数显直流稳压电源12.docx
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数显直流稳压电源12
基于LM317、LM337和ICL7107的数显式直流稳压电源设计
西南大学工程技术学院，重庆400716
1.设计目的、内容与步骤
1.1.设计目的
（1）、学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。
（2）、学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。
（3）、培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。
1.2.设计内容
设计数显式直流稳压电压源，要求完成以下主要技术指标：
（1）、输出电压：
范围±12V，纹波不大于10mV，电压值由数码管显示；
（2）、输出电压连续可调，或者具有“+”、“-”步进调整的功能，步进0.1V；
（3）、最大输出电流Iomax=1A
1.3.设计步骤
（1）、查阅有关资料，完成总体设计框图
（2）、完成设计框图各个部分的详细设计，并选择合适参数的电子元器件完成各部分电路，绘制电路原理图。
（3）、统计所有元器件的参数和数量，购买元器件。
（4）、将元器件依照电路原理图焊接至电路板上，完成电源的实物制作。
（5）、调试电路，根据需要调节元件参数，必要时，替换个别元件。
2.总体设计
串联型稳压电源有着技术成熟、电路简单、稳定度高、输出电压可以调节、电路简单和成本较低等优点，故本次设计采用串联型稳压电源。
该直流稳压电源主要由五部分组成：
电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路和电压显示电路。
（1）．电源变压器：
将电网交流电压变为整流电路所需的交流电压，一般次级电压u2较小。
（2）．整流电路：
将变压器次级交流电压u2变成单向的直流电压u3，它包含直流成份和许多谐波分量。
本次设计采用较常用的二极管全波桥式整流电路。
（3）．滤波电路：
滤除脉动电压u3中的谐波分量，输出比较平滑的直流电压u4。
该电压往往随电网电压和负载电流的变化而变化。
本次设计采用普通的电容滤波电路。
（4）．稳压电路：
它能在电网电压和负载电流的变化时，保持输出直流电压的稳定。
它是直流稳压电源的重要组成部分，决定着直流电源的重要性能指标。
LM317和LM337作为输出电压可变的集成三端稳压块,是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块，本次设计采用该集成稳压块，由于LM317和LM337只能输出1.25V以上或-1.25V以下的电压，通过串联稳压管实现从零伏起开始连续可调。
（5）．电压显示电路：
用于显示输出电压，要求精确至0.1V，且可显示正负电压。
ICL7106是目前广泛应用的一种3位半的A/D转换器，价格低廉，电路结构简单，仅需配备5个电阻，5个电容即可构成一块直流电压表表头，故本次设计显示模块采用ICL7106设计方案。
3.详细设计
3.1.电源变压器设计
电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。
所选电源变压器为双15Ｖ／25Ｗ。
3.2.桥式整流电路设计
桥式整流属于全波整流，它不是利用副边带有中心抽头的变压器,而是用四个二极管接成电桥形式，使在电压V2的正负半周均有电流流过负载，在负载形成单方向的全波脉动电压。
单相全波整流电路如图（a）所示，波形图如图（b）所示。
（a）电路图（b）波形图
整流二极管选用型号为IN4007的二极管即可满足要求。
3.3.电容滤波电路设计
并联电容滤波后，输出电压直流成份（即输出电压平均值）提高了；脉动成份降低了（即输出波形平滑）。
取2只
/25V的电解电容相并联作为滤波电容。
3.4.由LM317和LM337构成的可调稳压电路设计
这类稳压器是依靠外接电阻来调节输出电压的,为保证输出电压的精度和稳定性，要选择精度高的电阻,同时电阻要紧靠稳压器，防止输出电流在连线上产生误差电压。
三端可调式稳压器的典型应用电路的输出电压为:
由于LM317的输出电压
，LM337的输出电压
可在R2和地之间串联一个1.25V的稳压管来抬高或降低电压，实现电压从零开始连续可调。
因此可以得到实际应用电路如下图所示：
3.5.由ICL7106组成的显示电路设计
3.5.1.ICL7106的性能特点
ICL7106是目前广泛应用的一种3位半的A/D转换器，价格低廉，电路结构简单，仅需配备5个电阻，5个电容即可构成一块直流电压表表头，故本次设计显示模块采用ICL7106设计方案。
具体的说，ICL7106具有以下优点：
（1）＋7V～＋15V单电源供电，可选9V叠层电池，有助于实现仪表的小型化。
低功耗（约16mW），一节9V叠层电池能连续工作200小时或间断使用半年左右。
（2）输入阻抗高（1010Ω）。
内设时钟电路、＋2.8V基准电压源、异或门输出电路，能直接驱动3½位LCD显示器。
（3）属于双积分式A/D转换器，A/D转换准确度达±0.05％，转换速率通常选2次／秒～5次／秒。
具有自动调零、自动判定极性等功能。
通过对芯片的功能检查，可迅速判定其质量好坏。
（4）外围电路简单，仅需配5只电阻、5只电容和LCD显示器，即可构成一块DVM。
其抗干扰能力强，可靠性高。
3.5.2.ICL7106的工作原理
ICL7106内部包括模拟电路和数字电路两大部分，二者是互相联系的。
一方面由控制逻辑产生控制信号，按规定时序将多路模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常进行；另一方面模拟电路中的比较器输出信号又控制着数字电路的工作状态和显示结果。
下面介绍各部分的工作原理。
（1）模拟电路
模拟电路由双积分式A/D转换器构成。
主要包括2.8V基准电压源（E0）、缓冲器（A1）、积分器（A2）、比较器（A3）和模拟开关等组成。
缓冲器A4专门用来提高COM端带负载的能力，可谓设计数字多用表的电阻挡、二极管挡和hFE挡提供便利条件。
欲测量2V以上的直流电压，必须利用精密电阻分压器对UIN进行衰减。
积分电阻应采用金属膜电阻，积分电容宜选绝缘性好、介质吸收系数小的聚苯乙烯电容或聚丙烯电容。
为了提高仪表抗串模干扰的能力，正向积分时间（亦称采样时间）T1应胜频周期的整倍数。
我国采用50Hz交流电网，其周期为20ms，应选
T1＝n·20（ms）式中，n＝1，2，3，…。
例如取n＝2、4、5时，T1＝40ms、80ms、100ms，能有效地抑制50Hz干扰。
这是因为积分过程有取平均的作用，只要干扰电压的平均值为零，就不影响积分器输出。
但n值也不宜过大，以免测量速率太低。
（2）数字电路
数字电路如下图所示。
主要包括8个单元：
①时钟振荡器；②分频器；③计数器；④锁存器；⑤译码器；⑥异或门相位驱动器；⑦控制逻辑；⑧LCD显示器。
时钟振荡器由ICL7106内部反相器F1、F2以及外部阻容元件R、C组成。
若取R＝120kΩ，C＝100PF，则f0＝40kHz。
f0经过4分频后得到计数频率fCP＝10kHz，即TCP＝0.1ms。
此时测量周期T＝16000T0＝4000TCP＝0.4s，测量速率为2.5次／秒。
f0还经过800分频，得到50Hz方波电压，接LCD的背电极BP。
LCD须采用交流驱动方式，当笔段电极a～g与背电极BP呈等电位时不显示，当二者存在一定的相位差时，液晶才显示。
因此，可将两个频率与幅度相同而相位相反的方波电压，分别加至某个笔段引出端与BP端之间，利用二者电位差来驱动该笔段显示。
驱动电路采用异或门。
就能显示所需数字。
3.5.3.元件及其参数选择与连线：
经计算和查阅有关资料，依照以下参数选择元件即可构成显示电路，完成显示功能：
2KΩ可调电阻最好选用多圈可调精密电阻，分压电阻选用误差较小的金属膜电阻，其他器件选用正品即可。
R1选用100KΩ的金属膜电阻，R2选用2KΩ的多圈可调精密电阻，R3选用24KΩ的金属膜电阻，R4选用1KΩ的多圈可调精密电阻，R5选用47KΩ的金属膜电阻，R6选用100KΩ的金属膜电阻。
C1选用0.22uF的CCB电容，C2选用0.47uF的CCB电容，C3选用0.1uF的陶瓷电容。
C4选用100pF的CCB电容。
3.6.电路完整原理图如下：
4.焊接及调试电路
4.1.元件列表
元件类型
参数
数量
电阻
120
2
47K
1
24K
1
1.3K
2
1K
30
1M
1
2K
滑动变阻器
4
电容
2200uF
4
0.1uF
6
10uF
2
1.0uF
2
0.22uF
1
0.01uF
1
0.33uF
1
50pF
2
0.47uF
2
集成稳压器
LM317
1
LM337
1
二极管
1N4007
9
其他
Icl7106、双15V/2W变压器、15cm×25cm电路板、插头、40脚集成块插槽
各1
4.2.焊接元件
依照以下步骤焊接元件、组装电路：
（1）、准备好电烙铁，剪刀、镊子、焊锡等工具，对电烙铁进行除氧化膜，涂焊锡等处理。
（2）、规划元件在电路板上的位置，注意元件的总体布局，兼顾美观，开关、变阻器位置应便于用户操作。
（3）、在电路板上插好元件，开始焊接，逐步完成各个模块到整个电路的焊接及连线。
（4）、检查焊点，观察有无虚焊点，对部分焊点进行修整。
4.3.调试电路
完成电路焊接及连线以后，按照以下步骤调试电路：
（1）、接通220V电源后，调节串在ICL7106第35和36脚间的滑动变阻器，使两脚之间的电压200mV
（2）、用万用表测量输出电压，将输出电压调至大约10V，调节与31脚串连的滑动变阻器，是数码管的示数与万用表一致
（3）、调节输出电压大小，看是否能实现0—12V、0—-12V可调，若不能则改变LM317和LM337的out端与adj端的电阻值，实现在全范围内连续可调。
5总结
设计经过多次仿真测量，基本上满足了设计要求所需的各项指标。
在系统设计过程中，力求硬件线路简单，明了，整体美观，充分发挥软件变成方便灵活的特点，来满足系统设计要求。
但是因为时间有限，该系统还有许多不足之处需要改进，比如电压精度问题等等。
在本次设计的过程中，我们也遇到了许多突发事件和各种困难，（如电源干扰，放大器调零等）设计制作曾一度中断，但通过仔细分析和自我状态调整后解决了问题。
在这个、过程中我们深刻地体会到共同协作和团队精神的重要性，提高了自己解决问题的能力。
参考文献：
[1]康华光 电子技术基础 高等教育出版社2001年
[2]阎石模拟电子技术基础高等教育出版社2001年
[3]陈光东单片微型计算机原理及其C语言程序设计华中科技大学出版社2004年
[4]杨宁单片机与控制技术北京航空航天大学出版社2005
[5]串联型直流稳压电源的仿真分析 广西师范学院学报第21卷第2期
[6]用单片机制作的直流稳压可调电源 电子世界 2005年第11期
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