電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)——數(shù)顯式直流穩(wěn)壓電源

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)(論文)題目: 基于LM317、LM337和ICL7107的數(shù)顯式直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名專 業(yè)_ 自動(dòng)化（工）學(xué) 號(hào)_ 班 級(jí)_ 2008 級(jí) 2 班 指導(dǎo)教師成 績_ 2010 年 12 月目錄1.設(shè)計(jì)目的、內(nèi)容與步驟21.1.設(shè)計(jì)目的21.2.設(shè)計(jì)內(nèi)容21.3.設(shè)計(jì)步驟22.總體設(shè)計(jì)23.詳細(xì)設(shè)計(jì)43.1.電源變壓器設(shè)計(jì)43.2.橋式整流電路設(shè)計(jì)43.3.電容濾波電路設(shè)計(jì)43.4.由LM317和LM337構(gòu)成的可調(diào)穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)53.5.由ICL7106組成的顯示電路設(shè)計(jì)6的性能特點(diǎn)6的工作原理63.5.3.元件及其參數(shù)選擇與連線83.6.電路完整原理圖如下94.焊接及

2、調(diào)試電路114.1.元件列表114.2.焊接元件124.3.調(diào)試電路125.設(shè)計(jì)結(jié)果126.設(shè)計(jì)體會(huì)136.1.主要任務(wù)和遇到的問題及其解決：136.2.其他感想13基于LM317、LM337和ICL7107的數(shù)顯式直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，重慶 4007161. 設(shè)計(jì)目的、內(nèi)容與步驟1.1. 設(shè)計(jì)目的（1）、 學(xué)習(xí)基本理論在實(shí)踐中綜合運(yùn)用的初步經(jīng)驗(yàn)，掌握模擬電路設(shè)計(jì)的基本方法、設(shè)計(jì)步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計(jì)與調(diào)試能力。（2）、 學(xué)會(huì)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法和性能指標(biāo)測試方法。（3）、 培養(yǎng)實(shí)踐技能，提高分析和解決實(shí)際問題的能力。1.2. 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)數(shù)顯式直流穩(wěn)壓電壓源，要求完成以下主要技

3、術(shù)指標(biāo)：（1）、 輸出電壓：范圍±12V，紋波不大于10mV，電壓值由數(shù)碼管顯示；（2）、輸出電壓連續(xù)可調(diào)，或者具有“+”、“-”步進(jìn)調(diào)整的功能，步進(jìn)0.1V；（3）、最大輸出電流Iomax=1A1.3. 設(shè)計(jì)步驟（1）、 查閱有關(guān)資料，完成總體設(shè)計(jì)框圖（2）、 完成設(shè)計(jì)框圖各個(gè)部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)，并選擇合適參數(shù)的電子元器件完成各部分電路，繪制電路原理圖。（3）、 統(tǒng)計(jì)所有元器件的參數(shù)和數(shù)量，購買元器件。（4）、 將元器件依照電路原理圖焊接至電路板上，完成電源的實(shí)物制作。（5）、 調(diào)試電路，根據(jù)需要調(diào)節(jié)元件參數(shù)，必要時(shí)，替換個(gè)別元件。2. 總體設(shè)計(jì)串聯(lián)型穩(wěn)壓電源有著技術(shù)成熟、電路簡單、穩(wěn)

4、定度高、輸出電壓可以調(diào)節(jié)、電路簡單和成本較低等優(yōu)點(diǎn)，故本次設(shè)計(jì)采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電源。該直流穩(wěn)壓電源主要由五部分組成：電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路和電壓顯示電路。（1）電源變壓器：將電網(wǎng)交流電壓變?yōu)檎麟娐匪璧慕涣麟妷?，一般次?jí)電壓u2較小。（2）整流電路：將變壓器次級(jí)交流電壓u2變成單向的直流電壓u3，它包含直流成份和許多諧波分量。本次設(shè)計(jì)采用較常用的二極管全波橋式整流電路。（3）濾波電路：濾除脈動(dòng)電壓u3中的諧波分量，輸出比較平滑的直流電壓u4。該電壓往往隨電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流的變化而變化。本次設(shè)計(jì)采用普通的電容濾波電路。（4）穩(wěn)壓電路：它能在電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流的變化時(shí)，保持輸出直

5、流電壓的穩(wěn)定。它是直流穩(wěn)壓電源的重要組成部分，決定著直流電源的重要性能指標(biāo)。LM317和LM337作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊,是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊，本次設(shè)計(jì)采用該集成穩(wěn)壓塊，由于LM317和LM337只能輸出1.25V以上或-1.25V以下的電壓，通過串聯(lián)穩(wěn)壓管實(shí)現(xiàn)從零伏起開始連續(xù)可調(diào)。（5）電壓顯示電路：用于顯示輸出電壓，要求精確至0.1V，且可顯示正負(fù)電壓。ICL7106是目前廣泛應(yīng)用的一種3 位半的A/D轉(zhuǎn)換器，價(jià)格低廉，電路結(jié)構(gòu)簡單，僅需配備5個(gè)電阻，5個(gè)電容即可構(gòu)成一塊直流電壓表表頭，故本次設(shè)計(jì)顯示模塊采用ICL7106設(shè)計(jì)方案。3. 詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1. 電源變壓

6、器設(shè)計(jì)電源變壓器的作用是將來自電網(wǎng)的220V交流電壓u1變換為整流電路所需要的交流電壓u2。所選電源變壓器為雙1525。3.2. 橋式整流電路設(shè)計(jì)橋式整流屬于全波整流，它不是利用副邊帶有中心抽頭的變壓器,而是用四個(gè)二極管接成電橋形式，使在電壓V2的正負(fù)半周均有電流流過負(fù)載，在負(fù)載形成單方向的全波脈動(dòng)電壓。單相全波整流電路如圖 (a)所示，波形圖如圖 (b)所示。(a)電路圖 (b)波形圖整流二極管選用型號(hào)為IN4007的二極管即可滿足要求。3.3. 電容濾波電路設(shè)計(jì)并聯(lián)電容濾波后，輸出電壓直流成份（即輸出電壓平均值）提高了；脈動(dòng)成份降低了（即輸出波形平滑）。取2只/25V的電解電容相并聯(lián)作為濾

7、波電容 。3.4. 由LM317和LM337構(gòu)成的可調(diào)穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)這類穩(wěn)壓器是依靠外接電阻來調(diào)節(jié)輸出電壓的,為保證輸出電壓的精度和穩(wěn)定性，要選擇精度高的電阻,同時(shí)電阻要緊靠穩(wěn)壓器，防止輸出電流在連線上產(chǎn)生誤差電壓。三端可調(diào)式穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路的輸出電壓為:由于LM317的輸出電壓， LM337的輸出電壓可在R2和地之間串聯(lián)一個(gè)1.25V的穩(wěn)壓管來抬高或降低電壓，實(shí)現(xiàn)電壓從零開始連續(xù)可調(diào)。因此可以得到實(shí)際應(yīng)用電路如下圖所示：3.5. 由ICL7106組成的顯示電路設(shè)計(jì)3.5.1. ICL7106的性能特點(diǎn)ICL7106是目前廣泛應(yīng)用的一種3 位半的A/D轉(zhuǎn)換器，價(jià)格低廉，電路結(jié)構(gòu)簡單，僅需配備

8、5個(gè)電阻，5個(gè)電容即可構(gòu)成一塊直流電壓表表頭，故本次設(shè)計(jì)顯示模塊采用ICL7106設(shè)計(jì)方案。具體的說，ICL7106具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）7V15V單電源供電，可選9V疊層電池，有助于實(shí)現(xiàn)儀表的小型化。低功耗（約16mW），一節(jié)9V疊層電池能連續(xù)工作200小時(shí)或間斷使用半年左右。（2）輸入阻抗高（1010）。內(nèi)設(shè)時(shí)鐘電路、2.8V基準(zhǔn)電壓源、異或門輸出電路，能直接驅(qū)動(dòng)3½位LCD顯示器。（3）屬于雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度達(dá)±0.05，轉(zhuǎn)換速率通常選2次秒5次秒。具有自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)判定極性等功能。通過對芯片的功能檢查，可迅速判定其質(zhì)量好壞。（4）外圍電路簡單，僅需

9、配5只電阻、5只電容和LCD顯示器，即可構(gòu)成一塊DVM。其抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。3.5.2. ICL7106的工作原理ICL7106內(nèi)部包括模擬電路和數(shù)字電路兩大部分，二者是互相聯(lián)系的。一方面由控制邏輯產(chǎn)生控制信號(hào)，按規(guī)定時(shí)序?qū)⒍嗦纺M開關(guān)接通或斷開，保證A/D 轉(zhuǎn)換正常進(jìn)行；另一方面模擬電路中的比較器輸出信號(hào)又控制著數(shù)字電路的工作狀態(tài)和顯示結(jié)果。下面介紹各部分的工作原理。（1）模擬電路模擬電路由雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。主要包括2.8V基準(zhǔn)電壓源（E0）、緩沖器（A1）、積分器（A2）、比較器（A3）和模擬開關(guān)等組成。緩沖器A4專門用來提高COM端帶負(fù)載的能力，可謂設(shè)計(jì)數(shù)字多用表的電阻擋、

10、二極管擋和hFE擋提供便利條件。欲測量2V以上的直流電壓，必須利用精密電阻分壓器對UIN進(jìn)行衰減。積分電阻應(yīng)采用金屬膜電阻，積分電容宜選絕緣性好、介質(zhì)吸收系數(shù)小的聚苯乙烯電容或聚丙烯電容。為了提高儀表抗串模干擾的能力，正向積分時(shí)間（亦稱采樣時(shí)間）T1應(yīng)勝頻周期的整倍數(shù)。我國采用50Hz交流電網(wǎng)，其周期為20ms，應(yīng)選T1n·20（ms）式中，n1，2，3，。例如取n2、4、5時(shí)，T140ms、80ms、100ms，能有效地抑制50Hz干擾。這是因?yàn)榉e分過程有取平均的作用，只要干擾電壓的平均值為零，就不影響積分器輸出。但n值也不宜過大，以免測量速率太低。（2）數(shù)字電路數(shù)字電路如下圖所示

11、。主要包括8個(gè)單元：時(shí)鐘振蕩器；分頻器；計(jì)數(shù)器；鎖存器；譯碼器；異或門相位驅(qū)動(dòng)器；控制邏輯；LCD顯示器。時(shí)鐘振蕩器由ICL7106內(nèi)部反相器F1、F2以及外部阻容元件R、C組成。若取R120k，C100PF，則f040kHz。f0經(jīng)過4分頻后得到計(jì)數(shù)頻率fCP10kHz，即TCP0.1ms。此時(shí)測量周期T16000T04000TCP0.4s，測量速率為2.5次秒。f0還經(jīng)過800分頻，得到50Hz方波電壓，接LCD的背電極BP。LCD須采用交流驅(qū)動(dòng)方式，當(dāng)筆段電極ag與背電極BP呈等電位時(shí)不顯示，當(dāng)二者存在一定的相位差時(shí)，液晶才顯示。因此，可將兩個(gè)頻率與幅度相同而相位相反的方波電壓，分別加至

12、某個(gè)筆段引出端與BP端之間，利用二者電位差來驅(qū)動(dòng)該筆段顯示。驅(qū)動(dòng)電路采用異或門。就能顯示所需數(shù)字。3.5.3. 元件及其參數(shù)選擇與連線：經(jīng)計(jì)算和查閱有關(guān)資料，依照以下參數(shù)選擇元件即可構(gòu)成顯示電路，完成顯示功能：2 K可調(diào)電阻最好選用多圈可調(diào)精密電阻，分壓電阻選用誤差較小的金屬膜電阻，其他器件選用正品即可。R1選用100K的金屬膜電阻，R2選用2K的多圈可調(diào)精密電阻，R3選用24K的金屬膜電阻，R4選用1K的多圈可調(diào)精密電阻，R5選用47K的金屬膜電阻，R6選用100K的金屬膜電阻。C1選用0.22uF的CCB電容，C2選用0.47uF的CCB電容，C3選用0.1uF的陶瓷電容。C4選用100

13、pF的CCB電容。3.6. 電路完整原理圖如下：4. 焊接及調(diào)試電路4.1. 元件列表元件類型參數(shù)數(shù)量電阻120247 K124 K11.3 K21 K301M 12K滑動(dòng)變阻器4電容 2200uF40.1uF610uF21.0uF20.22 uF10.01 uF10.33 uF150pF20.47 uF2集成穩(wěn)壓器LM3171LM3371二極管1N40079其他Icl7106、雙15V/2W變壓器、15cm×25cm電路板、插頭、40腳集成塊插槽各14.2. 焊接元件依照以下步驟焊接元件、組裝電路：（1）、準(zhǔn)備好電烙鐵，剪刀、鑷子、焊錫等工具，對電烙鐵進(jìn)行除氧化膜，涂焊錫等處理。（

14、2）、規(guī)劃元件在電路板上的位置，注意元件的總體布局，兼顧美觀，開關(guān)、變阻器位置應(yīng)便于用戶操作。（3）、在電路板上插好元件，開始焊接，逐步完成各個(gè)模塊到整個(gè)電路的焊接及連線。（4）、檢查焊點(diǎn)，觀察有無虛焊點(diǎn)，對部分焊點(diǎn)進(jìn)行修整。4.3. 調(diào)試電路完成電路焊接及連線以后，按照以下步驟調(diào)試電路：（1）、接通220V電源后，調(diào)節(jié)串在ICL7106第35和36腳間的滑動(dòng)變阻器，使兩腳之間的電壓200mV（2）、用萬用表測量輸出電壓，將輸出電壓調(diào)至大約10V，調(diào)節(jié)與31腳串連的滑動(dòng)變阻器，是數(shù)碼管的示數(shù)與萬用表一致（3）、調(diào)節(jié)輸出電壓大小，看是否能實(shí)現(xiàn)012V、0-12V可調(diào)，若不能則改變LM317和LM

15、337的out端與adj端的電阻值，實(shí)現(xiàn)在全范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。5. 設(shè)計(jì)結(jié)果（1）、完成了該穩(wěn)壓電源的原理圖設(shè)計(jì)，經(jīng)計(jì)算和查閱相關(guān)資料，得到了所需要的相關(guān)元器件的參數(shù)，依照原理圖完成了電源實(shí)物的焊接及組裝。（2）、輸出電壓測試：經(jīng)測試，正輸出可以從0V至11.19V連續(xù)可調(diào),負(fù)輸出可以從0V至-12V連續(xù)可調(diào)。（3）、顯示模塊工作不正常，屏幕有顯示輸出，但顯示的不是正確的電壓值。原因可能是由于焊點(diǎn)短路導(dǎo)致芯片損壞。（4）、誤差來源分析：電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，有一定的波動(dòng)；電容、電阻等元件在選擇參數(shù)時(shí)由于某些參數(shù)的元件不是標(biāo)準(zhǔn)值，會(huì)有近似處理；電容、電阻等元件實(shí)際參數(shù)與標(biāo)稱值之間有一定誤差；電子元件的實(shí)

16、際參數(shù)值會(huì)隨著溫度、電流或電壓的改變而改變；測量元件會(huì)有一定的誤差。6. 設(shè)計(jì)體會(huì)6.1. 主要任務(wù)和遇到的問題及其解決：（1）、完成該穩(wěn)壓電源的總體設(shè)計(jì)與模塊劃分；剛開始進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，找了大量的相關(guān)論文作為參考，徘徊于各種方案之間，但是卻久久不能找出設(shè)計(jì)思路，主要是由于理論知識(shí)的淡忘與缺乏。最后，不得不回歸課本，仔細(xì)復(fù)習(xí)相關(guān)知識(shí)，認(rèn)真查閱相關(guān)資料，有了理論的指導(dǎo)，設(shè)計(jì)過程就才稍顯輕松。（2）、完成顯示模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)，查閱相關(guān)資料，選擇合適參數(shù)的元器件；由于是第一次制作電子裝置的實(shí)物，缺乏經(jīng)驗(yàn)，沒有為ICL7106配備一個(gè)40腳的集成塊的插槽，還有就是誤以為100pF等于0.1uf,就沒買100

17、pF的電容，多虧做項(xiàng)目的同學(xué)幫忙，提供了這些元器件，問題才得以解決。（3）、完成電路焊接與組裝，并調(diào)試電路；剛開始焊接時(shí)，由于使用的是15cm×25cm的萬能板，由于元件間隔可以調(diào)得大一點(diǎn)，就覺得焊接起來不會(huì)有太大的困難，于是直接就開始焊接，誰知欲速則不達(dá)，很久沒摸過電烙鐵的我焊得很不好。只能先找一些廢舊電路板和導(dǎo)線練習(xí)焊接，熟練一點(diǎn)后才開始焊接和組裝電路。6.2. 其他感想這次電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，作為電氣信息類專業(yè)學(xué)生的我終于能夠和同伴設(shè)計(jì)并完成屬于我們自己的第一個(gè)電子制品，一切都在興奮而又緊張的狀態(tài)中進(jìn)行。雖然連續(xù)5天都是熬到2點(diǎn)多鐘才睡，但也并不會(huì)覺得有多累，因?yàn)檫@是一個(gè)收獲的過程，是一個(gè)成長的過程，也是一個(gè)為以后發(fā)展奠定基礎(chǔ)的過程。通過這次課程設(shè)計(jì)，復(fù)習(xí)和鞏固了以前的的知識(shí)自是不用說，更重要的是這是一次將我們的理論知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐的的全新體驗(yàn)。還有就是在整個(gè)設(shè)