【正文】 整流管的導(dǎo)電角度比較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦，但是由于鐵芯的存在，比較笨重，體積比較大， 而且容易引起電磁干擾。電感濾波電路圖如圖 8所示： V3 V2V4 V1RLL1 圖 8 電感濾波電路 方案二：采用電容濾波電路。電容濾波電路比較簡單，而且負(fù)載直流電壓比較高，紋波也比較少，適用于負(fù)載電壓較高，負(fù) 12 載變動不大的場合，也減輕了電路設(shè)計和實際焊接的工作。 V3 V2V4 V1RLC 圖 9 電容濾波電路 經(jīng)過分析，最終決定采用方案二。 濾波電解電容 C的選擇原則是：取其放電時間常數(shù) RLC大于充電周期的 3～ 5 倍，其耐壓值必須大于脈動電壓峰值。 設(shè)電容兩端初始電壓為零，并假定 t=0時接通電路，輸入電壓 U2為正半周，當(dāng) U由零上升時， V V3導(dǎo) 通， C被充電，同時電流經(jīng) V V3向負(fù)載電阻供電。其輸出電壓波形近似為一鋸齒波直流電壓，使負(fù)載電壓的波動大為減小。所以，研究和熟悉穩(wěn)壓電路的組成和設(shè)計具有非常重要的意義?？紤]到整流濾波電路的輸出電壓和理想的直流電源還是有相當(dāng)?shù)木嚯x，主要是存在兩方面的問題：第一方面，但負(fù)載電流變化的時候，因為整流濾波電路存在一定的內(nèi)阻，所以輸出的直流電壓 將有可能隨之發(fā)生變化。因此，在設(shè)計中，采用三端集成穩(wěn)壓器 lm317來實現(xiàn)穩(wěn)定電壓的功能。當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流波動時，調(diào)整自身的集 射壓降使輸出電壓基本保持不變。放大倍數(shù)越大，則穩(wěn)定性能越好。采樣電路由兩個分壓電阻組成，它將輸出電壓變化量的一步份送到放大電路的輸入端。保護電路主要起到限流保護，過熱保護和過壓保護的作用。 VI3VO2ADJ1U1L M 3 1 7 LR2P O TR32 0 0 RD61 N40 0 2D51 N40 0 2C31 0 u 圖 11 穩(wěn)壓電路原理圖 LM317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。電子愛好者經(jīng)常用 317穩(wěn)壓塊制作輸出電壓可變的穩(wěn)壓電源。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。為保證穩(wěn)壓器的輸出性能， R3 應(yīng)小于 240歐姆。 D5， D6用于保護 LM317。它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設(shè)置輸出電壓。 LM317內(nèi)置有過載保護、安全區(qū)保護等多種保護電路。最小穩(wěn)定工作電流的值一般為 。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。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)下述不正常現(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)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。 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）。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。輸入電要最高不能超過 40V。輸入 12V的話，輸出最高就是 10V左右。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。 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。因此，穩(wěn)壓器的散熱能力愈強 , 結(jié)溫就愈低，它所能承受的功率也愈大。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。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。 過流保護 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。過流保護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， 而直流電機電源較宜采用關(guān)斷方式。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。 Q190 1 3R4 R5R6C4 圖 12 過流保護電路原理圖 17 R6為取樣小電阻。由于直流電機啟動瞬時電流 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。一旦電機發(fā)生短路或堵轉(zhuǎn)，使電容 C4兩端電壓達到 Q1的導(dǎo)通電壓，則 Q1導(dǎo)通，強制穩(wěn)壓器的輸出電壓降為基準(zhǔn)電壓 。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。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的電壓達到 ，得： 5445ln RRiRC i????? 設(shè)電機負(fù)荷在額定狀態(tài)下運行，電機電流 I0 已經(jīng)穩(wěn)定?？紤]一定的設(shè)計余量，取保護電流設(shè)定值 IGIS，式 (1)同樣成立此為一階全響應(yīng)方程，初始條件 uc4 (0+)=I0iR5, 強制分量 uc4 (∞)=I GR5, 求解得 ： 441554 () RCc o ccU I R R I I e?? ? ? 假設(shè) 增大到 V2導(dǎo)通電壓 ’, 則 ’ 必須小于允許短路時間 t,即： 18 5544539。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。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 ?？梢?用 ADC0808集成電壓轉(zhuǎn)換芯片和 AT89C51 單片機設(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。所以最終決定用 ICL7107芯片制作數(shù)顯電壓顯示電路。 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。 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。ICL7107芯片的最大量程可以到達 ，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)來達到目的。內(nèi)部振蕩頻率為 48Hz，顯示每秒刷 三 次。積分電路由 IC的 2 28腳決定。 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 。 電阻 R2用于調(diào)整參考電壓，參考電源為 0~200mV 可調(diào)。 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。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。 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。 C1選用 CCB電容， C2 選用 CCB電容， C3選用 ， C4選用 100 pF的 CCB電容。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。 經(jīng)過校準(zhǔn)后， ICL7107 和萬用表的絕對誤差只有 。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。 22 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。 ICL7660+5V轉(zhuǎn) 5V電路 原理圖如圖 15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 － 。 完整顯示電路就如圖 16所示。經(jīng)過測試，數(shù)顯電壓表正常工作。電源的測試數(shù)據(jù)如表 3所示。 25 表 4 電源的測試數(shù)據(jù)（隨機） 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。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。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。 圖 20 電源顯示 圖 21 電源顯示 28 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)。電壓和電流的對應(yīng)數(shù)值如表 5所示。 電阻與電流的對應(yīng)數(shù)值如表 6所示。電阻與電流的對應(yīng)數(shù)值如表 7所示。 圖 24 通電后電路正常工作圖 31 6 結(jié)語 結(jié)論 電源的調(diào)壓范圍是 ，最大輸出電流為 ，電源的調(diào)壓精度較高，顯示準(zhǔn)確，紋波系數(shù)較低，能夠驅(qū)動小功率負(fù)載。在高興之余，也有很多感觸。 在做畢業(yè)設(shè)計的過程中，我發(fā)現(xiàn)了自己存在著很多的不足，對書本的知識運用的也不是很熟練。 在本次設(shè)計的過程中，因為對電壓的紋波沒有特殊的要求，普通的穩(wěn)壓集成電路就基本可以滿足要求了。在做設(shè)計的過程中，我遇到了很多難題和挫折，看似原理比較簡單的電路，要自己動手設(shè)計并且做出實物，其實是很難的一件事。查找資料也花了比較多的時間，這提醒我們一定要學(xué)會理論聯(lián)系實際，把書本上的知識和實際的電路設(shè)計聯(lián)系起來，這無論對我們以后的學(xué)習(xí)或者工作都是有很大幫助的。不僅如此，還大大地提高了我的動手 能力，考驗了我們借助互聯(lián)網(wǎng)搜索相關(guān)文獻，還有組織材料的綜合能力。 32 參 考 文 獻 [1] 邱關(guān)源 .電路 [M].北京：高等教育出版社， [2] 康華光 .電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分 [M].北京：高等教育出版社， [3] 李祥臣 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教程 [M].北京：高等教育出版社， [4] 童詩白，華成英 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) [M].北京：高等教育出版社， [5] 潘永雄， 沙河，劉向陽 .電子線路 CAD實用教程 [M].陜西：西安電子科技大學(xué)出版社，2022， 9 [6] 彭小峰 ,雷李 ,張里 .基于 Proteus和 Keil的整合構(gòu)建單片機虛擬實驗室 [J].重慶工學(xué)院學(xué)報 (自然科學(xué)版 ),2022年 04期 [7] 周潤景 ,張麗娜 .基于 Proteus的電路及單片機畢業(yè)設(shè)計設(shè)計與仿真 [M].北京 :航空航天大學(xué)出版社， 2022. [8] 周潤景 .Proteus在 MCS5