【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 型穩(wěn)壓電源的工作原理可以用圖 318 說(shuō)明。 圖 318 串聯(lián)穩(wěn) 壓電源示意圖 顯然， VO =VI VR，當(dāng) VI 增加時(shí)， R 受控制而增加，使 VR 增加，從而在一定程度上抵消了 VI 增加對(duì)輸出電壓的影響。若負(fù)載電流 IL 增加， R 受控制而減小，使 VR 減小， 從而在一定程度上抵消了因 IL 增加（或 VI 減?。?duì)輸出電壓的影響。 在實(shí)際電路中，可變電阻 R 是用一個(gè)三極管來(lái)替代的，控制基極電位， 從而就控制了三極管的管壓降 VCE， VCE 相當(dāng)于 VR。要想輸出電壓穩(wěn)定，必須按電壓負(fù)反饋電路的模式來(lái)構(gòu)成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。典型的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖 319 所示，它由調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準(zhǔn)電壓源幾個(gè) 部分組成。 第 3章 整流 濾波及穩(wěn)壓方面的原理及使用 13 圖 319 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖 根據(jù)圖 319， 分兩種情況來(lái)加以討論 。 1．輸入電壓變化，負(fù)載電流保持不變 。 輸入電壓 VI 的增加 ，必然會(huì)使輸出電壓 VO 有所增加，輸出電壓經(jīng)過(guò)取樣電路取出一部分信號(hào) VF 與基準(zhǔn)源電壓 VREF 比較，獲得誤差信號(hào) ΔV。誤差信號(hào)經(jīng)放大后，用 VO1 去控制調(diào)整管的管壓降 VCE 增加，從而抵消輸入電壓增加的影響。 2．負(fù)載電流變化，輸入電壓保持不變 。 負(fù)載電流 IL 的增加，必然會(huì)使輸入電壓 VI 有所減小，輸出電壓 VO 必然有所下降， 經(jīng)過(guò)取樣電路取出一部分信號(hào) VF 與基準(zhǔn)電壓 源 VREF 比較，獲得的誤差信號(hào) ΔV。經(jīng)放大后使 VO1 增加，從而使調(diào)整管的管壓降 VCE 下降，從而抵消因 IL增加使輸入電壓減小的影響 。 3． 輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計(jì)算 。 根據(jù)圖 215 可知 其中 n 為取樣系數(shù) ， 電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 所以， （ 320） （ 321） 調(diào)節(jié) R2 顯然可以改變輸出電壓 。 三端集成穩(wěn)壓器 （一） 概述 將線(xiàn)性串聯(lián)穩(wěn)壓電源和各種保護(hù)電路集成在一起就得到了集成穩(wěn)壓器 。早期的集成穩(wěn)壓器外引線(xiàn)較多，現(xiàn)在的集成穩(wěn)壓器只有三個(gè)外引線(xiàn)：輸入端、輸出端和公共端。它的電路符號(hào)如圖 316 所示，外形如圖 317 所示。 要特別注意，不同型號(hào)，不同封裝的集成穩(wěn)壓器 ,它們?nèi)齻€(gè)電極的位置是不同的，要查手冊(cè)確定。 圖 320 集成穩(wěn)壓器符號(hào) 圖 321 外形圖 三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器 圖 322 三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器原理圖 第 3章 整流 濾波及穩(wěn)壓方面的原理及使用 15 （二 ） 應(yīng)用電路 三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖 318 所示 , 三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖 319 所示。 圖 323 三端固定輸出穩(wěn)壓器應(yīng)用電路 圖 324 三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器應(yīng)用電路 可調(diào)輸出三端集成穩(wěn)壓器的內(nèi)部 ，在輸出端和公共端之間是 的參考源，因此輸出電壓可通過(guò)電位器調(diào)節(jié) 。 (323) （四） 利用三端集成穩(wěn)壓器組成恒流源 三端集成穩(wěn)壓器可做恒流源使用 ，電路如圖 320 和圖 321 所示。 7800 Vo Vi 1 3 2 C1 C2 317 Vo Vi 1 3 2 C1 C2 R1 240 歐 Rp 電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 圖 325 穩(wěn)壓器作恒流源 (a)小電流恒流源 (b)大電流恒流源 圖 326 可調(diào)穩(wěn)壓器作恒 流源電路 直流電源輸出信號(hào) 測(cè)試電路 [6] 利用 A/D 轉(zhuǎn)換芯片將模擬的電壓輸出信號(hào)采樣輸出轉(zhuǎn)化成數(shù)字值，顯示在數(shù)碼管上。 第 3章 整流 濾波及穩(wěn)壓方面的原理及使用 17 A/D 轉(zhuǎn)換器 圖 328A/D 轉(zhuǎn)換 器 0804 一、 A/D 轉(zhuǎn)換基本原理 四個(gè)步驟：采樣、保持、量化、編碼。 模擬電子開(kāi)關(guān) S 在采樣脈沖 CPS 的控制下重復(fù)接通、斷開(kāi)的過(guò)程。 S 接通時(shí)，ui(t)對(duì) C 充電，為采樣過(guò)程； S 斷開(kāi)時(shí)， C 上的電壓保持不變，為保持過(guò)程。在保持過(guò)程中，采樣的模擬電壓經(jīng)數(shù)字化編碼電路轉(zhuǎn)換成一組 n 位的二進(jìn)制數(shù)輸出 。 圖 329A/D 轉(zhuǎn)換原理圖 （一）取樣定理 將一個(gè)時(shí)間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散的模擬量稱(chēng)為采樣。 電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 圖 330 取樣定理 取樣定理：設(shè)取樣脈沖 s(t)的頻率為 fS，輸入模擬信號(hào) x(t)的最高頻率分量的頻率為 fmax，必須滿(mǎn)足 fs ≥ 2fmax， y(t)才可以正確的反映輸入信號(hào) (從而能不失真地恢復(fù)原模擬信號(hào) )。 通常取 fs ＝（ ～ 3） fmax 。 由于 A/D 轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，在每次采樣以后，需要把采樣電壓保持一段時(shí)間。 圖 331 采樣及波形 s(t)有效期間，開(kāi)關(guān)管 VT 導(dǎo)通， uI 向 C 充電， u0 (=uc)跟隨 uI 的變化而變 化； s(t)無(wú)效期間，開(kāi)關(guān)管 VT 截止， u0 (=uc)保持不變，直到下次采樣。（由于集成運(yùn)放 A 具有很高的輸入阻抗，在保持階段，電容 C 上所存電荷不易泄放。） （二）量化和編碼 第 3章 整流 濾波及穩(wěn)壓方面的原理及使用 19 數(shù)字量最小單位所對(duì)應(yīng)的最小量值叫做量化單位 △ 。 將采樣－保持電路的輸出電壓歸化為量化單位 △ 的整數(shù)倍的過(guò)程叫做量化。 用二進(jìn)制代碼來(lái)表示各個(gè)量化電平的過(guò)程，叫做編碼。 一個(gè) n 位二進(jìn)制數(shù)只能表示 2n 個(gè)量化電平，量化過(guò)程中不可避免會(huì)產(chǎn)生誤差，這種誤差稱(chēng)為量化誤差。量化級(jí)分得越多（ n 越大），量化誤差越小。 圖 332 劃分量化電平的兩種方法 （ a）量化誤差大（ b）量化誤差小 二、采樣 保持電路 圖 333 采樣 保持電路 t0 時(shí)刻 S 閉合， CH 被迅速充電，電路處于采樣階段。由于兩個(gè)放大器的增益都為 1，因此這一階段 uo 跟隨 ui 變化，即 uo＝ ui。 t1 時(shí)刻采樣階段結(jié)束， S 斷開(kāi)，電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 電路處于保持階段。若 A2 的輸入阻抗為無(wú)窮大， S 為理想開(kāi)關(guān)，則 CH 沒(méi)有放電回路，兩端保持充電時(shí)的最終電壓值不變，從而保證電路輸出端的電壓 uo 維持不變。 三、 A/D 轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) （ 1）分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率用輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示，位數(shù)越多，誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高。例如，輸入模擬電壓的變化范圍為 0～ 5V，輸出 8 位二進(jìn)制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為 5V ＝ 20mV；而輸出 12 位二進(jìn)制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為 5V ≈。 （ 2）相對(duì)精度 在理想情況下，所有的轉(zhuǎn)換點(diǎn)應(yīng)當(dāng)在一條直線(xiàn)上。相對(duì)精度是指實(shí)際的各個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)偏離理想特性的誤差。 （ 3）轉(zhuǎn)換速度 轉(zhuǎn)換速度是指完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間是指從接到轉(zhuǎn)換控制信號(hào)開(kāi)始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出信號(hào)所經(jīng)過(guò)的這段時(shí)間。 第 4章 總體方案設(shè)計(jì) 21 第 4 章 總體 方案設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的主要目的是 使標(biāo)準(zhǔn)的 220V 的交流電通過(guò)一系列電子元器件的轉(zhuǎn)換作用后轉(zhuǎn)變成 多路 低壓的直流電源，其轉(zhuǎn)換方式主要是由變壓器，整流元器件，濾波元器件，穩(wěn)壓器件， A/D 轉(zhuǎn)換器，單片機(jī) AT89S52 及 LED 數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)。下面將要詳細(xì)敘述本設(shè)計(jì)的 總體方案 實(shí)現(xiàn)過(guò)程。 初期實(shí)現(xiàn) 部分 原理圖 圖 41 初期原理圖 在本設(shè)計(jì)中采用 220V/50Hz 變壓器可將 220V 交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?15V 直流電并且通過(guò)橋式整流，再通過(guò) 1000uF 的電解電容濾波，然后通過(guò)整流芯片 780 7817912 等實(shí)現(xiàn)輸出 +5V、 +12V、 12V 的真流電壓輸出。 然而輸入端電容為 1000uF 的電解電容，輸出端電容為 1uF 電解電容通過(guò)在電路板上搭接所測(cè)出來(lái)的輸入端兩端電壓僅有 2V~4V極為不穩(wěn)定并且紋小較為明顯， 未能達(dá)到理想要求后經(jīng)反復(fù)調(diào)試查閱資料修改為符合要求的電路。 電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 22 最終定型原理圖 圖 42最終定型原理圖 由于初期原理圖僅在大體方向上符合要求，后經(jīng)不斷的調(diào)試、完善做成如上圖符合要求的電路。在 7805 之前串接一個(gè) 100 歐左右的電阻（起分 壓的作用）并且在所有的輸入輸出電容上并聯(lián)一個(gè) 電容后除掉紋波的效果較為明顯經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試、測(cè)量依然未達(dá)到理想效果，通過(guò)閱資料需在 7805 1872 7912 的兩端分別接入二極管 4001 后基本達(dá)到理想的要求，所加入的二極管起到了防止自激的作用。 后端顯示部分原理 第 4章 總體方案設(shè)計(jì) 23 圖 43 后端顯示部分原理圖 ADC0804 是 8 位全 MOS 中速 A/D 轉(zhuǎn)換器、它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，可以和單片機(jī)直接接口。單通道輸入，轉(zhuǎn)換時(shí)間大約為100us。 ADC0804 轉(zhuǎn)換時(shí)序是：當(dāng) CS＝ 0 許可進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 WR 由低到高時(shí)，A/D 開(kāi)始轉(zhuǎn)換，一次轉(zhuǎn)換一共需要 66－ 73 個(gè)時(shí)鐘周期。 CS 與 WR 同時(shí)有效時(shí)啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束產(chǎn)生 INTR 信號(hào)（低電平有效），可供查詢(xún)或者中斷信號(hào)。在 CS 和 RD 的控制下可以讀取數(shù)據(jù)結(jié)果。 電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 24 第 5 章 方案具體實(shí)現(xiàn) 整流部分 橋式整流電路 在本設(shè)計(jì)中 的 應(yīng)用 當(dāng)正半周時(shí)二極管 D D3 導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)負(fù)半周時(shí)二極管 D D4 導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。在負(fù)載電阻上正負(fù)半周經(jīng)過(guò)合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。 具有全波整流電路的優(yōu)點(diǎn) ，而同時(shí)在一定程度上克服了它的缺點(diǎn)。橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時(shí)因電源變壓器在正、負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導(dǎo)體整流電路中得到了頗為廣泛的應(yīng)用。 整流部分在本設(shè)計(jì)中的使用 如下圖 52 所示， 220V 的交流電從左端輸入，通過(guò)線(xiàn)圈初次極匝數(shù)之比為2064： 234 的變壓器的 變壓作用變壓成 25V 左右的較小電壓。由于電源變壓器在正、負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，當(dāng)變壓器為正半周時(shí)，將在電解電容上形成上正下負(fù)的半波整洗電壓，當(dāng)變壓器為負(fù)半周時(shí)，將在電解電容上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓，如此重復(fù)下去，結(jié)果在電解電容上便得到全波整流電壓。然后再利用電解電容的 濾波作用和其充放電特性將交流變成比較穩(wěn)定的直流電壓。 圖 51 橋式整流電路 第 5 章 方案具體實(shí)現(xiàn) 25 圖 52 變壓整流部分 濾波部分 電容濾波在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 圖 53 在橋式電路中的電容濾波 電容器 C 對(duì)直流開(kāi)路，對(duì)交流阻抗小， 所以 C 應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。 若電路處于正半周，二極管 D D3 導(dǎo)通，變壓器次端電壓 v2 給電容器 C 充電。此時(shí) C相當(dāng)于并聯(lián)在 v2 上，所以輸出波形同 v2 ，是正弦形。 圖 54 濾波后波形 電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 26 應(yīng)用在本設(shè)計(jì)中是因?yàn)?電容濾波電路簡(jiǎn)單， 負(fù)載直流電壓 VL 較高，紋 波也較小，它的缺點(diǎn)是輸出特性較差，故適用于負(fù)載電壓較高，負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。