上做到效率高、噪聲 低、高次諧波低、既節(jié)能乂不干擾環(huán)境，還要在功能上力求實(shí)現(xiàn)數(shù)控化、多功能化、智能 化、網(wǎng)絡(luò)化。本課題來(lái)源于外協(xié)項(xiàng)目，其目的是利用dsp微處理器的高精度數(shù)據(jù)采集能力 和高速數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)現(xiàn)直流電壓源的穩(wěn)定和微步進(jìn)，從而提高電壓源的輸出精度。1.2直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向1.2.1電源的發(fā)展趨勢(shì)1. 智能化目前在研制高精度、高性能、多功能的測(cè)量控制儀表時(shí)，幾乎沒(méi)有不考慮采用微處理 器的。以微處理器為主體

9、取代傳統(tǒng)儀器儀表的常規(guī)電子線路，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量控制技 術(shù)結(jié)合在一起，組成新一代的所謂“智能化測(cè)量控制儀表”。智能儀器川解決了許多傳統(tǒng)儀 表不能或不易解決的難題，同時(shí)還能簡(jiǎn)化系統(tǒng)電路，提高系統(tǒng)的可靠性，加快產(chǎn)品的殲發(fā) 速度。直流穩(wěn)壓電源一方面為儀器儀表提供電能量，是儀器儀表的“動(dòng)力源”，另一面它木 身就是儀器儀表，因此，它有可能而且應(yīng)當(dāng)智能化。具體地說(shuō)，智能化的直流穩(wěn)壓電源電 源應(yīng)當(dāng)具有以下功能特點(diǎn)： 操作自動(dòng)化。系統(tǒng)的整個(gè)測(cè)量過(guò)程如鍵盤(pán)掃描、量程選擇、開(kāi)關(guān)啟動(dòng)閉合、數(shù)據(jù)的 采集、傳輸與處理以及顯示打印等都用微控制器來(lái)控制操作，實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程的全部自動(dòng)化。 具有自檢測(cè)功能，包括自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)故

10、障檢測(cè)與狀態(tài)檢驗(yàn)、自動(dòng)校準(zhǔn)、自診斷及 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換等。系統(tǒng)能自動(dòng)檢測(cè)出故障的部位甚至故障的原因。這種自測(cè)試可以在系統(tǒng) 啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行，同時(shí)也可在系統(tǒng)工作中運(yùn)行，極大地方便了系統(tǒng)的維護(hù)。 具有友好的人機(jī)對(duì)話能力。智能化的直流穩(wěn)壓電源使用鍵盤(pán)代替?zhèn)鹘y(tǒng)直流穩(wěn)壓電源 中的切換開(kāi)關(guān)，操作人員只需通過(guò)鍵盤(pán)輸入命令，就能實(shí)現(xiàn)某種測(cè)量功能。與此同時(shí)，智 能直流穩(wěn)壓電源還通過(guò)顯示屏將儀器的運(yùn)行情況、工作狀態(tài)以及測(cè)量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果及時(shí) 告訴操作人員，使系統(tǒng)的操作更加方便直觀。 網(wǎng)絡(luò)管理能力。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用閂益普及和信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，直流穩(wěn) 壓電源通過(guò)rs232接口實(shí)現(xiàn)與上位cp機(jī)通信，從而使網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員可以

11、隨時(shí)監(jiān)視電源設(shè) 備運(yùn)行狀態(tài)、各項(xiàng)技術(shù)參數(shù);網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)定時(shí)開(kāi)關(guān)電源，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)機(jī)等功 能2。2. 數(shù)字化在傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源中，控制部分是按模擬信號(hào)來(lái)設(shè)計(jì)和工作的。在六、七十年代， 電力電子技術(shù)完全是建立在模擬電路基礎(chǔ)上的。但是，現(xiàn)在數(shù)字式信號(hào)、數(shù)字電路顯得越 來(lái)越重要，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)日趨完善成熟，顯示出越來(lái)越多的優(yōu)點(diǎn):便于計(jì)算機(jī)處理控制、 避免模擬信號(hào)的畸變失真、減小雜散信號(hào)的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調(diào)試和遙 感遙測(cè)遙調(diào)，也便于自診斷、容錯(cuò)等技術(shù)的植入。所以，在八、九十年代，對(duì)于各類電路 和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，模擬技術(shù)還是有用的，特別是:諸如印制版的布閣、電磁兼容(mec)

12、問(wèn) 題以及功率因數(shù)修正(pfc)等問(wèn)題的解決，離不開(kāi)模擬技術(shù)的知識(shí)，但是對(duì)t智能化的直流 穩(wěn)壓電源電源，需要用計(jì)算機(jī)控制時(shí)，數(shù)字化技術(shù)就離不開(kāi)了。3. 模塊化電源的模塊化有兩方面的含義，其一是指功率器件的模塊化;其二是指電源單元的模塊 化。我們常見(jiàn)的器件模塊含有一單元、兩單元、六單元直至七單元，包括開(kāi)關(guān)器件和與之 反并聯(lián)的續(xù)流二極管，實(shí)質(zhì)上都屬于“標(biāo)準(zhǔn)”功率模塊(spm)。近年，有些公司把開(kāi)關(guān)器 件的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路也裝到功率模塊中去，構(gòu)成了 “智能化”功率模塊(pim)，不但縮小了整 機(jī)的體積，更方便了整機(jī)的設(shè)計(jì)制造。實(shí)際上，由于頻率的不斷提高，致使引線寄生電感、 寄生電容的影響愈加嚴(yán)重，對(duì)器件

13、造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過(guò)電壓、過(guò)電流毛刺)。為了 提高系統(tǒng)的可靠性，有些制造商開(kāi)發(fā)了“用戶專用”功率模塊(aspm),它把一臺(tái)整機(jī)的幾 乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個(gè)模塊中，使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接，這 樣的模塊經(jīng)過(guò)嚴(yán)格、合理的熱、電、機(jī)械方面的設(shè)計(jì)，達(dá)到優(yōu)化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(asci)3。只耍把控制軟件寫(xiě)入該模塊中的微處理器芯片，再 把整個(gè)模塊閥定在相應(yīng)的散熱器上，就構(gòu)成一臺(tái)新型的電源裝置。由此可見(jiàn)，模塊化的目 的不僅在于使用方便，縮小整機(jī)體積，更重要的是取消傳統(tǒng)連線，把寄生參數(shù)降到最小， 從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低，提高系統(tǒng)的可靠性。另外，大

14、功率的電源，由于器件 容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮，一般采用多個(gè)獨(dú)立的模塊單元并聯(lián)工作， 采用均流技術(shù)，所有模塊共同分擔(dān)負(fù)載電流，一旦其中某個(gè)模塊失效，其它模塊再平均分 擔(dān)負(fù)載電流。這樣，不但提高了功率容量，在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出 的耍求，而且通過(guò)增加相對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)功率很小的冗余電源模塊，極大的提高系統(tǒng)可靠 性，即使萬(wàn)一出現(xiàn)單模塊故障，也不會(huì)影響系統(tǒng)的止常工作，而且為修復(fù)提供充分的時(shí)間。4. 綠色化電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電，這意味著發(fā)電容量的節(jié)約，而發(fā)電是 造成環(huán)境污染的重要原因，所以節(jié)電就可以減少對(duì)環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對(duì) 電網(wǎng)

15、產(chǎn)生污染，國(guó)際電工委員會(huì)(eic)對(duì)此制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，如工ec555、eic917、eic1000 等41。事實(shí)上，許多功率電子節(jié)電設(shè)備，往往會(huì)變成對(duì)電網(wǎng)的污染源:向電網(wǎng)注入嚴(yán)重的高 次諧波電流，使電網(wǎng)電壓禍合許多毛刺尖峰，甚至出現(xiàn)缺角和畸變。20世紀(jì)末，各種有源 濾波器和有源補(bǔ)償器的方案誕生，為21世紀(jì)批量生產(chǎn)各種綠色直流穩(wěn)壓電源產(chǎn)品奠定了基 礎(chǔ)。1.2.2國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀在我國(guó)，以電力電子學(xué)為核心技術(shù)的電源產(chǎn)業(yè)，從二十世紀(jì)60年代中期開(kāi)始形成，到 了 90年代以來(lái)，電源產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。一方面，電源產(chǎn)業(yè)規(guī)模的發(fā)展在加快;另一 方面，在國(guó)家自然科學(xué)基金的資助下或創(chuàng)新意識(shí)指導(dǎo)下，我國(guó)電力電子

16、技術(shù)的研究從吸收 消化和一般跟蹤發(fā)展到前沿跟蹤和基礎(chǔ)創(chuàng)新，電源產(chǎn)業(yè)界涌現(xiàn)了一些技術(shù)難度較大，具有 國(guó)際先進(jìn)平的產(chǎn)品，而且還產(chǎn)生了一大批具有代表性的研究成果和產(chǎn)品；目前國(guó)內(nèi)還開(kāi)展 了跟蹤國(guó)際多方面前沿性課題的研宄或基礎(chǔ)創(chuàng)新研宄。但是我國(guó)電源產(chǎn)業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比， 存在著很大的差距和不足：在電源產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性、開(kāi)發(fā)投入、生產(chǎn)規(guī)模、工藝水平、 先進(jìn)檢測(cè)設(shè)備、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、持續(xù)創(chuàng)新能力等方面的差距為10年，尤其在實(shí)現(xiàn)直流穩(wěn) 壓電源的智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面的研宄不是很多5目前國(guó)內(nèi)在這兩方面研究比較多的是成 都電子科技大學(xué)和廣州華南理工大學(xué)，主要是利用單片機(jī)和可編程系統(tǒng)器件(psd)來(lái)控制開(kāi) 關(guān)直流穩(wěn)壓電

17、源或數(shù)制化電壓?jiǎn)卧_(dá)到數(shù)控的目的，但和國(guó)外的比較起來(lái)，效果不是很理 想，還有很大的差距。目前，全國(guó)的電源及其配件的生產(chǎn)銷(xiāo)售企業(yè)有4000家以上，產(chǎn)值有 300 400億元，但國(guó)內(nèi)企業(yè)(著名的如北京大華、江蘇綠揚(yáng)等)銷(xiāo)售的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源大 多是代理h木和臺(tái)灣的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的直流穩(wěn)壓電源雖然也在向數(shù)字化方向發(fā)展， 但多限于對(duì)輸出顯示實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示，或?qū)崿F(xiàn)多組數(shù)值預(yù)置。總體說(shuō)來(lái)，國(guó)內(nèi)直流穩(wěn)壓電源 技術(shù)在實(shí)現(xiàn)智能化等方面相對(duì)落后，面對(duì)激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，是個(gè)嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。本課題研制 的高精度數(shù)控直流穩(wěn)壓電源就是在直流穩(wěn)壓電源智能化方面一個(gè)小的探索。1.3課題需要解決的主要內(nèi)容及相關(guān)技術(shù)1.3.1課題需

18、要解決的主要內(nèi)容本課題需要解決的主要問(wèn)題是：1. 如何實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的輸出控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是要用電源來(lái)輸出1.25v30v的電壓值，精度要求高，實(shí)現(xiàn)輸出電壓 的連續(xù)可調(diào)。實(shí)現(xiàn)的途徑很多，可以用微處理器來(lái)控制，可以用傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源中手動(dòng) 旋轉(zhuǎn)電器，也可以用dac的模擬輸出控制電源的基準(zhǔn)電壓或分壓電阻，或者用其它更有 效的方法，因此如何選擇簡(jiǎn)單有效的方法是本課題需要解決的首要問(wèn)題。2. 數(shù)字顯示與電壓輸出值的匹配很明顯，顯示是用來(lái)代替電壓表來(lái)幫助我們方便，快捷地讀出電源輸出電壓值的。因 此顯示值是否與輸出值匹配成為此部分最重要的問(wèn)題。這里我們采用通過(guò)電位器調(diào)節(jié) icl7107的基準(zhǔn)電壓的方式將基準(zhǔn)

19、電壓調(diào)為iv。然后進(jìn)行一下步驟調(diào)試：1.零電壓調(diào)試。2. 基準(zhǔn)電壓調(diào)試。3.顯示筆段的調(diào)試。4.負(fù)號(hào)與溢出功能的檢查。1.3.2論文的總體結(jié)構(gòu)論文的總體結(jié)構(gòu)如圖1-1所示圖1-1論文結(jié)構(gòu)體系第2章穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)2. 1設(shè)計(jì)的總體組成本設(shè)計(jì)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)用高精度直流穩(wěn)壓電源，并采用模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法將直流穩(wěn)壓電源的 輸出電壓以數(shù)字的形式顯示出來(lái)。它主要由三大部分組成：直流穩(wěn)壓電源部分，a/d轉(zhuǎn)換 部分，數(shù)字顯示部分6。2.2直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源的組成如閣2-1所示。方框中變壓器的作用是把交流電網(wǎng)供給的220v, 50hz交流電變化為合適的數(shù)值；整流橋?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)換為直流脈動(dòng)電壓；濾波電容將脈動(dòng)電

20、 壓進(jìn)行平滑；穩(wěn)壓器能夠把輸出直流電壓定在所希望的數(shù)值上。廠輸入交流電源圖2-1直流電源組成方框圖2.2.1整流電路整流電路是交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的第一步。一個(gè)好的整流電路設(shè)計(jì)冇助于取得更 大范圍的穩(wěn)定穩(wěn)定電壓輸出。整流電路分又為半波整流電路，全波整流電路和橋式整流電 路。半波整流電路簡(jiǎn)單，需要的元件少，但它輸出的直流電壓脈動(dòng)很大變壓器的利用率很 低和半波整流電路相比，在負(fù)載相同的情況下，全波整流電路中的電源變壓器冇一個(gè)中心 抽頭，把副邊分成匝數(shù)相同的兩個(gè)繞組，所以可得到兩個(gè)幅值相等，相位相反的電壓，實(shí) 際上相當(dāng)與兩個(gè)半波整流電路。與半波整流電路相比，負(fù)載上的直流電壓，電流增加，脈 動(dòng)幅度也

21、減小然而工作時(shí)其初級(jí)正，負(fù)半周都冇電流，而次級(jí)兩線圈中每個(gè)只冇半波電流 才被整流，因而變壓器的利用率不高，整流管的數(shù)量卻增加了一倍；電流脈動(dòng)程度減?。?變壓器正，負(fù)半周都有對(duì)稱的電流流過(guò)，記得到充分利用，又不存在單向磁化的問(wèn)題，但 需要4個(gè)整流二級(jí)管，線路稍復(fù)雜。但在本設(shè)計(jì)中我們可以采用橋式整流成品元件（全橋 kbp307），它冇4個(gè)引腳，其中2個(gè)引腳間標(biāo)有“”的表示接交流電源；另外兩腳分別標(biāo) 有“+”和“一”，為直流輸出端，接至負(fù)載。另外在外殼上還標(biāo)有額定電流和電壓，使用很方便，與全橋整流電路相比，雖然多用了 2個(gè)二級(jí)管，但反相耐壓值低了一倍，變壓器 次級(jí)少了一半線圈，綜合成本低于全波整流電

22、路，符合本設(shè)計(jì)要求。整流橋kbp307內(nèi)部原理閣，及各點(diǎn)波形如下：在1/2正半周，a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位dp d3導(dǎo)通d2, d4截止，電流自a端經(jīng)dp 02和03回到電源的b端；在（/2的負(fù)半周，b點(diǎn)電位高于a點(diǎn)電位，d2, d4導(dǎo)通，d,， d3截止，電流自b端d2,私和04回到電源的a端?？梢?jiàn)，在交流電壓17,的整個(gè)周期內(nèi)，負(fù)載ri都有電流流過(guò)，像普通的變壓器一樣， 所以橋式整流也是全波整流電路。橋式整流電路的電壓和電流可作如下估算。整流元件仍認(rèn)為是理想的，在純電阻負(fù)載 條件下，電壓，電流的瞬時(shí)值為：|v2(72sm wtq<wt< 27t= ld3 ll0<wt<

23、7t兀 <wt <2 兀 0<wt<7t(2-1)(2-2)(2-3)(2-4)負(fù)載直流電壓平均值為：ltl= 0.9/2負(fù)載平均直流電流值為:(2-6)(2-7)每個(gè)二極管截止吋的反向電壓相同，為（72幅值，即u=風(fēng)導(dǎo)通二極管的電流平均值為負(fù)載電流平均值的一半，最大值與負(fù)載電流最大值相同71。2.2.2濾波電容交流電經(jīng)整流電流電路后可變?yōu)槊}動(dòng)直流電。其中含有較大的交流分量，為了使設(shè)備 能用上純凈的直流電，還必須用濾波電路濾除脈動(dòng)電壓中的交流成分。濾波電路一般由電 抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器c,或在負(fù)載中串聯(lián)電感器l，或由電容，電 感組合而成的各種復(fù)式濾波電

24、路。在工頻整流濾波中，由于電解電容容量大，耐壓值高，故而被廣泛地采用。毋庸置疑, 電容濾波電路是最常見(jiàn)也是最簡(jiǎn)單的濾波電路，在整流電路的輸出端并聯(lián)一個(gè)電容，機(jī)構(gòu) 成電容濾波電路，如圖2-4所示。電容濾波電路利用電容的充，放電作用，是輸出電壓穩(wěn) 于平滑。-22050hz+1. 電容濾波原理當(dāng)變壓器副邊電壓r處于正半周且數(shù)值大于電容兩端電壓r時(shí)，二極管dp仏導(dǎo) 通，一路流經(jīng)負(fù)載電阻愚，另一路對(duì)電容c充電。因?yàn)樵诶硐肭闆r丁，變壓器副邊無(wú)損耗， 二極管導(dǎo)通電壓為零，所以電容兩端電壓r （%）與r相等，見(jiàn)圖2-5中曲線ab段，當(dāng) 上升到峰值后開(kāi)始下降，電容通過(guò)負(fù)載電阻愚放電，其電壓w也開(kāi)始i降，趨勢(shì)與r

25、 基本相同，見(jiàn)圖2-5屮be段，但是由于電容指數(shù)規(guī)律放電，所以當(dāng)（/2下降到一定數(shù)值后， w的下降速度小于r的下降速度，使r大于仍，從而導(dǎo)致dp仏反向偏置而變?yōu)榻刂?。此后，電容c繼續(xù)通過(guò)ri放電，ue按指數(shù)規(guī)律繼續(xù)丁降，見(jiàn)圖2-5屮曲線的cd段。當(dāng)t/2的負(fù)半周幅值變化到恰好大于時(shí)，d2,同加正向電壓變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，f/2再次對(duì)c充電w的上升到的峰值后又開(kāi)始k降；下降到一定數(shù)值吋d2，d4變?yōu)榻刂? c為恿放電，r按指數(shù)規(guī)律繼續(xù)不降；放電到一定數(shù)值時(shí)dp d2變?yōu)閷?dǎo)通重復(fù)上述過(guò)程。從圖2-5所示波形可以看出，經(jīng)濾波后的輸出電壓不僅變得平滑，而且平均值也得到圖2-5理想情況i的波形提高。若考慮變壓

26、器內(nèi)阻和二級(jí)管的導(dǎo)通電阻，則w的波形如圖2-6所示，陰影部分為整 流電路閃阻的電壓降。圖2-6考慮整流電路內(nèi)阻時(shí)的波形以上分析可知，電容充電吋，冋路電阻為整流電路的內(nèi)阻，即變壓器內(nèi)阻和二級(jí)管的 導(dǎo)通電阻，其數(shù)值很小，因而時(shí)間常數(shù)很小。電容放電吋，冋路電阻為放電吋間常數(shù) rlc,通常遠(yuǎn)大于充電吋間常數(shù)。因此濾波效果取決于放電時(shí)間。電容愈大，負(fù)載電阻愈 大，濾波后輸出電壓愈平滑，并ii平均值愈大，如圖2-7所示。換言之，當(dāng)濾波電容容量 一定時(shí)，若負(fù)載電阻減小（即負(fù)載電流增大）。則時(shí)間常數(shù)減小，放電速度加快，輸出電壓 平均值隨即下降，ii脈動(dòng)變大。2. 輸出電壓平均值濾波電路輸出電壓波形難于用解析時(shí)

27、式來(lái)描述，近似估算時(shí)間，可將圖2-6所示波形 近似為鋸齒波。如閣2-8所示，閣中t為電網(wǎng)電壓的周期。設(shè)整流電路內(nèi)阻較小而時(shí)間常 數(shù)尺lc較大，電容每次充電均可達(dá)到r的峰值（即t/,niax = v2f/2）,然后按時(shí)間常數(shù)/?£c放電的起始斜率直線下降，經(jīng)交與橫軸，11在%處的數(shù)值為最小值t4min,則輸出電壓平 均值為：o(av)(2-8)同時(shí)按相似三角形關(guān)系可得:(2-9)t,rlco(av) + "oinax2o maxu1-了二）4rlc(2-10)因而(av)=v22(l4/?,c(2-11)上式表明，當(dāng)負(fù)載開(kāi)路，即足=oo吋,(2-12)t(2-13)當(dāng)&

28、;c = (35)y時(shí)，uo(av = i.2u2為了獲得較好的濾波效果，在實(shí)際電路中，應(yīng)選擇濾波電容的容量滿足/?,c = （35）%的 條件，由于采用電解電容，考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為±10%，電容的耐壓值應(yīng)大于l.lv2t/2o在半波整流電路中，為獲得較好的濾波效果，電容容量應(yīng)選得更大些。3. 脈動(dòng)系數(shù)在圖2-8所示的近似波形中，交流分量的基波的峰-峰值為(max-rmin)，根據(jù)式2-9 可得基波峰值為"x2-ju 4rlc °max(2-14)因此，脈動(dòng)系數(shù)為丄"4r.c °maxu-t4rlc-t4r,cs(2-15)應(yīng)當(dāng)輸出，由

29、于閣2-8所示鋸齒波動(dòng)所含的交流分量大于濾波電路輸出電壓實(shí)際的交流分 量，因而根據(jù)式(2-15)計(jì)算出的脈動(dòng)系數(shù)大于實(shí)際數(shù)值81。4. 電容濾波電路的輸出特性和濾波特性當(dāng)濾波電容c選定后，輸出電壓品均值uo(au)和輸出電流平均么ad的關(guān)系稱為濾波特 性，脈動(dòng)系數(shù)s和輸出電流平均值的關(guān)系稱為濾波特性。根據(jù)式2-11和2-15可以畫(huà) 出特性如閣2-9 (a)所示，濾波特性如閣2-9 (b)所示。曲線表明c愈大電路帶負(fù)載能力 愈強(qiáng)，濾波效果愈好，io(au)愈大(即負(fù)載電阻ri/愈小)，uo(au)愈低，s的值愈大。(a)輸出特性(b)濾波特性閣2-9電容濾波電路的輸出特性和濾波特性綜上所述，電容

30、濾波電路簡(jiǎn)單易行，輸出電壓平均值高，適用于負(fù)載電流較小且變化 也減小的場(chǎng)合。2.2.3線性穩(wěn)壓電路經(jīng)過(guò)整流和濾波后的直流電壓，會(huì)由于交流電網(wǎng)的波動(dòng)以及負(fù)載電阻的變動(dòng)而發(fā)生變 化。在絕大多數(shù)情況下，這種輸出電壓的變化波動(dòng)顯得太大，仍需要進(jìn)一步對(duì)其穩(wěn)定，這 就需要采用穩(wěn)壓電路。通常，完整的穩(wěn)壓電源電路包括有整流，濾波，穩(wěn)壓，調(diào)整等電路。 其中穩(wěn)壓調(diào)整電路如果工作在線性狀態(tài)，就稱此穩(wěn)壓電路為線性穩(wěn)壓穩(wěn)壓電路。木設(shè)計(jì)采 用集成穩(wěn)壓器電路。下面主要介紹這類穩(wěn)壓電路。1. lm317三端可調(diào)輸出正電壓穩(wěn)壓器lm317是三端可調(diào)輸出正電壓穩(wěn)壓器，在輸出電壓范圍為1.237伏時(shí)能夠提供超過(guò) 1.5a的電流。此

31、穩(wěn)壓器非常易于使用，只需要兩個(gè)外部電阻來(lái)設(shè)置輸出電壓。此外還是用 內(nèi)部限流，熱關(guān)斷和安全工作區(qū)補(bǔ)償使之基木能防止燒短保險(xiǎn)絲9lm317服務(wù)于多種應(yīng)用場(chǎng)合，包括局部穩(wěn)壓，卡上穩(wěn)壓，該器件還可以用來(lái)制做一種 可編程的輸出穩(wěn)壓器，或者，通過(guò)在調(diào)整點(diǎn)和輸出之間接一個(gè)固定電附，lm317可用作一 種精密穩(wěn)流器。根據(jù)上述分析，實(shí)用的穩(wěn)壓電路至少包含調(diào)整管，基準(zhǔn)電壓電路，取樣電路和比較放 大電路四個(gè)部分組成。此外，為使電路安全工作，還常在電路中加保護(hù)電路，穩(wěn)壓電路的 方框圖如圖2-10所示。比較枚大電路保滬電路riun閣2-10穩(wěn)壓電路的方框閣2. lm317的應(yīng)用基本應(yīng)用電路如閣2-11所示，當(dāng)穩(wěn)壓器離電

32、源濾波器有一段距離時(shí)c/n是必要的，co 對(duì)穩(wěn)定性而言不必需；但可改進(jìn)瞬態(tài)響應(yīng)。輸出電壓值如式(2-16)(2-16)因?yàn)閗dj控制在小于100 u a所以這一項(xiàng)的誤差在多數(shù)應(yīng)用中可忽略不什。閣2-n lm317標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用電路2. 2. 4直流穩(wěn)壓電源的標(biāo)準(zhǔn)電路綜上所述，我們便可以得到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的直流穩(wěn)壓電源電路，如圖2-12所示odr3-閣2-12直流穩(wěn)壓電源電路閣閣中穩(wěn)壓器lm317能在最大輸出不超過(guò)40v的條件下工作，同定電阻（200/3）。 調(diào)節(jié)電位器/?2（05/c/3）,心（100 0）就可以從輸出端獲得從1.5v30v的連續(xù)可調(diào)電壓。 電阻r1接在穩(wěn)壓器輸出端（w）到調(diào)整端（adj）

33、之間，其兩端電壓為1.25v。由于穩(wěn)壓 器有維持它不變的能力，所以電阻/?/流過(guò)的是一個(gè)恒定的電流，其值為：ir= - = = 6.25ma（2-17）r r' 200由于穩(wěn)壓器lm317的最小負(fù)載電流為5ma,所以的最大值為240 o。電位器r從 穩(wěn)壓器的調(diào)整端接往電源地端。r中有兩個(gè)電流：一是電阻中的電流令一個(gè)是穩(wěn) 壓器調(diào)整端輸出的電流zwy。它們?cè)陔娢黄鱮i上形成電壓降ur為式（2-18）所示：ur=ukiadjr = irr + iadjr（2-18）施加于負(fù)載的電壓等于電阻r1和電位器r上的電壓之和。即：u，ur' +ur=uref （1 +吾）+ /層尺（2-19）

34、am/a非常小，故式（2-18）可簡(jiǎn)化為式（2-19）。因此將k固定，電位器r就可(2-20)以改變穩(wěn)壓器的輸出電壓。圖中電容32為0.1 uf用于抵消輸入線較長(zhǎng)吋的電感效應(yīng)，以防止電路產(chǎn)生自激振蕩，其電容量較小，一般小于1pf，電容c;為uf起到了減小/?2上的紋波電壓的作用。但是， 在輸出短路時(shí)，g將向穩(wěn)壓器調(diào)整端放電，并使調(diào)整管發(fā)射結(jié)反偏。為了保護(hù)穩(wěn)壓器，可 加二極管d2,提供一個(gè)放電回路，電容g為25 uf用于消除輸出電壓中的高頻噪聲，可 取小于1pf的電容，以便輸出較大的脈沖電流，但若g容量較大，一旦輸入端斷開(kāi)，g 將從穩(wěn)壓器輸出端向穩(wěn)壓器放電，易使穩(wěn)壓器損壞，因此可在穩(wěn)壓器的輸入端

35、和輸出端之 間跨接一個(gè)二極管到保護(hù)作用。c/為濾波電容，電路的繼電器起到保護(hù)作用，當(dāng)輸 出電壓值高于1iv時(shí)，繼電器內(nèi)的開(kāi)關(guān)與常開(kāi)觸點(diǎn)吸和，電路從工作在018v的輸入電壓, 跳至工作在1836v的輸出電壓，這樣繼電器防止了過(guò)高的電壓對(duì)電路造成損壞。2.3 5v電源的設(shè)計(jì)icl7107和數(shù)碼管需要5v的直流電源驅(qū)動(dòng)，這樣我們還需要一個(gè)固定的5v電源為其 供電。本設(shè)計(jì)選用l7805三端固定輸出正集成穩(wěn)壓器，其參數(shù)，性能，管腳功能如下：1. 集成穩(wěn)壓器l7805的特點(diǎn)l7805集成穩(wěn)壓器是常見(jiàn)的固定正輸出電壓的集成穩(wěn)壓器。輸出5v電壓最大輸出電流 為1.5a。它的內(nèi)部含有限流保護(hù)，過(guò)熱保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)

36、電路，采用了噪聲低，溫度漂移小 的棊準(zhǔn)源，工作穩(wěn)定可靠。內(nèi)部還含有功耗限制電路，防止燒毀輸出驅(qū)動(dòng)器品體管1()。2. l7805的引腳及參數(shù)特性l7805的管腳引線如圖2-13所示。引腳1為輸入端，引腳2位接地端，引腳3為輸出 端。使用十分方便。圖2-13l7805引腳示例3. l7805的應(yīng)用電路l7805集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖2-14所示，這是一個(gè)輸出正5v直流電壓的穩(wěn) 壓電源電路。q，c2分別為輸入端和輸出端濾波電容，心為負(fù)載電阻。當(dāng)輸出電壓較大時(shí)， 7805應(yīng)配上散熱片。由于l7805與前面介紹的lm317的性能基木相同，所以我們便可得到一個(gè)5v固定的 供電電源如圖2 14, d

37、:是輸出保護(hù)二極管，一旦輸出電壓低于穩(wěn)壓值時(shí)，di導(dǎo)通，將輸 出電流旁路，保護(hù)7805穩(wěn)壓器輸出端不被損壞。若對(duì)輸出電壓值有更高的耍求，在7805 上串聯(lián)穩(wěn)壓二極管。即在穩(wěn)壓器2管腳與地之間，可使輸出電壓得到一定的提高，輸出 電壓u,為7805穩(wěn)壓器輸出電壓與穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值之和。圖2-14 5v固定供電電源第3章數(shù)字顯示部分的設(shè)計(jì)3.1 a/d轉(zhuǎn)換器的選擇常見(jiàn)a/d轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換方式有非積分式和積分式兩類，如逐次逼近比較式a/d轉(zhuǎn)換、 斜坡電壓式a/d轉(zhuǎn)換等屬于非積分式，其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快，但抗干擾能力差。電壓反饋 型v-f變換、雙積分式a/d轉(zhuǎn)換則屬于積分式，其特點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量精度

38、高，但 轉(zhuǎn)換速度低，在轉(zhuǎn)換速度耍求不太高的情況下，獲得廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用的就是雙積分式a/d轉(zhuǎn)換器icl7107。icl7107是一塊應(yīng)用非常廣泛的集成電路。它包含3丄位數(shù)字a/d 2轉(zhuǎn)換器，可直接驅(qū)動(dòng)led數(shù)碼管，內(nèi)部設(shè)有參考電壓、獨(dú)立模擬幵關(guān)、邏輯控制、顯示驅(qū) 動(dòng)、自動(dòng)調(diào)零功能等。icl7107還是cmos大規(guī)模集成電路芯片，其片內(nèi)已經(jīng)集成了模 擬電路部分和數(shù)字電路部分，所以只要外接少量元件就成了模擬電路和數(shù)字電路部分，所 以只要外接少量元件就可實(shí)現(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換。使用簡(jiǎn)便，價(jià)格低廉，能夠很好地將高精度，低 成木結(jié)合起來(lái)。3.2icl7107的外部結(jié)構(gòu)和管腳功能圖3-1是icl7107外封電

39、路圖，其引腳功能如下：+u匚140osc1d!239osc2c1匚338 osc3me437 testa1536uref+ft匚635 urergi匚734cref+»1833cref-d2932 comg2匚1031 im+b2匚1130 in-a21229 az1328 bufe拉匚1427 inid3匚1526 -ub3匚1625 g2o匚1724 c3e3匚1923 a31922pal c2021gnd圖3-1icl7107外封裝圖1端：u + =5v,源正端。26端：（7-= - 5v，電源負(fù)端。19端：ab4,千位數(shù)筆段驅(qū)動(dòng)輸出端，由于位的計(jì)數(shù)滿量程顯示為“1999”，所

40、以 2ab4輸出端應(yīng)接千位數(shù)顯示器顯示“ 1 ”字的b和c筆段。20端：pol,極性顯示端（負(fù)顯示），與千位數(shù)顯示器的g筆段和連接（或另行設(shè)罝的負(fù)極性筆段）。當(dāng)輸入信號(hào)的電壓極性為負(fù)時(shí)，負(fù)號(hào)顯示，如“19.99”；當(dāng)輸入信號(hào)的電 壓極性為正時(shí)，極性負(fù)號(hào)不顯示如“19.99”。21端：bp，液晶顯示器背電極，與正負(fù)電源的公共地端相連接。27端：int,積分器輸出端，外接積分電容c （一般取c =0.22/f）。28端：buff,輸入緩沖放大器的輸出端，外接積分電阻/?（一般取/?=47h2）。29端：az,積分器和比較器的反相輸入端，接自校零電容caz （取caz =0.47，）。 30、31端

41、：inlo、inhi,輸入電壓低、高端。由于兩端與高阻抗cmos運(yùn)算放大器相連接，可以忽略輸入信號(hào)的注入電流，輸入信號(hào)應(yīng)經(jīng)過(guò)1m£1電阻和0.01電容組成的 濾波電路輸入，以濾除干擾信號(hào)。28端：個(gè)位數(shù)顯示器的筆段驅(qū)動(dòng)輸出端，各筆段輸出端分別與個(gè)位數(shù)顯示器對(duì)應(yīng)的 筆段ag相連接。914、25端：十位數(shù)顯示器的筆段驅(qū)動(dòng)輸出端，各筆段輸出端分別與十位數(shù)顯示器對(duì) 應(yīng)的筆段ag相連接。1518、2224端：百位數(shù)顯示器的筆段驅(qū)動(dòng)輸出端，各筆段輸出端分別與百位數(shù)顯示 器對(duì)應(yīng)的筆段ag相連接。32端：com,模擬公共電壓設(shè)罝端，一般與輸入信號(hào)的負(fù)端，負(fù)基準(zhǔn)電壓端相接。 33、34端：cref_、

42、cref+ ,基準(zhǔn)電容負(fù)壓、正壓端，它被充電的電壓在反相積分時(shí)，成為基準(zhǔn)電壓，通常取c,. =0.1/f。35、36端：reflo、refhi,外接基準(zhǔn)電壓低、高位端，由電源電壓分壓得到。37端：test,數(shù)字地設(shè)置端及測(cè)試端，經(jīng)過(guò)芯片內(nèi)部的500d電阻與gnd相連。38、39、40端：osc3,產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖的振蕩器的引出端，外接rl、c1元件。振蕩器主振頻率的關(guān)系為式（3-1）fos(.0.45(3-1)3.3icl7107的工作原理1. a/d轉(zhuǎn)換的基本原理 icl7107中雙積分式a/d轉(zhuǎn)換的基本原理是11:在一次測(cè)量 過(guò)程中，利用同一積分器先后進(jìn)行兩次積分，即第一次對(duì)被測(cè)電壓認(rèn)進(jìn)行定時(shí)

43、積分，第二次對(duì)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行定值積分，通過(guò)兩次積分比較，將轉(zhuǎn)換成與之成正比的時(shí)間間隔。根據(jù)圖3-2所示的icl7107的內(nèi)部模擬電路結(jié)構(gòu)，可以分析a/d轉(zhuǎn)換的工作過(guò)程。設(shè) 其轉(zhuǎn)換過(guò)程分三個(gè)階段，即釆樣階段、積分階段和休止階段，各階段的工作過(guò)程如下：分*32c0mwdn)24 0 036 crerrefhi refl0cref350 033cref-1.1280 1"2&q |wrc27分rwcazcint7? 02 62v6字理抝s分r2inld圖3-2 icl7107內(nèi)部模擬電路(1) 采樣階段在邏輯控制電路的作用下，設(shè)新的采樣階段開(kāi)始。參見(jiàn)圖3-2,設(shè)開(kāi)關(guān) int閉合，a-

44、z短開(kāi)，被測(cè)信號(hào)認(rèn)從in+端輸入，經(jīng)緩沖器進(jìn)行定時(shí)積分，設(shè)積分時(shí)間(或 稱采樣時(shí)間)定為1000個(gè)時(shí)鐘脈沖，從而可以求出積分器的輸出電壓u。與計(jì)數(shù)脈沖的關(guān) 系，即式(3-2)當(dāng)nl=1000時(shí)定時(shí)積分階段或稱采樣階段結(jié)束。(3-2)(2) 積分階段積分階段是指積分器時(shí)基準(zhǔn)電壓uref進(jìn)行定值積分。由于在休止階段 基準(zhǔn)電容cref已被充電(uref=|uref|)，所以積分階段一開(kāi)始，對(duì)輸入電壓作極性判別后，基 準(zhǔn)電容有開(kāi)關(guān)de+和de-接入緩沖放大器，使積分器進(jìn)行反向定值積分，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。 由式(3-2)可求岀定值積分階段內(nèi)，積分器的輸出電壓與計(jì)數(shù)脈沖142的關(guān)系，即式(3-3) 當(dāng)積分器

45、的輸出電壓u。回到初使?fàn)顟B(tài)時(shí)，定值積分階段結(jié)朿，設(shè)計(jì)數(shù)器的脈沖數(shù)n2=02000 ouo=£.j(3-3)rc fosc(3-5)(3) 休止階段休止階段的任務(wù)是使信號(hào)輸入端in+與公共模擬端com短接，積分器 和比較器的輸出為零，基準(zhǔn)電壓對(duì)基準(zhǔn)電容充電，這些都是通過(guò)控制開(kāi)關(guān)a-z、int、de+、 de-等完成的。設(shè)完成該階段的工作所需要的吋間為10003000個(gè)吋鐘脈沖。計(jì)數(shù)器的時(shí) 鐘脈沖fcp是主振頻率fosc-4分頻后得到的，由式(3-3)得式(3-4) icl7107 一次a/d 轉(zhuǎn)換經(jīng)過(guò)三個(gè)階段所需吋鐘脈沖數(shù)為c, 44 r,cn,則一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間為式(3-5)若取i

46、cl7107的主振頻率fox=45khz.，n _ 4n foe fosc即取rlookloloopenmooo.則一次a/d轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間為式(3-6)所示測(cè)量速度為士，即+=3/54w _4x4007=45xlo3hz=0.365(3-6)2.積分放大器輸出的波形(1) 對(duì)被測(cè)電壓定時(shí)積分設(shè)t=z,時(shí)，開(kāi)關(guān)接通被測(cè)電壓一心(見(jiàn)閣3-3),反向積分器對(duì)一t/v積分，輸出電壓開(kāi)始線性上升，一旦(>0,則過(guò)零比較器a2翻轉(zhuǎn)，時(shí)鐘脈 沖進(jìn)入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。經(jīng)過(guò)圖3-3雙積分波形規(guī)定時(shí)間7；或計(jì)數(shù)器預(yù)置的數(shù)乂(例如預(yù)置3000個(gè)脈沖數(shù))后計(jì)滿溢出時(shí)，(即t=r2) 產(chǎn)生溢出脈沖。這時(shí)通過(guò)邏輯控制電

47、路使開(kāi)關(guān)接通基準(zhǔn)電壓斷開(kāi)被測(cè)電壓一 (7、.。 則定時(shí)積分階段宣告結(jié)束，對(duì)基準(zhǔn)電壓的定值積分開(kāi)始。定時(shí)積分階段積分器的輸出(3-7)電壓的表達(dá)式力(3-7)定時(shí)積分階段結(jié)束時(shí)，積分器的輸出電壓力式(3-8)(3-8)所示式中，一一計(jì)數(shù)脈沖的頻率， 一計(jì)數(shù)器的預(yù)置數(shù)。om rc 1 rcf,(2) 對(duì)基準(zhǔn)電壓定值積設(shè)t=z2時(shí)，接通基準(zhǔn)電壓反向積分器對(duì)(7.積分，輸 出電壓人開(kāi)始線性下降。當(dāng)人下降到人0時(shí)(即t3)積分電容c快速放電，使積分器恢復(fù)到零狀態(tài)，則定值積分階段結(jié)束。在定值積分階段，積分器的輸出電壓的表達(dá)式為(3-9)定值積分階段結(jié)束時(shí)，積分器的輸出電壓7。為式(3-10)所示：式中r2

48、定值積分的時(shí)間可以通過(guò)計(jì)數(shù)器累計(jì)的時(shí)鐘脈沖數(shù)來(lái)計(jì)算，即由式(3-10)可得式(3-1)由式(3-8)ud -(3-10)(3-9)t2 = n2/f(3-11)和(3-11)可得式(3-12),由此可見(jiàn)，只要適當(dāng)選擇(7/%的比值，則被測(cè)電壓f/a(3-12)u ref 丁 = u ref .rc 2rc 77ux = ure, = n2(3-13)h八1的值可直接以計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值/v2來(lái)顯示。式(3-13)表明：采用雙積分式a/d轉(zhuǎn)換，其數(shù)字測(cè)量結(jié)果與積分元件rc無(wú)關(guān)。因?yàn)閮纱畏e分采用了同一個(gè)積分器，對(duì)rc元件的不穩(wěn) 定性也可以進(jìn)行補(bǔ)償，所以對(duì)rc元件的精度要求不是很高。測(cè)量結(jié)果與積分器的輸

49、出電 壓也無(wú)關(guān),測(cè)量結(jié)果受電路的不穩(wěn)定性影響較小，因此采用雙積分式a/d轉(zhuǎn)換方式的數(shù)顯式穩(wěn)壓電源的抗干擾能力較強(qiáng)。此外，因兩次積分采用的是同一計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖，所以 測(cè)量結(jié)果僅與比值72/7；或7v2/'有關(guān)，而與時(shí)鐘脈沖的頻率值無(wú)直接關(guān)系，因此對(duì)時(shí)鐘 脈沖源的頻率精確度的要求也可以降低。3.4數(shù)顯部分的電路組成及測(cè)試方法1. 元器件的選擇說(shuō)明(1) 積分電阻用作積分的電阻阻值必須足夠大，以便使整個(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，這里選用47k的電阻便滿足要求。(2) 積分電容選擇積分電容的要求是漏電電流要小，以減少反轉(zhuǎn)誤差。較合適的電容 是聚丙烯電容，它的漏電幾乎可

50、以全忽略，而且成本低。(3) 白校零電容自校零電容的人小對(duì)系統(tǒng)的噪聲會(huì)有些影響。選用0.047f的聚丙烯電 容即可，在噪聲合理的范圍內(nèi)，同時(shí)又能加快過(guò)載時(shí)的恢復(fù)速度。(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。根據(jù)要求本設(shè)計(jì)也選用 0.1f的電容。0.45rc(5) 震蕩元器件考慮所有的頻率范圍內(nèi)，選用100k的震蕩電阻，震蕩電容的值可根 據(jù)下式計(jì)算：(3-14)當(dāng)震蕩頻率為48khz時(shí)電容的取值為loopfo(6) 電壓轉(zhuǎn)換器icl7107的26管腳接的-5v電壓，我們可以通過(guò)反和器將為顯示供電的5v基準(zhǔn)電源轉(zhuǎn)換為-5v電壓?？紤]到使用的簡(jiǎn)單，方便我們選用反相器7660,

51、c1, c2均為10gf。其中7腳接icl7107的38管腳，起到向7107提供脈沖串的作用。其應(yīng)用 電路如圖3-4所示：輸人+5 vboosth3oscc110uflvc210tf輸出-5 v閣3-4 7660的應(yīng)用電路(7) 穩(wěn)壓器由于直流穩(wěn)壓電源輸出的電壓值是在1.25v30v之間可調(diào)的，故而沒(méi)有固 定的基準(zhǔn)電壓，所以要接一個(gè)穩(wěn)壓管，其作用就是穩(wěn)定輸入電壓并可以在2.5v36v之間 連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓。tl431性能優(yōu)良，使用方便，滿足設(shè)計(jì)要求。其等效電路如圖3-5所zj o圖3-5tl431的應(yīng)用電路2. 數(shù)碼管的應(yīng)用和保護(hù)因?yàn)樾酒琲cl7107采用雙電源供電，能輸出較大的電流，適合于驅(qū)

52、動(dòng)發(fā)光二極管(led) 數(shù)碼顯示器，并且icl7107芯片內(nèi)部包括7段譯碼，可以用硬件譯碼的方法直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管(led)數(shù)碼顯示器，所以顯示方式采用共陽(yáng)極數(shù)碼管led顯示數(shù)字顯示部分由四 個(gè)數(shù)碼管和四個(gè)保護(hù)電阻組成，因?yàn)閿?shù)碼管的外接電壓也是+5v，并且由于數(shù)碼管的載壓 較小，為了保護(hù)數(shù)碼管，必須在兩者間接1k電阻12。icl7107沒(méi)有專門(mén)的小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使用時(shí)可將共陽(yáng)極數(shù)碼管的公共陽(yáng)極接v+,小 數(shù)點(diǎn)接gnd時(shí)點(diǎn)亮，接v+時(shí)熄滅。如閣36所示：圖3-6數(shù)碼管的應(yīng)用電路圖3. 數(shù)顯部分電路閣綜上所述，便能得到一個(gè)完整的顯示部分的電路圖。如圖3-7所示：4. 數(shù)顯部分的調(diào)試方法由7107構(gòu)

53、成的a/d轉(zhuǎn)換電路調(diào)試比較簡(jiǎn)單主要調(diào)試工作為基本量程200mv時(shí)的基準(zhǔn) 電壓t/moonw的調(diào)整，調(diào)整時(shí)，基準(zhǔn)電壓=100mv的值要用41的數(shù)字電壓表進(jìn) 行測(cè)量。調(diào)試后對(duì)電路工作狀態(tài)的檢査步驟為：(1) 零電壓測(cè)量將正輸入端與負(fù)輸入端短接，即將31、30腳短接，led應(yīng)顯示“0000”。(2) 基準(zhǔn)電壓的測(cè)量將u1n+與uref+(31與36腳)短接，讀數(shù)應(yīng)為“ 100.0± 1 ”。(3) 顯示器筆段的測(cè)試將test與v+短接，即將37、1腳短接，led應(yīng)顯示“ 1888”。(4) 負(fù)號(hào)與溢出功能的檢查將正輸入端與v-短接，即將31、26腳短接，應(yīng)顯示負(fù)號(hào) 和顯示千位的“1”字，而百、十、個(gè)位各段均不亮。圖3-7數(shù)顯部分的電路圖第4章實(shí)驗(yàn)測(cè)試通過(guò)實(shí)際的制作，我們得到了一個(gè)符合設(shè)計(jì)要求的數(shù)顯式直流穩(wěn)壓電源。輸出電壓在 1.530v可調(diào)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)可得到以下的數(shù)據(jù)：表4-1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)電源輸出值（v）01.34.08.012.016.020.024.028.030.0顯示平均值（v）01.23.97.811.815.719.723.727.729.7相對(duì)誤差（）07.962.502.51.671.881.501.251.071.0