【正文】 ......................................................................41致 謝 ................................................................................................................................42參 考 文 獻 .......................................................................................................................42附 錄 ................................................................................................................................43 緒 論直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)常用的設(shè)備之一,廣泛的應用于教學、科研等領(lǐng)域。普通直流穩(wěn)壓電源品種很多, 但均存在以下二個問題: 1) 輸出電壓是通過粗調(diào)(波段開關(guān)) 及細調(diào)(電位器)來調(diào)節(jié)。另外, 隨著使用時間的增加, 波段開關(guān)及電位器難免接觸不良 , 對輸出會有影響。在家用電器和其他各類電子設(shè)備中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。這就需要通過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓電路將交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電。傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源通常采用電位器和波段開關(guān)來實現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié),并由電壓表指示電壓值的大小. 因此,電壓的調(diào)整精度不高 ,讀數(shù)欠直觀,電位器也易磨。從上世紀九十年代末起，隨著對系統(tǒng)更高效率和更低功耗的需求，電信與數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的技術(shù)更新推動電源行業(yè)中直流/直流電源轉(zhuǎn)換器向更高靈活性和智能化方向發(fā)展。早在 90 年代中，半導體生產(chǎn)商們就開發(fā)出了數(shù)控電源管理技術(shù)，而在當時，這種方案的性價比與當時廣泛使用的模擬控制方案相比處與劣勢，因而無法被廣泛采用。 現(xiàn)今隨著直流電源技術(shù)的飛躍發(fā)展, 整流系統(tǒng)由以前的分立元件和集成電路控制發(fā)展為微機控制, 從而使直流電源智能化, 具有遙測、遙信、遙控的三遙功能, 基本實現(xiàn)了直流電源的無人值守 設(shè)計的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源主要由單片機系統(tǒng)、鍵盤、數(shù)碼管顯示器、D/ A 轉(zhuǎn)換電路、直流穩(wěn)壓電路等幾部分組成。 直流穩(wěn)壓電源是最常用的儀器設(shè)備, 在科研及實驗中都是必不可少的。該電源采用薄膜輕觸鍵盤, 可對輸出電壓值進行設(shè)置 , 輸出由單片機通過 D/A , 控制驅(qū)動模塊輸出一個穩(wěn)定電壓。工作過程中 , 穩(wěn)壓電源的工作狀態(tài)(輸出電壓、電流等各種工作狀態(tài)) 均由單片機輸出驅(qū)動 LED 顯示,由鍵盤控制進行動態(tài)邏輯切換。第 1 章 基礎(chǔ)知識介紹 半導體二極管 二極管原理將 PN 結(jié)加上相應的引線和管殼，就成為半導體二極管。二極管既然是一個 PN 結(jié)，它當然具有單向?qū)щ娦?，?外加正向電壓很低時，由于外電場還不能克服 PN 結(jié)內(nèi)電場對多載流子（除少量能量較大者外）擴散運動的阻力，故正向電流很小，幾乎為零。這個一定數(shù)值的正向電壓稱為死區(qū)電壓，通常硅管的死區(qū)電壓為 ，鍺管約為 。在二極管上加反向電壓時，由于少數(shù)載流子的漂移運動，形成很小的反向電流。而與反向電壓的高低無關(guān)。而當外加反向電壓過高時，反向電流將突然增大 ，二極管失去單向?qū)щ娦?，這種現(xiàn)象稱為擊穿。 二極管的主要參數(shù)： 1 最大整流電流最大整流電流是指二極管長時間使用時，允許通過二極管的最大正向平均電流。面接觸型二極管的最大整流電流較大。3 反向峰值電流它是指在二極管上加反向工作峰值電壓時的反向電流值。由于它在電路中與適當數(shù)值的電阻配合后能起穩(wěn)定電壓的作用，故稱為穩(wěn)壓管。反向電壓在一定范圍內(nèi)變化時，反向電流很小。此后，電流雖然在很大范圍內(nèi)變化，但穩(wěn)壓管兩端的電壓變化很小。穩(wěn)壓管與一般二極管不一樣，它的反向擊穿是可逆的。但是，如果反向電流超過允許范圍，穩(wěn)壓管將會發(fā)生熱擊穿而損壞。目前最常見的有平面型和合金型兩類。不論平面型或合金型，都分有 NPN 或 PNP 三層，因此又把晶體管分為 NPN 型和 PNP 型兩類。每一類都有兩個 PN 結(jié)。通常把晶體管的輸出特性曲線分為三個工作區(qū)：（1）放大區(qū)輸出特性曲線的近于水平部分是放大區(qū)。放大區(qū)也稱為線性區(qū)，因為 Ic 和 IB 成正比關(guān)系。（2）截止區(qū)IB=0 的曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。對 NPN 型硅管而言，當 UBE＜ 時，即已開始截止，但是為了截止可靠，常使 UBE≤0。（3）飽和區(qū)當 UCE＜UBE 時，集電結(jié)處于正向偏置，晶體管工作于飽和狀態(tài)。飽和時，發(fā)射結(jié)也處于正向偏置。△Ic 與△IB 的比值稱為動態(tài)電流（交流）放大系數(shù)β=△Ic/△IB (公式 11) 集基極反向截止電流 ICBOICBO 是當發(fā)射極開路時由于集電結(jié)處于反向偏置，集電區(qū)和基區(qū)中的少數(shù)載流子的漂移運動所形成的電流。又因為它好象是從集電極直接穿透晶體管而達到發(fā)射極的，所以又稱為穿透電流。集電極最大允許耗散功率 PCM由于集電極電流在流經(jīng)集電結(jié)時將產(chǎn)生熱量，使結(jié)溫聲高，從而會引起晶體管參數(shù)變化。 集成運算放大器目前廣泛應用的電壓型集成運算放大器是一種高放大倍數(shù)的直接耦合放大器。集成運算放大器的種類非常多,可適用于不同的場合。另外，還有電平移動電路、短路保護電路等部分。（2）輸入級：采用差動放大器，減小零漂，提高輸入電阻。（4）輸出級：采用功率放大器，提高集成運放的帶負載能力，向負載提供一定的功率。而運算放大電路各級之間都采用直接耦合，基本上不采用電容元件，因此適合于集成化的要求。二、運算放大器的輸入級都采用差動放大電路，它要求兩管的性能應該相同。又由于管子在同一硅片上，溫度性能基本上保持一致，因此，容易制成溫度漂移很小的運算放大器。制作高阻值的電阻成本高，占用面積大，且阻值偏差大（10%～20%） 。必須用直流高阻值電阻時，也常采用外接方式。在由運算放大器組成的各種系統(tǒng)中,由于應用要求不一樣,對運算放大器的性能要求也不一樣。當一個系統(tǒng)中使用多個運放時,盡可能選用多運放集成電路,例如LM32LF347 等都是將四個運放封裝在一起的集成電路。例如信號源的性質(zhì),是電壓源還是電流源。環(huán)境條件,集成運放允許工作范圍、工作電壓范圍、功耗與體積等因素是否滿足要求。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。兩個信號輸入端中，Vi（）為反相輸入端，表示運放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的相位相同。 圖 11 運算放大器圖示 圖 12 LM324 引腳排列由于 LM324 四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應用在各種電路中。它包含 3 1/2 位數(shù)字 A/D 轉(zhuǎn)換器，可直接驅(qū)動 LED 數(shù)碼管，內(nèi)部設(shè)有參考電壓、獨立模擬開關(guān)、邏輯控制、顯示驅(qū)動、自動調(diào)零功能等。其電路如附圖。該電路稍加改造，還可演變出很多電路，如數(shù)顯電流表、數(shù)顯溫度計等。圖 13 是它的引腳排列及功能，各引出端功能見附表 11。PM 為低電位時顯示負號INT 積分器輸出端，接積分電容BUF 緩沖放大器的輸出端，接積分電阻AZ 積分器和比較器的反相輸入端，接自動調(diào)零電容IN+、IN 模擬量輸入端，分別接輸入信號的正端與負端COM 模擬信號公共端，即模擬地C 外接基準電壓端基準電壓的正端和基準電壓的負端TEST 測試端。當作“測試指示”時，把它與 V+短路后，LED 全部筆畫點亮，顯示數(shù)1888OSC～OSC 時鐘振蕩器的引出端，外接阻容元件組成的多諧振蕩器 由 CC7107 組成的 3189。（2） RR3 是基準電壓的分壓電路。（4） CC4 分別是基準電容和自動調(diào)零電容。（6） CC7107 的第 21 腳（GND）為邏輯地，第 37 腳（TEST）經(jīng)過芯片內(nèi)部的500Ω 電阻與 GND 接通。CC7107 沒有專門的小數(shù)點驅(qū)動信號，使用時可將共陽極數(shù)碼管的公共陽極接V+，小數(shù)點接 GND 時點亮，接 V+時熄滅。也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一腳了。知道了第一腳之后，按照反時針方向去走，依次是第 2 至第 40 引腳。 ：芯片第一腳是供電，正確電壓是 DC5V 。芯片第 31 引腳是信號輸入引腳，可以輸入 177。在一開始，可以把它接地，造成“0”信號輸入，以方便測試。芯片的 33 和 34 腳接的 104 電容也不能使用瓷片電容。：負電壓電源可以從電路外部直接使用 7905 等芯片來提供，但是這要求供電需要正負電源，通常采用簡單方法，利用一個 +5V 供電就可以解決問題。我們常用一只 NPN 三極管，兩只電阻，一個電感來進行信號放大，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）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 － 為最好。這個電壓，最好是在 － 到 － 之間。利用一個電位器和指針萬用表的電阻 X1 檔，我們可以分別調(diào)整出 50mV,100mV,190 mV 三種電壓來，把它們依次輸入到 ICL7107 的第 31 腳，數(shù)碼管應該對應分別顯示 , 的數(shù)值，允許有 2 －3 個字的誤差。 ：把 31 腳與 36 腳短路，就是把基準電壓作為信號輸入到芯片的信號端，這時候，數(shù)碼管顯示的數(shù)值最好是 ，通常在 － 之間，越接近 越好。如果差的太多，就需要更換芯片了。 量程，這時候，芯片 27,28,29 引腳的元件數(shù)值，更換為 ,470K, 阻容網(wǎng)絡(luò)，并且把 36 腳基準調(diào)整到 就可以使用在177。 LED 數(shù)碼管顯示接口 LED 數(shù)碼管LED 數(shù)碼管是由發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件。因此這種 LED 顯示器稱為七段數(shù)碼管或八段數(shù)數(shù)碼。共陽型是將各段發(fā)光二極管的正極連在一起，作為公共端 COM，公共端 COM 接高電平，a～g、Dp 各筆段通過限流電阻接控制端?？刂瓶翈锥喂P段發(fā)光，就能顯示出某個數(shù)碼或字符。LED 數(shù)碼管按其外形尺寸有多種形式，使用較多的是 和 ；按顯示顏色也有多種形式，主要有紅色和綠色；按亮度強弱可分為高亮和普亮，指通過同樣的電流顯示亮度不一樣，這是因發(fā)光二極管的材料不一樣而引起的。靜態(tài)顯示時取 10mA 為宜，動態(tài)掃描顯示可加大，可脈沖電流，但一般不超過 40mA。（1）靜態(tài)顯示方式在靜態(tài)顯示方式下，每一位顯示器的字段需要一個 8 位 I/O 口控制，而且該I/O 口須有鎖存功能，N 位顯示器就需要 N 個 8 位 I/O 口，公共端可直接接+5V（共陽）或接地（共陰） 。也就是各字段的亮滅狀態(tài)不變。（2） 動態(tài)掃描顯示方式當要求顯示位數(shù)較多時，為了簡化電路、降低硬件成本，通常采用動態(tài)掃描顯示電路。這種連接方式由于將多位字段線連在一起，當輸出字段碼時，由于多們同時選通，每一位將顯示相同的內(nèi)容。必須采取輪流顯示的方式。在這一瞬時，只有這一位在顯示，其他幾位暗。由于人的視覺滯留效應，人們看到的是多位同時穩(wěn)定顯示。顯示器由 5 個 LED 數(shù)碼管組成。 5 個串/并移位寄存器芯片74LS164 首尾相連。 變壓器的基本知識變壓器幾乎在所有的電子產(chǎn)品中都要用到，它原理簡單但根據(jù)不同的使用場合（不同的用途）變壓器的繞制工藝會有所不同的要求。 變壓器的基本原理當一個正弦交流電壓 U1 加在初級線圈兩端時，導線中就有交變電流 I1 并產(chǎn)生交變磁通 ф1，它沿著鐵心穿過初級線圈和次級線圈形成閉合的磁路。為了保持磁通 ф1 的存在就需要有一定的電能消耗，并且變壓器本身也有一定的損耗，盡管此時次級沒接負載，初級線圈中仍有一定的電流，這個電流我們稱為“空載電流” 。當次級負載電流加大時 I1 增加，ф1 也增加，并且 ф1 增加部分正好補充了被 ф2 所抵消的那部分磁通，以保持鐵心里總磁通量不變。變壓器能根據(jù)需要通過改變次級線圈的圈數(shù)而改變次級電壓，但是不能改變允許負載消耗的功率。這個“渦流”使變壓器的損耗增加，并且使變壓器的鐵心發(fā)熱變壓器的溫升增加。另外要繞制變壓器需要用大量的銅線，這些銅導線存在著電阻，電流流過時這電阻會消耗一定的功率，這部分損耗往往變成熱量而消耗，我們稱這種損耗為“銅損” 。由于變壓器存在著鐵損與銅損，所以它的輸出功率永遠小于輸入功率，為此我們引入了一個效率的參數(shù)來對此進行描述，η=輸出功率 /輸入功率。1 鐵心材料： 變壓器使用的鐵心材料主要有鐵片、低硅片，高硅片，的鋼片中加入硅能降低鋼片的導電性，增加電阻率，它可減少渦流，使其損耗減少。對于導線的要求，是導電性能好，絕緣漆層有足夠耐熱性能，并且要有一定的耐腐蝕能力。3 絕緣材料在繞制變壓器中，線圈框架層間的隔離、繞阻間的隔離，均要使用絕緣材料，一般的變壓器框架材料可用酚醛紙板制作，層間可用聚脂薄膜或電話紙作隔離，繞阻間可用黃臘布作隔離。第 2 章 單片機知識介紹 單片機簡介單片機 SCM(Single Chip Microputer)，即 MicroController，是把微型計算機主要部分都集成在一個芯片上的單芯片微型計算機。單片機自 70 年代出現(xiàn)以來，已經(jīng)有了很大的發(fā)展，被