015V可调数显直流稳压电源.docx

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015V可调数显直流稳压电源

模拟电子技术课程设计报告

课题名称数显可调直流稳压电源

专业班级

学生姓名

目录

1、绪论3

2、设计任务及要求3

2.1设计任务3

2.2设计要求3

2.3设计目的4

3、原理4

3.1.直流稳压电源原理4

3.2数显原理5

4、电路原理图5

4.1数显模块5

4.2电源模块5

5.直流稳压电源设计6

5.1桥式整流电路设计6

5.2电容滤波电路设计7

5.3稳压电路设计7

6、数字显示电路设计8

6.1芯片介绍8

6.2元件管脚图8

6.3管脚说明9

6.4连接说明9

6.5调试说明9

7、PCB图9

8、主要元件电路参数10

8.1输入电压Ui11

8.2输出电压U211

8.3整流桥11

8.4滤波电容11

9、结论与心得12

数字显示连续可调直流稳压电源的设计

1、绪论

当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路--电源电路。

大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。

常用的稳压电源有交流和直流之分，当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。

不可否认电源已经广泛地应用于我们生活的方方面面，所以，学习并了解电源的制作原理和技术对于我们的生产和发展都具有积极的意义。

由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。

提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。

直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。

本文主要设计并制作数字显示的直流稳压电源。

本电源作为一个微型启动器，具有可调整电压，调压范围是0V-+15V，而且具备输出电压可以显示的功能。

本文介绍了直流稳压系统的总体的设计方案，它主要由变压器部分、整流滤波部分、稳压部分、电压数字显示部分和输出部分组成。

电源的稳压部分用三端集成稳压管LM317完成，数字显示部分用ICL7107芯片完成。

ICL7107是一种市场上应用非常广泛的集成芯片，内置程序，可以直接驱动LED数码管。

本设计的显示部分是采用ICL7107芯片制作LED显示的数字电压表，并联到输出端，完成电压显示的功能。

本电源具有设计简单灵活，成本低，效率高，调整精度高等优点，在市场上有很好的应用前景。

关键词：

整流滤波稳压数字显示

2、设计任务及要求

2.1设计任务

设计并制作一个输出电压可调的直流稳压电源，并用数码管显示输出电压值。

2.2设计要求

1.输出电压可用电位器在0～15Ｖ范围内连续可调，最大输出电流200mA.。

2.用三个LED数码管作为输出电压的数字显示元件，显示两位整数，一位小数。

3.输出电压显示误差要求≤5％。

4.在调压电位器动端固定在某位置时，当发生下列情况之一时，输出电压变化量之绝对值不超过0.1V：

1）电网电压在220V（1±10%）。

2）输出电流在0～100mA范围内变化。

3）环境温度在15℃～35℃范围内变化。

1.输出电压的纹波成分峰－峰值（Up-p）不超过20mV。

2.发挥部分

1）设计过电流保护功能，过电流保护的电流临界值在200～300mA范围内。

2）用Protel绘制印制电路板图。

3）制作印制电路板并组装、调试电路。

2.3设计目的

1．提高动手能力和创新能力

2．理论和实践相结合，学以致用

3．为毕业设计做准备

3、原理

3.1.直流稳压电源原理

 直流稳压电源是一种将220v工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变

压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，

图1-1

其中：

1）电源变压器：

是降压变压器，它将电网220v交流电压变换成符合需要的交流电压，并送給整流电路，变压器的变化比由变压器的副边电压确定。

2）整流电路：

利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。

3）滤波电路：

可以将整流电路输出电压中的交流成份大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。

4）稳压电路：

稳定电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载变化而变化。

3.2数显原理

为了更直观的观察直流电源的输出情况，我们必须要一个数字显示电路。

而数字显示电压表是精度十分的高和性能特别的稳定。

ICL7107是现时一种在数字仪表领域上应用非常广泛的三位半A/D转换器，它的用途非常广泛，不仅可以用于制作数字显示电压表，电路稍加改造，还可以用于制作数字电流表和数字温度计等实用的电路或仪表。

4、电路原理图

4.1数显模块

4.2电源模块图3-1

图3-2

5.直流稳压电源设计

5.1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。

图3-3

（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，本设计采用1A硅桥实现整流目的。

5.2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）。

本设计2只1000uf/50V的电解电容和2只470uf/63V的普通电容分别相并联作为滤波电容。

5.3稳压电路设计

由于芯片icl7107和共阳数码管都需要额外的电源，现用三端稳压器7805和7905设计一个正负5V的直流电源，电源可以与主电路共用一个变压器和整流桥以节约成本。

电源模块如图所示：

图3-6

6、数字显示电路设计

6.1芯片介绍

电源模块设计完成后，接下来就是数显模块的设计。

根据前面介绍我们选定了ICL7107芯片作为数显模块，ICL7107是一个3位半A/D转换器，是常用的数显模块芯片，本模块设计的重点就是了解它的原理，确定他的参数参数，选择元器件并设计出电路。

ICL7107将高精度、通用性和真正的低成本很好的结合在一起，它有低于10μV的自动校零功能，零漂小于1μV/OC，低于10pA的输入电流，极性转换误差小于一个字。

真正的差动输入和差动参考源在各种系统中都很有用。

在用于测试量负载但愿、压力规管和其他桥式传感器时会有更突出的优点。

另外，只要用十个左右的无源元件和一个LED屏就可以与ICL7107构成高性能的仪表面板，实现了低成本和单电源工作。

6.2元件管脚图

图3-7

6.3管脚说明

1号脚为电源端口，接+5V正电源，26号脚为负电源接口，接-5V，21号引脚接地，2号到8号引脚接最低位数码管，9号到14号、23号引脚接第二位数码管，15号到18号、22号到24号引脚接第三位数码管；31号端口外界R2电阻后用于接入待测电源的基准电平，可以输入±199.9mV的电压；37号引脚接TEST端口，用于检测电路是否正确，以及数码管是否有损坏；36号引脚接滑动变阻器，用于调试电路，精确读数；27,28,29引脚的元件数值，它们是0.22uF,470K,0.47uF阻容网络，这三个元件属于芯片工作的积分网络，不能使用磁片电容，并且把36脚基准调整到1.000V就可以使用在±1.999V量程了；32脚是模拟地；35脚是基准地；30脚是信号地；比例读数：

把31脚与36脚短路，就是把基准电压作为信号输入到芯片的信号端，观察此时数码管的读数；电路中用TL431及配合电阻电容实现信号放大。

6.4连接说明

数显模块和电源模块的连接，采用数显模块的负测量端、ICL7107芯片的21引脚和电源模块的接地端共同接地，数显模块的正测量端和电源模块的正、负电压输出端通过一个双向开关连接，当开关打向上端时，通过调节滑动变阻器W2就可以得到需要的正输出电压，电压值直接显示在数显模块上，当开关打向下端时，通过调节滑动变阻器W1就可以得到需要的负输出电压，并电压值直接显示在数显模块上。

6.5调试说明

由7107构成的A/D转换电路调试比较简单主要调试工作为基本量程200mV时的基准电压

=100mV的调整，调整时，基准电压

=100mV的值要用

的数字电压表进行测量。

7、PCB图

图7-1

图7-2

8、主要元件电路参数

8.1输入电压Ui

输出电压U0应与稳压电源要求的输出电压的大小范围相同，稳压电路的最大允许电流ICM

式中：

Uomax—最大输出电压

Uomin—最小输出电压

（Ui-Uo）min—稳压块最小输入输出压差

（Ui-Uo）max—稳压块最大输入输出压差

通常情况下我们取输入电压Ui比输出电压Uo大6V

8.2输出电压U2

通常根据变压器副边输出的功率Po来选择变压器。

对于容性的负载，变压器副边的输出电压U2与稳压器输入电压Ui的关系为

副边电流的取值标准为

8.3整流桥

因为指标要求最大电流为1A，最大整流电流If>（1.1*Io）/2=

最高反相工作电压U>

计算出来的整流二极管的参数为I=0.4954A，U=46.66V，可在IN4001~~IN4007中选择，这里选择的是IN4002。

本设计采用1A硅桥代替二极管效果更好。

8.4滤波电容

通常认为：

滤波电容越大越好。

这是因为整流特性与时间常数R.C的值有关，他的数值越大，电容放电越慢，滤波效果越好。

但滤波通常采用的是电解电容，太大将使电源体积增大，成本提高。

滤波电容C5≥（3～5）T/2R，T=1/50=0.02s,R≈V2/Iomax=15/1=15Ω，取C1=C2=1000uf，电容耐压值大于

，可取50V，电容的放电电流可取1A。

电容C3和C4用于抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生电感效应并消除输出电压中的高频噪声，其容量较小一般小于1uF，这里C3、4C选取0.33uF。

但是若C3和C4电容较大，一旦输入断开，C3和C4将从稳压器输出端向稳压器放电，容易使稳压器损坏。

因此可在稳压器的输入和输出端之间接一个二极管，起保护作用。

9、结论与心得

通过这次课程设计，复习和巩固了以前的的知识自是不用说，更重要的是这是一次将我们的理论知识运用于实践的的全新体验。

还有就是在整个设计制作过程中，小组成员之间甚至不同组成员之间密切配合，相互帮助，相互鼓励，共同完成了该次课程设计，增进了彼此之间的感情，锻炼了团结协作的能力。

这次设计虽然也有美中不足的地方，但是无论如何，完成了一个电子装置的设计与实物制作，这一次特殊体验让我们获益匪浅。