【正文】 電阻與電流的對應(yīng)數(shù)值如表 6所示。電壓和電流的對應(yīng)數(shù)值如表 5所示。 圖 20 電源顯示 圖 21 電源顯示 XXIX 圖 22 電源顯示 圖 23 電源顯示 負(fù)載能力測試 測試方法為：在直流穩(wěn)壓電源的輸出端接可變電阻，用萬用表測出電源的各種負(fù)載參數(shù)。直流電壓本來應(yīng)該是一個固定的值， 但是很多時候它是通過交流電壓整流、濾波后得來的，由于濾波不干凈，就會有剩余的交流成分，即便如此，就是用電池供電也因負(fù)載的波動而產(chǎn)生波紋。其中系列 1為電源顯示數(shù)值，系列 2為最大值，系列 3為最小值。 XXVI 表 4 電源的測試數(shù)據(jù)（隨機(jī)） 電源顯示數(shù)值（ V） 萬用表顯示電壓數(shù)值（ V） 最大值 Vmax（ V） 最小值 Vmin（ V） 峰 峰值（ V） 600 400 400 200 600 600 400 萬用表測試數(shù)據(jù)的折線圖如圖 17所示。電源的測試數(shù)據(jù)如表 3所示。經(jīng)過測試，數(shù)顯電壓表正常工作。 完整顯示電路就如圖 16所示。 方案三：用 LM317集成穩(wěn)壓模塊制作一個 +5V 的電源，然后 用 一只 NPN 三極管，兩只電阻，一個電感來進(jìn)行信號放大，把芯片 38腳的振蕩信號串接一個 20K－ 56K的電阻連接到三極管 “B” 極，在三極管 “C” 極串接一個電阻（為了保護(hù)）和一個電感（提高交流放大倍數(shù)），在正常工作時，三極管的 “C” 極電壓為 － 。 ICL7660+5V轉(zhuǎn) 5V電路原理圖如圖 15所示。 XXIII 方案二：利用 LM317 集成穩(wěn)壓模塊做一個 +5V 的電源，再利用 ICL7660 芯片把 +5V電源變成 5V的電源。所以需要額外做一個供電電 源，以下有三種方案： 方案一：用 7805和 7905三端集成芯片提供 +5V和 5V的電壓，正負(fù) 5V供電電源電路原理圖如圖 14所示。 經(jīng)過校準(zhǔn)后， ICL7107 和萬用表的絕對誤差只有 。然后，用萬用表測電源的輸出，如 ，然后通過調(diào)節(jié)電位器 R2，使 LED上的數(shù)值與萬用表上的一致。 C1選用 CCB電容， C2 選用 CCB電容， C3選用 ， C4選用 100 pF的 CCB電容。 元件的選擇 制作時，顯示用的數(shù)碼管為共陽型， 2 KΩ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。由于我們電源的指標(biāo)是 5~12V，所以要求電壓表的量程為 0~20V。 參考電 壓 與輸入電壓的關(guān)系為 ： Vin = 2Vref 如果要求電壓表的量程 0~，參考電壓應(yīng)設(shè)置為 100mV。 電阻 R2用于調(diào)整參考電壓，參考電源為 0~200mV 可調(diào)。 C2用于防止系統(tǒng)噪音的影響以及過載輸入時電路的恢復(fù)， 29 腳的 C2取 。積分電路由 IC的 2 28腳決定。內(nèi)部振蕩頻率為 48Hz，顯示每秒刷 三 次。ICL7107芯片的最大量程可以到達(dá) ，如果需要用到其他的量程，可以通過修改輸出端電阻的參數(shù)來達(dá)到目的。 ICL7107本身帶有段式輸出，直接連接到 LED上就可以 顯示 了 ， 顯示用的數(shù)碼管應(yīng)為共陽 極數(shù)碼管。 基于 ICL7107的數(shù)顯電壓顯示電路簡單可靠，雖然它只是三位半的 AD轉(zhuǎn)換器，但是已經(jīng)可以滿足日常的電壓測量或者電壓顯示的要求，所以這種電路應(yīng)用非常廣泛，它的具體電路原理圖如圖 13 所示。所以最終決定用 ICL7107芯片制作數(shù)顯電壓顯示電路。可以 用 ADC0808集成電壓轉(zhuǎn)換芯片和 AT89C51 單片機(jī)設(shè)計制作 數(shù)字電壓表，具體方法是 A/D轉(zhuǎn)換器在單片機(jī)的控制下完成對模擬信號的采集和轉(zhuǎn)換功能，最后由數(shù)碼管顯示采集的電壓值。由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準(zhǔn)確方便、精度高、誤差小、靈敏度高和分辨率高、測量速度快等特點而 廣泛應(yīng)用于測量領(lǐng)域 。而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展，更是經(jīng)常需要測量高精度的電壓，所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測量儀器。 ’ 必須小于允許短路時間 t,即： XIX 5544539。 增大到 V2導(dǎo)通電壓 錯誤 !未找到引用源。電機(jī)短路或堵轉(zhuǎn)后，電流突然增大到短路電流 IS，電容 C4開始充電。此時為一階零狀態(tài)輸入響應(yīng)，求解得： 44154 (1 )RCRRU ie??? 假設(shè)電 容 C4的電壓達(dá)到 錯誤 !未找到引用源。 R5，所以 iR5錯誤 !未找到引用源。由于啟動電流很大，一般是額定電流的 4~7倍，可看成不變，設(shè)為 I=5I0。一旦電機(jī)發(fā)生短路或堵轉(zhuǎn)，使電容 C4兩端電壓達(dá)到 Q1的導(dǎo)通電壓， 則 Q1導(dǎo)通，強(qiáng)制穩(wěn)壓器的輸出電壓降為基準(zhǔn)電壓 。由于直流電機(jī)啟動瞬時電流 iout較大 (約為額定電流的 8～ 10倍 )， iout 流過小電阻 R6，并經(jīng) R5對 C4充電。 Q190 1 3R4 R5R6C4 圖 12 過流保護(hù)電路原理圖 XVIII R6為取樣小電阻。由于霍爾元件體積比較大，價格昂貴，因而考慮采用串聯(lián)一個小電阻的方法。過流保護(hù)電路作為電源電路中不可缺少的一個組成部分， 能夠有效地保護(hù)電子元件， 根據(jù)其控制方法大致可以分為關(guān)斷方式和限流方式，而直流電機(jī)電源較宜采用關(guān)斷方式。 過流保護(hù) 在目前 ，各種直流電源產(chǎn)品 的應(yīng)用非常廣泛 ，電源技術(shù)已經(jīng)比較成熟。設(shè)集成穩(wěn)壓器的最高允許結(jié)溫為 TJM，最高環(huán)境溫度為 TAM，加散熱器后器件的功耗為 PD，則有關(guān)系式： 39。若令 Rθ 1 表示從結(jié)到器件外殼的熱阻， Rθ 2 表示從器件外殼到散熱片表面的熱阻， Rθ A 表示從結(jié)到散熱片表面的熱阻，則 Rθ A=Rθ 1+Rθ 2。因此，穩(wěn)壓器的散熱能力愈強(qiáng) , 結(jié)溫就愈低，它所能承受的功率也愈大。 LM317屬于深度負(fù)反饋的穩(wěn)壓電路，其功耗比較大，所以有必要討論一下 LM317穩(wěn)壓模塊的散熱問題。當(dāng)輸入輸入電壓差比較大且輸出電流也比較大時，注意 317的功耗不要過大。輸入 12V的話，輸出最高就是 10V左右。輸入電要最高不能超過 40V。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端 穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。 通常 LM117/LM317不需要外接電容，除非輸入濾波電容到 LM117/LM317 輸入端的連線超過 6英寸（約 15厘米）。當(dāng)然在 317穩(wěn)壓塊的輸出端并聯(lián)泄流電阻 R(如圖所示 ),也可以為 317穩(wěn)壓塊提供最小穩(wěn)定工作電流。如果用LM 317穩(wěn)壓塊制作穩(wěn)壓電源時，沒有注意 LM317 穩(wěn)壓塊的最小穩(wěn)定工作電流，那么你制作的穩(wěn)壓電源可能會出現(xiàn)下述不正?，F(xiàn)象：穩(wěn)壓電源輸出的有載電壓和空載電壓差別較大。當(dāng) 317穩(wěn)壓塊的輸出電流小于其最小穩(wěn) 定工作電流時， 317穩(wěn)壓塊就不能正常工作。最小穩(wěn)定工作電流的值一般為 。 LM317內(nèi)置有過載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設(shè)置輸出電壓。 D5， D6用于保護(hù) LM317。為保證穩(wěn)壓器的輸出性能， R3 應(yīng)小于 240歐姆。然而作為穩(wěn)壓電源的輸出電壓計算公式， R3和 R2的阻值是不能隨意設(shè)定的。 穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計算 ： 錯誤 !未找到引用源。 317系列穩(wěn)壓塊的型號很多：例如 LM317HVH、 W317L等。 穩(wěn)壓部分的電路原理圖如圖 11所示。啟動 XV 電路的作用是在 剛接通電流輸入電壓的時候，是調(diào)整管、放大電路和基準(zhǔn)電源等建立各自的工作電路，而當(dāng)穩(wěn)壓電路正常工作是啟動電路被斷開，影響穩(wěn)壓電路的性能。由于三端集成穩(wěn)壓器是串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的一種，而串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的輸出電壓和基準(zhǔn)電壓成正比，因此，基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定性將直接影響穩(wěn)壓電路的輸出電壓的穩(wěn)定性。放大短路將基準(zhǔn)電壓與從輸出端得到的采樣電壓進(jìn)行比較，然后再放大并送到調(diào)整管的基極。 其中，調(diào)整管接在輸入端和輸出端之間。第二方面，由于電網(wǎng)電壓并不穩(wěn)定，當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生波動時，整流電路的輸出電壓直接與變壓器副邊電壓有關(guān)，因此輸出直流電壓也相應(yīng)的發(fā)生變化。 穩(wěn)壓電路主要用于提供更加穩(wěn)定的直流帶能源。 XIV 圖 10 橋式整流、電容濾波時的電壓、電流波形 穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路是整個設(shè)計之中一個很重要的 組成部分，幾乎所有的電子設(shè)備都需要穩(wěn)定的直流電源供電才能正常工作。忽略二極管正向壓降和變壓器內(nèi) 阻，電容充電時間常數(shù)近似為零，因此 Uo=Uc≈ U2，在 u2達(dá)到最大值時， Uc也達(dá)到最大值，然后 U2下降，此時， UcU2， V V3截止，電容 C向負(fù)載電阻RL放電，由于放電時間常數(shù)τ =RLC一般較大，電容電壓 Uc按 指數(shù)規(guī)律緩慢下降，當(dāng)下降到 |U2|Uc時， V V4 導(dǎo)通，電容 C再次被充電，輸出電壓增大，以后重復(fù)上述充放電 過程。對于橋式整流電路來說，脈動電壓峰值為 2U2， C的充電周期等于交流電源周期 T的一半，即 C≥ (3~5) T2RL，式中 RL為整流后的等效負(fù)載電阻，經(jīng)過考慮，本設(shè)計取 C為 2200uF。 經(jīng)過濾波，電路的電壓、電流波形如圖 10所示。電容濾波電路原理圖如圖 9所示。由于電容在電路中也是起到儲存能量的作用，并聯(lián)的電容器在電源供給的電壓升高時，能夠把部分能量儲存起來，而當(dāng)電源電壓減低的時候，就能把能量釋放出來，是負(fù)載電壓比較平滑穩(wěn)定，也就是電容也有平波的作用。一般的情況下只適用于低電壓，大 電流的場合。由于電感在電路中有儲能的作用，所以在電路中可以串聯(lián)電感，當(dāng)電源供給的電流增加時，它能夠把能量儲存起來，當(dāng)電流減小時，它有可以把能量釋放出來，是負(fù)載電流比較平滑，有平波的作用。所以我們需要在整流電路之后加入濾波電路進(jìn)行濾波，才能得到穩(wěn)定的直流電壓。這樣，四個二極管組成的整流橋就完成了整流的功能。橋式整流電路電壓和電流波形如圖 7所示。為了保證穩(wěn)壓器 LM317穩(wěn)定運(yùn)行，輸入電壓 Ui與輸出電壓 U0之差一般在 5～ 15V范圍，取UiU0=10V，得： m a x 1 .2 1 .2 ( 1 0 ) 1 2 1 .2ooidU U U U? ? ? ?? 設(shè)計時可考慮一定的余量。流過整流管的平均電流： 2D IiI ? 2 oi RI I I? ? 21 0 .0 1RR adj AI I I? ? ? XI 式中 Ii 為穩(wěn)壓器的輸入電流， IR IR Iadj 分別為流過 R R2，以及調(diào)整端的電流，則： 0. 012 oD II ? ? 考慮到電容充電電流的沖擊，正向電流一般取平均電流的 2～ 3 倍。 V3V2V4V1RL 圖 6 橋式整流電路原理圖 選擇二極管要依據(jù)二極管的反向耐壓 VRM和正向電流 IF。 在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。 單相橋式整流電路是工程上最常用的單相整流電路 。在小功率整流電路中，常見的集中整流電路有單相半波、全波、橋式和倍壓整流電路。 整流電路 X 整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。 整流濾波電路 因為課題需要 5V12V 的穩(wěn)壓直流電，所以需要用到 220V轉(zhuǎn) 18V的變壓器把高壓的交流電轉(zhuǎn)成低壓交流電。當(dāng)輸入端發(fā)生短路時， C5通過穩(wěn)壓器的調(diào)整管放電， C5值較大，則放電時的沖擊電流很大，電壓會通過穩(wěn)壓器內(nèi)部的輸出晶體管放電，可能造成輸出晶體管發(fā)射結(jié)反向擊穿。由于穩(wěn)壓器在 1∶ 1的深度負(fù)反饋下工作，當(dāng)輸出端負(fù)載為容性的某一值時，穩(wěn)壓器有可能出現(xiàn)自激現(xiàn)象。）的電壓。 IX T R 1T RA N 2 P 2 SB R 1DF 0 0 5 MC12 2 0 0 uC20 .1 uD1DI O DE L E DR11kVI3VO2ADJ1U1L M 3 1 7 LR2