毕业设计（论文）数字显示多路电压设计

1、毕业设计（论文）毕业设计（论文） 论 文 摘 要 本设计主要讲了运用模拟技术和数字技术设计数字显示多路电压的一些原理 工作的方法，以及在设计中应该注意的一些事情，而且在设计中也详细的介绍了 所用芯片的功能及一些使用方法，因为我们所设计电路图时用到了 protel 2004 因 此在本设计中也介绍了一点 protel 2004 的知识。虽然对于本书设计中我们介绍的 芯片知识和 protel 2004 的知识可能较多，由有经验的设计者来看，这根本是不适 用，是没有必要做的事。但我想如果面向的是那些初学者以及一些业余爱好者就 不一样了，本设计中的知识不仅能让他们知道数字显示的制作过程，注意要则， 而

2、且我们所介绍的基础知识也能扩展出他们的思维让他们在以后的设计中举一反 三，对于他们以后的设计生涯有着很好的帮助。本设计中的特点是简单、易懂、 入门块，是初学者不错的选择。当然本设计中也有很多不足，设计中不能体现出 专业人的一面，希望多多提出意见，我们及时改正。 关键词关键词：数字显示多路电压，模拟技术，数字技术，protel 2004 abstract this design mainly spoke the utilization simulation technology and the numeral technical design numeral demonstration mult

3、i-channel voltage some principle work method, as well as some matters which should pay attention in the design, moreover the detailed introduction has also used the chip in the design the function and some application method, because we design time the circuit diagram used protel 2004 therefore also

4、 introduced protel 2004 knowledge in this design. although we introduced regarding this book design in the chip knowledge and the protel 2004 knowledge are possibly many, looked by the experienced designer, this is not suitable, is not the matter which unnecessary does. but i thought if faces is the

5、se beginners as well as some amateurs is dissimilar, not only in this design knowledge can let them know the digital demonstration the manufacture process, the attention important regulation, moreover we introduced the elementary knowledge also can expand their thought to let them extrapolate in lat

6、er design, has the very good help regarding they later design profession. in this design characteristic is simple, easy to understand, the basic block, is the beginner good choice. certainly in this design also has very many insufficiencies, in the design cannot manifest specialized persons one side

7、, hoped very much gives the comment, we correct promptly. key words: digital demonstration multi-channel voltages, simulation technology, digital technology, protel 2004 目录 论 文 摘 要.i abstract.ii 目录.iii 第 1 章设 计 基 础.1 1.1 常用电子元器件.1 1.2 电源设计芯片.4 1.2.1 lm317 和 lm337 芯片介绍 .4 1.2.1.1 基本原理.4 1.2.1.2 典型设计应

8、用.6 1.2.1.3 设计应用注意要则.9 1.2.2 78xx 和 79xx 系列芯片.10 1.2.2.1 基本原理.10 1.2.2.2 典型设计应用.10 1.2.2.3 设计应用注意要则.15 第 2 章 设计方法与设计工具.17 2.1 设计方法.17 2.2 设计工具.17 第 3 章 多路显示电压设计.22 3.1 工作原理.22 3.2 电路设计.23 3.2.1 集成稳压器的选择.23 3.2.2 整流滤波电路设计.24 3.2. 3 电源变压器设计.25 3.2.4 集成稳压器电路设计.25 3.2.5 散热设计.26 3.2.6 抗干扰接地设计.27 结 论.28 致

9、谢.29 参 考 文 献.30 附 录 1 .31 第 1 章设 计 基 础 我们要知道在电子电路系统的设计中，电源电路的设计占十分重要的地位。 电源电路工作是否稳定可靠直接影响到整个系统，因此对电源电路的设计，从电 路的选型、调试到与系统的配合，都应注意。 本章介绍电子设计中的一些常用的元器件的有关知识，以及本文设计中所要 用到的芯片的一些原理、应用还有用其的一点注意事项等。这些基础理论知识， 这是学习本书后续内容的必要准备，也是本书设计中选择的要点。 1.1 常用电子元器件 或许人人都知道这些元器件，但你是真的知道，了解并且会很好的应用他们 吗？那我们先看看下面的介绍，看看和你了解的是不是

10、一样。 1.1.1 电阻器 电子产品制作中常用的电阻器有：碳膜电阻器、金属膜电阻器、线绕电阻器 以及热敏电阻器等。 （1）碳膜电阻器。碳膜电阻器是通过将真空高温热分解出的结晶碳膜沉积在 柱形或管形陶瓷骨架上制成的。通过改变碳膜的厚度和使用刻槽的方法，可以变 更碳膜的长度，得到不同的阻值。由于此类电阻器价格低廉，故应用最广泛。 （2）金属膜电阻器。金属膜电阻器是用高真空加热蒸发（或高温分解、化学 沉积火烧身等方法）技术，将合金材料（有高阻、中阻、低阻 3 种）蒸镀在陶瓷 骨架上制成的。通过刻槽或改变金属膜厚度控制电阻值的大小。这种电阻器的耐 热性及稳定性均比碳膜电阻器好。同时，它的噪声低、体积小

11、，但价格贵，被广 泛运用于稳定性和可靠性较高的电路中。 （3）线绕电阻器。线绕电阻器是用高阻值的合金丝（即电阻丝，采用镍铬丝、 康铜丝、锰铜丝等材料制成）缠绕在绝缘基棒上制成的。它具有组织范围大 （0.15m） 、噪声小、电阻温度系数小、耐高温及承受负荷功率大（最大可 达 500w）等特点，缺点是高频特性差。线绕电阻器有固定式和可调式两种，可 调式是从电阻体上引一个滑动端子，可对阻值进行调整。 （4）热敏电阻器。热敏电阻器是一种对温度反应较灵敏，阻值会随温度的变 化而变化的非线性电阻器，通常由单晶、多晶等半导体材料制成。有正温度系数 （ptc）和负温度系数（vtc）两种类型。 正温度系数热敏电

12、阻器。在常温下其电阻值较小，仅有几欧姆至十几欧姆。 当流经它的电流超过额定值时，其电阻器能在几秒钟内迅速增大指数百欧至数千 欧以上。 负温度系数热敏电阻器。其电阻值与温度变化成反比，即当温度升高时，电 阻值会随之减小。 （5）电阻器的选用。在选用电阻器时，不仅要求各项参数符合电路的使用条 件，还要考虑外形尺寸和价格等多方面的要求。一般来说，其阻值应选用标准系 列，允许偏差多用5%的，其额定功率应大于实际电路功率要求的 1.22 倍以 上。在进行电子产品制作时，应仔细分析电路的具体要求。 对于要求稳定性、耐热性及可靠性较高的电路中，可考虑选用金属膜电阻 器。 对于要求功率大、耐热性好及使用频率不

13、太高的电路，则可选用线绕电阻 器。 对于无特殊要求的电路，可选用价格较低的碳膜电阻器，以降低产品成本。 1.1.2 电位器 电位器是一种阻值可调的电位器，对外有 3 个引脚，其中有两个为固定端， 另一个为滑动端（也称中心抽头端） ，改动滑动端的位置，可使其与固定端之间 的电阻值发生改变。在电路中常用电位器来调节阻值或电位。 （1）合成碳膜电位器。合成碳膜电位器（wth 型）是使用最多的一种，其电 阻体是用碳黑、石墨、石英粉及有机黏合剂等配制的混合物，涂在胶木板或玻璃 纤维板上制成的。其特点是分辨率高，阻值范围宽，但滑动噪声较大，耐热耐湿 性不好，精度不高（20%）体积较大，使用寿命短。由于其价

14、格低，故广泛应 用于一般电路中。 （2）有机实芯电位器。有机实芯电位器（ws 型）的电阻体是用碳黑、石英 粉、有机黏合剂等材料混合加热后，压入在塑料基体上，再经加热聚合而成。其 分辨率高、耐磨性好、阻值范围宽、可靠性高、体积下、寿命长；但耐压稍低、 噪声较大、转动力矩大。主要应用于对可靠性和温度要求较高的电子仪器中。 （3）线绕电位器。线绕电位器（wx 型）的电阻提示有电阻丝绕在涂有绝缘 材料的金属或非金属板上制成的，簧片在电阻丝上滑动。可制成精度达0.1%的 精密电位器和功率达 100w 以上的大功率电位器。 线绕电位器可分为单圈、多圈、多联结构；根据用途可制成普通型、精密型、 微调型；阻值

15、变化规律有线性和非线性两种。这种电位器的额定性高、耐压好、 精度高、噪声小，但阻值范围较小（一般为几欧至几十千欧） 。 (4)电位器的选用。选用电位器时，除了应根据实际电路的使用情况在确定外， 还要考虑调节和操作等方面的要求。 对于一般的电子仪器或家用电器，可选用有机实芯电位器或合成碳膜电 位器。 对于大功率的低频电路，可选用线绕电位器。 对于调整好以后不需再动的电路，可选用轴端锁紧式的电位器。 对于音响电路中用于音量调节的电位器，可选用指数式的电位器。 必须说明的是：电位器的额定功率是指固定端之间允许耗散的功率，滑动端 与固定端之间所能承受的功率通常小于电位器的额定功率，设计时应注意。 1.

16、1.3 电容器 电容器的种类较多，分类标准也不同，通常可按材料、用途、封装外形等分 类。在电子产品制作时，最常用的电容器有如下几种。 （1）金属化纸介电容器。金属化纸介电容器（cji 型）是采用真空蒸发技术在 涂有期末的纸上再蒸镀一层金属膜作为电极，卷制成圆柱体后封装在铝壳内，有 单向与双向两种引线方式 。这种电容器的体积小、容量大、成本低，突出的特 点是受高压击穿后能够“自愈” 。但其电容量不稳定，自身电感和损耗都较大， 通常仅适合频率和稳定性要求不高的电路。 （2）云母电容器。云母电容器（cy 型）是采用云母作介质，在云母表面上喷 一层金属膜（通常为银）或用金属箔作为电极，按需要的容量叠片

17、后经浸渍压塑 在胶膜壳（或金属外壳、陶瓷外壳、塑料外壳）内构成的。 云母电容器具有稳定性好、分布电感小、精度高、损耗小、绝缘电阻大、温 度特性及频率特性好等优点，其容量范围为 551000pf，工作电压为 50v7kv，适用于高频电路、脉冲电路和要求高稳定性的电路。 （3）瓷介电容器。瓷介电容器（高频 cc 型、低频 ct 型）也称陶瓷电容器， 它用陶瓷材料作为介质，在陶瓷的表面涂覆一层金属（通常为银）薄膜，再经高 温烧结后作为电极。若在陶瓷薄膜上印刷电极，叠层烧结，就可制成独石电容器， 独石电容器的单位体积比瓷片电容器小。根据其使用的陶瓷材料的介电性能不同， 有高频瓷介电容器与低频瓷介电容器

18、两种。 高频瓷介电容器。由于高频瓷介电容器体积小、耐热性好、绝缘电阻高、 损耗低、稳定性高，故常应用于要求低频损耗和容量的高频电路和脉冲电路中， 也可用于温度补偿电路中。 低频瓷介电容器。其绝缘电阻低、损耗高、稳定性差，但其容量大，特别 是独石电容器的容量可达 2uf 以上，故常用于对损耗和容量稳定性要求不高的低 频电路中或作为信号旁路或欧和使用。 （4）涤纶电容器。涤纶电容器（cl 型）是用聚酯薄膜慰藉着制成的一种正温 度系数无极性电容器（即温度升高时，电容量较大） 。它具有耐高温、耐高压、 耐潮湿、价格低等优点，一般应用于中、低频电路中作为旁路电容等。 （5）铝电解电容器。铝电解电容器（c

19、d 型）是将附有氧化膜的铝箔（正极） 和浸有电解液的衬垫纸，与阴极（负极）箔叠片一起卷成圆筒形，封装在铝壳内。 由于极间单向导电特性，电解电容器不能用于交流电路。它的损耗大、绝缘电阻 小、漏电大，但其单位体积的电容量比其他任何电容器都大得多，容量可达数千 微法。故适用于电源滤波和音频旁路电路中。 （6）钽电解电容器。钽电解电容器（ca 型）有无极性钽电解电容器和有极性 钽电解电容器之分。有极性钽电解电容器的阳极材料采用金属钽材料，与铝电解 电容器相比，其介质损耗小、频率特性好、耐高温、漏电流小，但生产成本高、 耐压值低，广泛应用于对电性能要求较高的电路，如积分电路、计时电路和延时 电路等。 （

20、7）可变电容器。可变电容器由很多定片与动片组成的平行板式结构，动片 与定片之间用介质（空气、云母或聚苯乙烯薄膜）隔开，动片组可绕轴相对定片 组旋转 0180，从而改变电容值的大小。 可变电容器按其结构分为单联、双联和多联，双联可变电容器又分为两组片 子最大容量相同的等容双联，以及两组片子最大容量部的差容双联。 较常见的小型密封薄膜介质可变电容器（cbm 型）采用聚乙烯薄膜作片间介 质，体积小，在半导体收音机中（作调谐选台用）应用相当广泛。串联可变电容 器容量范围一般为 7/270pf 或 7/360pf，双联可变电容器的最大容量一般为 270pf。 （8）微调电容器。微调电容器（ccw 型）在

21、两块同轴的陶瓷片上分别涂一层 半圆形的银层，定片固定不动，通过旋转动片来改变两银片之间的距离，即可在 较小的范围内改变电容量的大小，通常在高频回路中需要微调电容时使用。 电容器的选用要根据实际电路的使用条件和要求来确定。 对于一般极间耦合，多选用金属化纸介电容器或涤纶电容器。 对于电源滤波和低频旁路，通常选用铝电解电容器。 对于高频电路或对电容量要求稳定的场合，应选用瓷介电容器、云母电容 器或钽电解电容器。 对于经常调整的电路，应选用可变电容器。对于不经常调整的电路，则可 选用微调电容器。 定时电路对容量允许偏差有较高要求，一般电路对电容器的容量允许偏差 要求不高，特别是在耦合或旁路电路中，往

22、往电容量相差几倍也没有很大关系。 额定直流工作电压一般应选为实际电路中所承受的电压的 2 倍以上。但对 于电解电容器，如果实际电路中的电压低于其额定直流工作电压的一半，则反而 容易使电容器的损耗增大，故一般电解电容器的实际承受电压为额定直流工作电 压的 5070%。 极性电容器在使用时，不能将极性接反。 1.1.4 半导体二极管 按照结构工艺的不同，二极管分为点接触型和面接触型两种。由于点接触 型二极管的 pn 接触面积小，结电容也小，故适用于高频电路；又因为其允许流 过的电流较小，通常用作检波和在小电流状态下工作。 面接触型二极管的 pn 接触面积大，允许流过的电流也大，但结电容相应也 大，

23、故不适合在高频电路中使用，通常多用于频率较低的场合，如整流电路。 二极管有硅管和锗管两种，它们的电阻和正向导通（pn 结电压）均不一样。 锗二极管。其正向电阻很小，正向导通电压约为 0.20.3v，适用于小信 号检波。 硅二极管。其反向漏电电流比锗二极管小得多，其不足之处是要有较高的 正向电压才会导通（约 0.60.7v） ，只适用于信号较大的电路。 二极管正向导通时，要特别注意它的正向电流不能超过最大值，否则将烧 坏 pn 结。 由于二极管的核心是一个 pn 结，它的导电性能与温度有关，温度升高时 二极管正向特性曲线向左移动，正向压降减小；反向特性曲线向下移动，反向电 流增大。 在电子产品制

24、作中，普通二极管应按极性安装与电路中，稳压二极管的负极 应与电源的正极相接，其正极应与电源负极相连。 1.2 电源设计芯片 为了更好的应用芯片，我们必须很好的了解应用到的每个芯片的原理及其应 用，因此我们在此介绍了本设计中所应用到的芯片。 1.2.1 lm317 和 lm337 芯片介绍 1.2.1.11.2.1.1 基本原理基本原理 lm317 和 lm337 系列是美国国家半导体公司生产的三端可调稳压集成电路， 广泛应用于各种电器的电源电路中。lm317 系列是正稳压集成电路，其内含稳 定电路、取样电压放大电路、调整电路以及其他一些辅助功能电路；lm337 系 列是负稳压集成电路。 其特点

25、是： （1） 输出电压，lm317 为 1.2 v 37 v；lm337 为1.2 v 37 v。 （2） 封装、输出电流与功率容量见表 器件号后 缀 封装额定功率 设计负载 电流 kto-320w1.5a hto-392w0.5a lm317 tto-22020w1.5a mpto-2022w0.5a kto-320w1.5a hto-392w0.5a tto-22015w1.5a lm337 mpto-2027.5a0.5a （3）lm317 引脚功能及数据见表 在路电阻 引脚功能电压（v） 红笔测量黑笔测量 调整2.070.280.28 输入8.226.44.8 输出3.30.480.4

26、8 （4）只需两只外接电阻以设定输出电压和一只电容做频率补偿元件。 （5）线路电压调整率和负载调整率都优于标准固定稳压器。 （6）内部保护措施完善。有内部电流限制、热关闭和输出晶体管安全区补偿， 即使调节端没有连接，所以超载保护电路也可完全保留其功能，提供全超载保护。 （7）输出短路保护，悬浮特点。 1.2.1.21.2.1.2 典型设计应用典型设计应用 以 lm317 正三端可调稳压电源应用为例介绍，lm337 负三端可调稳压电源 应用可类推。 （一）1.2 v 25 v 可调稳压器 1u c2 0.1u c1240 r1 vinvout gnd lm 317 5k r2 voutvin=2

27、8v 如图所示是 lm317 接成可调稳压电源最典型的应用，其输出电压范围为 1.2 v 25 v。该电路十分简单，输出电压 vout 1.25 （1r2r1）ignd r2 其中，1.25 v 电压为调整端的固定基准电压；ignd 为调整端引脚电流，典 型值为 50ua。 注意事项： （1）一般地，r1240。 （2）厂家提供的设计负载电流在 1.5 a 以上，但在高输入输出电压时实际上 芯片无法提供全负荷输出电流，设计电路时要特别注意，考虑到这点。 （2）c1 滤波电容应尽可能靠近集成稳压器的输入端，特别的整流电路的滤波 电容距集成稳压器 10以上时，必须加上 c1。 （3）c2 的作用是

28、改进瞬态响应和输出阻抗，一般采用 1 1000 uf 的铝电 解电容器。 (4) 用 lm317t 制作可调稳压电源，常因电位器接触不良时输出电压升高而 烧毁负载。如果增加一只三极管（如下图所示） ，在正常情况下，t1 的基极电位 为 0，t1 截止，对电路无影响；而当 w1 接触不良时，t1 的基极电位上升，当 升至 0.7v 时，t1 导通，将 lm317t 的调整端电压降低，输出电压也降低，从而 对负载起到保护作用。如去掉三极管、断开 w1 中心连线，3.8v 小电珠立刻烧毁， 测出输出电压高达 21v。而加有 t1 时，小电珠亮度减小，此时 lm317t 输出电 压仅为 2v，从而有效

29、地保护了负载。 （二）数控可调稳压器 240 r 1 r 2 vinvout gnd lm 317 vinvout 入入 如图所示是数控可调稳压器，电路实质上是用输入信号来控制不同的三极 管导通，使稳压器的下分压电阻值变化，从而改变稳压器的输出电压。输入的控 制信号可以是 a / d 转换器来的信号，也可以是模拟开关切换来的信号。r2 可选 择不同阻值电阻，以满足不同的 vout 值。 注意：输入的控制信号幅度要足够大，使三极管处于饱和导通状态，否则 输出电压将不准确。 （三）具有保护二极管的稳压器 240 r1 vinvout gnd lm 317 vinvout c1 10u c2 d1

30、in4002 d2 in4002 r2 如图所示是具有保护二极管的稳压器。d1 用于防止输出电容 c1 在输入端电 压低于输出端电压时，c1 放电灌入稳压器而损坏稳压器。d2 用于防止输出端短 路时，调整端电容 c2 放电灌入稳压器而损坏稳压器。c2 用于抑制纹波。 设计注意：lm317 内部连有一个 50 电阻，限制电容峰值放电，当其电 压为 25v 或者更低，以及输出电容量为 10 uf 时，无需保护。 （四）大电流可调稳压器 q2 lm195 120 r422 r1 5k r2 500 r3 vinvout gnd lm317 vinvout 47u c3 10u c2 10u c1 i

31、n4002 5k r5 q1 2n2995 如图所示是大电流可调稳压器，电路的扩流原理与三端固定稳压器的扩流原 理相同。 （五）1a 恒流源 1.2/2w r vinvout gnd lm 317 vin 入入 0.1u c 如图所示是 1a 恒流源，电路利用了调整端 1.25v 电压固定这一特点构成， 即输出电流： iout 1.25 vr1 1.25v1.21a 设计注意事项： (1) 用 lm317 构成恒流源的恒流特性比用三端固定稳压器要优越的多。为 lm317 调整端 1.25v 电压的稳定性和精度都非常好，因此如果条件许可，应尽 可能选用 lm317 构成恒流源。 (2) 如果将图

32、中 r1 改为电位器，则该电路变为可调恒流源，电流可在 1a 内 变化。 （六）高大增益放大器 t lm 195 2.4 r2 10k r1 vinvout gnd lm 317 v+ 入入 入入 如图所示是高大增益放大器。该电路将 lm317 接成恒流源，作为放大管 t 的集电极负载，利用恒流源动态电阻很大的特点构成高增益放大器。 （七）具有电子关闭功能的 5v 逻辑稳压器 t 2n2219720 r2 240 r1 1k r3 vinvout gnd lm317 vin 0.1u c2 0.1u c1 vout 5v7 35v ttl 如图所示是具有电子关闭功能的 5v 逻辑稳压器。当控制

33、端 ttl 输入为低电 平时，三极管 t 截止，稳压器正常工作输出；当控制端 ttl 输入为高电平时， 三极管 t 饱和，稳压器关闭，无电压输出。 注意：控制端 ttl 的输入电压幅度要足够大，使 t 处于饱和状态，才能将 稳压器关闭，无电压输出，否则将造成稳压器不能可靠关闭，仍有 一定电压输 出。 1.2.1.31.2.1.3 设计应用注意要则设计应用注意要则 （一）外接旁路电容 (1) 在输入端接一只 0.1uf 瓷介电容对所有应用都适应。 (2) 在调节端加滤波电容可阻止当输入电压增大时纹波被放大。采用 10uf 滤 波电容可将纹波抑制 80db，但当滤波电容的容量增至 10uf 以上时

34、，并不能抑制 120hz 频率以上的纹波。 (3) lm317 输出端可以不用滤波电容就能稳定工作。但像任何反馈电路一样， 输出端外接负载中电容的某些值可能引起过度的减幅振荡。这种振荡发生在电容 量为 500 5000pf 的电容之间，因此在 lm317 输出端采用滤波电容，就可阻 塞这种效应，一般在输出端接 25uf 铝电容，以保证电路的稳定。 （二）提高负载调整率 负载调整率是指当芯片温度不变而负载电流变化时输出电压的变化。 lm317 可以提供极好的负载调整，但如果将调整端至输出端的设定电阻（通常 为 240）接在靠近负载端，则负载调整率将成倍地变坏。设计者在布置印刷 电路板时一定要考虑

35、到这点，应将该电阻接在芯片的输出端。 （三）采用保护二极管 保护二极管应选用能经受瞬间大电流冲击的管子。大多数 10uf 电容器都 具有低的内部串联电阻，在短路时足以提供 20a 的尖峰电流，虽然这种冲击电 流是短暂的，但有足够的能量造成元件损坏。因此应选用 in4000 系列的二极管。 （四）悬浮特点 lm317 和 lm337 三端可调稳压电源系列的一大特点是“悬置” ，即仅看到 输入及输出的电压的差值，只要输入与输出电压差不超过额定值，即可避免输 出短路，就可以稳定数百伏的电源电压。 1.2.2 78xx 和 79xx 系列芯片 1.2.2.11.2.2.1 基本原理基本原理 78xx

36、和 79xx 系列是应用非常广的稳压集成电路。78xx 系列是正稳压集成电 路，79xx 系列是负稳压集成电路，其特点是： （1）输出电流，78xx 和 79xx 为 1a；78mxx 和 79mxx 为 500ma；78lxx 和 79lxx 为 100ma。 （2）输出电压为 5v、6v、8v、12v、15v、18v、24v。 （3）无需外接元件，内部保护措施完善，有内部电流限制、热关闭和输出晶 体管安全区补偿，不易损坏。 （4）78xx 和 79xx 系列产品实质上是串联型集成稳压电源，与分立元件组成的 串联型稳压电源一样，有调整管、电阻分压取样、基准、比较放大等环节。与分 立元件组成的

37、串联型稳压电源相比，78xx 和 79xx 系列具有内部多种保护措施， 且内部保护措施十分完善。 1.2.2.21.2.2.2 典型设计应用典型设计应用 78xx 和 79xx 系列内部有许多保护措施，因此使用方便，除了接成固定的稳 压器外，还可以有许多功能的扩展应用。 （一）固定稳压器 vinvout gnd lm78xx vin 0.1u 0.33u c vout _ + _ vinvout gnd lm79xx vin 1u2u cvout _ + _ 如图为 78xx 和 79xx 接成的固定稳压器电路。 设计注意事项： （1）输入端、输出端电容器的数值由集成电路生产厂家提供，实际使用

38、时可 根据具体情况加大其电容量。 （2）输入端、输出端电容器在实际电路板上的位置应尽可能靠近稳压器的输 入端和输出端，不可以放在负载端，否则滤波效果不好。 （二）可调稳压器 1简单可调稳压器 由 78xx 组成的简单可调稳压器如图。 设计注意事项： （1）该电路简单，只需几个元件就可以工作，改变 r1、r2 的分压比即可 改变输出电压，但是只能在其固定稳压输出值的范围内改变。如 7806，就只能 在 6v 范围内可调。输出电压 vo vxx（1r2r1） 考虑到公共端静态电 流，所以输出电压 vo 公式为近似值。 （2）79xx 接成方法一致。 2大范围可调稳压器 如图所示为采用运放接成大范围

39、可调稳压器。该电路中运放作为跟随器，克 服了公共端静态电流 iq 的影响，使输出电压 vo vxx （1rw2rw1） 其中，rw2、rw1 为电位器 rw 中心滑片在不同位置时上下部分的阻值。 注意事项： （1）图中表明的输入电压 vi33v 为最大输出电流，在该输入电压下， 输出电压 vo 从 730v 连续可调。具体使用时要要根据实际所需的输出电压可调 范围，来确定所用的输入电压。原则上是在保证正常工作的前提下，尽可能使用 低的输入电压，以减少稳压器的功耗。 （2）运放可采用其他通用型运放，如 lm324 等。 （3）79xx 系列可用同样的方法接成大范围可调稳压器。 （三） 恒流源 如

40、图所示为 78xx 接成的恒流源。该电路利用了固定稳压器输出为固 定值得特点，输出电流 iovxxriq 可见 io 与负载电阻 rl 无关，因此输出电流为恒流。 注意事项： （1） 选择电阻 r 时，应使 io iq ，以避免 iq 变化对恒流特性的影响。 （2）该电路可用于电池充电器，将不同阻值的 r 分挡接入，用开关转换，构成 不同充电电流的充电器。 （四）输出电流的扩展 1 加功率管扩流 如图所示电路均采用功率管扩流。图（1）利用 r1 作为过流保护取样电阻， 当输出电流增大超过一次定值时，r1 上压降增大，使 t 的 vbe 减小，流过 t 的 集电极电流下降，限制输出电流增大，从而

41、保护了功率管。图（2）电路是在图 （1）电路的基础上加一个三极管作为短路保护，当输出短路时，输出电流剧增， rsc 上压降增大，使 t2 迅速导通分流，从而起到保护作用。以上两电路的输出 电流不大于 7a。 2 并联扩流 如图所示为并联扩流支路这是一种监督、无需调整的实用电路，利用多片 固定稳压器并联输出，总输出电流为各个固定稳压器输出电流之和。79xx 系列 可用同样的方法组成并联扩流电路。 设计注意事项： （1） 实际使用时，要选用同一厂家、同一型号的产品，以保证其参数的一 致性。 （2） 设计电路时，输出电流要留有 10% 20%的裕量，以防止个别稳压器 失效时造成连锁反应，烧毁稳压器。

42、 （3） 可在各个固定稳压器输出端串联一个小电阻，以均衡输出电流。 （五）输出电压的扩展 如图所示为输出电压扩展电路。稳压管 dw 将固定稳压器的公共端抬高了一 个稳压管的稳压值 vdw，输出电压为 vo vxxvdw 只要选择合适稳压值的稳压管 dw，就可得到所需的输出电压。79xx 系列可 用同样的方法扩展输出电压。 （六）电压极性变换 如图所示是在手上只有正（或负）固定稳压器，而缺少另一种固定稳压器时 采用的方法，其基本电路如图（1）所示，其应用电路如图（2） 。 设计注意事项：电压极性变换电路的输入电压是悬空输入的，而不是对地输 出。 1.2.2.31.2.2.3 设计应用注意要则设计

43、应用注意要则 （一）并联二极管 d 的保护作用 并联二极管 d 接在输入与输出之间，如图所示。当稳压器输入端短路或输出 电压升高超过输入电压时，若没有并联二极管 d，则输入端短路会使输入端迅速 接近地电荷，而输出端由于有大电容储存电荷，仍保持初始的输出电压。该输出 电容将通过内部二极管和寄生晶体管放电。如果放电电流足够大，则内部二极管 和只能承受低电流的内部金属将被烧坏。加了并联二极管 d 后，二极管 d 在输出 端电压高于输入端时迅速分流，从而起到保护作用。 一般来说，输出电容量10uf 时无需接保护二极管 d （二）稳压器未接低的情况 当接地引脚单独断开时，要注意输出电压不为零，而是与未稳

44、压的输入电压 一致。如果不注意，这时高电压很可能会造成与稳压器输出端相连的负载损坏。 如果地再与电源通路连接，也可能损坏稳压器。 （三）瞬变电压的防护 如果输入端存在瞬变电压，要注意当瞬态电压超过稳压器的最大额定输入电 压或低于0.8v 且瞬态电压的能量足够时，将损坏稳压器。 解决的办法是在输入端采用大的输入电容，或用扼流电感和瞬变电压吸收阻 尼元件，来抑制瞬变电压。 （四）静态工作电流与功耗 集成稳压器在没有负载时，为了维持自身工作，都有一定的静态工作电流。 各种集成稳压器有着不同的静态工作电流，如：7806c 典型值为 4.3ma，最大值 为 8ma;7818 典型值为 4.5ma，最大值

45、为 6.0ma。这些静态电流虽然看上去似乎很 小，但如果系统采用电池供电（如一些手持式、便携式装置） ，则静态电流的损 耗就不可忽视了，设计电路时必需予以考虑。 （五）输入端与输出端的压差 78xx 和 79xx 系列的内部线路中，其核心部分是典型的串联稳压器结构。因 此 78xx 和 79xx 系列在使用时要求输入端与输出端要有一定的压差，通常要大于 2.5 3v。如：7806 的输入电压必须在 8.5v（或 9v）以上，7812 的输入电压 必须在 14.5v（或 15v）以上。有了这个压差，内部的串联稳压器中的调整管及 其电路才能正常工作。 反之，如果输入电压与输出端压差低于 2.5 3

46、v，稳压器就工作在可变电 阻的状态，输出特性将变差，失去稳压作用。例如对于 7805，在设计中必须保 证 7805 的输入电压i 和输出电压o 的压差大于 2.5，即 io2.5，否则失去稳压能力，同时考虑到功耗问题，此压差又不宜太， 太大则增加 7805 本身的功率消耗，增加芯片的温升，不利于安全。 （六） 实际输出电流与标称输出电流的差异 78xx 和 79xx 系列产品使用手册上标称输出电流超过 1a，但在实际使用中， 输出电流在 800 900 ma 以上时，输出电压的纹波就很大了。而此时用万用表 测量输出电压，其值仍为额定值，但稳压型能已下降，这一点往往会被忽视。 （七）散热片与芯片

47、允许的最大功耗 78xx 和 79xx 系列的功耗，在厂家使用说明中没有给定，只是在绝对最大额 定值中表明“内部限定” 。但从厂家（以美国国家半导体手册为例）提供的典型 特性曲线可以看出，随着温度的升高，芯片允许的最大功耗将下降，并且温度越 高，其下降越快。若设计时不注意这一点，会使某些产品在温度较高的环境中工 作不稳定，甚至造成芯片损坏。 例如，to-3 封装的 78xx 产品在 25时允许最大功耗为 20w，但当环境温度 上升到 100时只有 10w 了。解决方法是给稳定芯片加散热片，并注意散热片的 温度大小对最大使用功耗有很大影响，同时要注意整机的通风散热。 （八）79xx 与 78xx

48、 的区别 从 78xx 和 79xx 系列的引脚图上我们可以看出，78xx 的公共端（地）与散 热片是相连的；而 79xx 的散热片却与输入端相连。在设计有正负电源，同时使 用 78xx 和 79xx 的电路时，不可将两者的散热片连在一起，否则将造成输入端短 路，损坏变压器和整流二极管。 第 2 章 设计方法与设计工具 2.1 设计方法 为达到设计要求，本文设计首先运用电源变压器将交流 220v 的市电电压转 变为 18v 左右的交流低电压，而对于输出设备要求的是直流电源，因此我们用 能充分利用电源的桥式整流电路整流为直流，在经过滤波电容得到 24v 的直流 电压，在经固定稳压器稳压。因为接入

49、负载要求与承受的电压不相同，因此我们 又采用三端集成可调稳压器，通过调节，得到相应的电压。 2.2 设计工具 对于本设计运用的工具主要的是画图工具，然而在繁多的工具中我们选用功 能较强的原理图绘制工具protel 2004 2.2.1 protel 2004 组成与特点 protel 2004 是 altium 公司于 2004 年 2 月推出的一套最新的完整的板卡级 设计系统，主要运行于 windows xp 或 windows 2000 环境中。该软件从多方面改 进和完善了 protel dxp 版本，使其具有更高的稳定性、增强的图形功能和超强 的用户界面。因此，protel 2004 设

50、计系统也被称为 dxp 2004。 protel 2004 几乎将所有的电子电路设计工具集成在单个应用程序中。它通过 把电路图设计、fpga 应用程序的设计、电路的仿真、pcb 绘制编辑、拓扑自动 布线、信号完整性分析和设计输出等技术完美融合，为用户提供全线的设计解决 方案，使用户可以轻松进行各种复杂的电子电路设计。 protel 2004 已经具备了当今所有先进的电路辅助设计软件的优点，能进行任 何从概念到成型的板卡设计，而不受设计规格和复杂程度的束缚。作为单一的板 卡设计应用程序，能提供前所未有的、最高程度的工具集成功能。 2.2.1.1 protel 2004 的组成 protel 20

51、04 从功能上可分为以下几个部分：电子电路原理图（sch）设计、 电子电路原理图（sch）仿真、印制电路板（pcb）设计、电子电路实现前后的 信号完整性分析和可编程逻辑器件（fpga）设计等。 protel 2004 将原理图编辑、pcb 图绘制及打印等功能有机结合在一起，形成 了一个集成的开发环境。在这个环境中，所谓的原理图编辑，就是电子电路的原 理图设计，是通过原理图编辑器来实现的，原理图编辑器为用户提供高速、智能 的原理图编辑手段，由它生成的原理图文件为印制电路板的制作做准备工作。所 谓 pcb 绘制，就是印制电路板的设计，它是通过 pcb 编辑器来实现的，其生成 的 pcb 文件将直接

52、应用到印制电路板的生产中。 2.2.1.2 protel 2004 的特点 protel 2004 的原理图编辑器，不仅用于电子电路的原理图设计，它还可以输 出设计 pcb 板所必需的网络表文件，设定 pcb 板设计的电气法则，根据用户的 要求输出令用户满意的原理图设计图纸。它支持层次化原理设计，当用户的设计 项目较大，很难再一张原理图上完成时，可以把设计项目分为若干子项目，子项 目可以在划分成若干功能模块，功能模块还可以再往下划分，直至底层的基本模 块，然后分层逐级设计。 protel 2004 的 pcb 编辑器，提供了元件的自动和交互布局，可以大大减少 布局工作的负担，并且提供多种走线模

53、式，适合不同情况的需要。当与在线规则 冲突时，potel 2004 会有亮度显示，避免交互布局或布线时出现错误。protel 2004 最大限度地满足了用户的设计要求，不仅可以放置半通孔、深埋过孔，而且还提 供了各式各样的焊盘；大量的设计法则，通过详尽全面的设计规则定义，可以为 电路板设计符合实际要求提供保证；具有很高的手动设计和自动设计的融合程度， 对于电路元件多、连接复杂、有特殊要求的电路，可以选择自动布线与手工调整 相结合的方法；元件的连接采用智能化的连线工具，在 pcb 电路板设计完成后， 可以通过设计法则检查，来保证 pcb 电路板完全符合设计要求。 protel 2004 可以通过

54、原理图编辑器的设计同步器来实现与 pcb 电路板的同步。 它采用设计同步器更新目标 pcb，用户根本不必处理网络表文件的输出与载入， 并且在信息向 pcb 电路板的传递过程中，设计同步器会自动在 pcb 电路板的文 件中更新电气连接的信息，对修改过程中出现的错误还会提供报警信息。与此类 似，在 pcb 电路板的设计过程中，通过印制电路板编辑器内的设计同步器也能 更新原理图设计。 protel 2004 提供了丰富的元件库，几乎覆盖了所有电子元器件厂家的元件种 类。 protel 2004 是真正的多通道设计，可以简化多个完全相同的子模块重复输入 设计，在 pcb 编辑时也可以提供这些模块的复制

55、操作，不必一一布局布线。 protel 2004 采用了一种查询驱动的规则定义方式，通过语句来约束规则的适用范 围，并且可以定义同类别规则间的优先级别。protel 2004 还带有智能的标注功能， 通过这些标注功能可以直接反映对象的属性。用户也可以按照需要选择不同的标 注单位、精度、字体方向、指示箭头的样式。protel 2004 丰富的输出特性，支持 第三方软件格式的数据交换。protel 2004 的输出格式为标准的 windows 输出格 式，支持所有的打印和绘图仪的 windows 驱动程序，支持页面设置、打印预览 等功能，输出质量有明显提高。 2.2.3电路原理图（sch）设计 原

56、理图设计流程如图： （1）设置图纸规格，portel 2004 原理图编辑区启动后，首先要对绘制的 电路有一个初步的构思，设计好图纸的大小。设置合适的图纸大小是设计好原理 图的第一步。图纸大小是根据电路图的规模和复杂程度而定的。一般情况下，可 以使用系统默认的图纸尺寸和相关设置，在绘图过程再根据实际情况调整图纸设 置，或在绘完图后在调整。 （2）设置原理图编辑全系统参数，如设置橵格大小和类型，光标类型等， 大多数参数可以使用系统默认值。 （3）放置元件、导线等相关图件，如果电路图最终将为 pcb 制板提供设 计参数时，一定要注意元件封装的定义和设定。protel 2004 集合库中的元件都带

57、有封装，为设计提供了很大的方便，如果自己创建新元件，鉴于创建集合库元件， 这样会提高设计速度和质量。 （4）原理图的调整，利用 protel 2004 原理图编辑器提供的各种编辑工具， 将图纸上的图件进行编辑和调整，如电气检查、参数修改、元件排列、自动标志 和各种标注文字等，构成一个完整的原理图。 （5）报表输出，通过 protel 2004 原理图编辑器提供的各种报表工具生成 各种报表。 （6）文件保存及打印输出。 2.2.3 pcb 流程设计 前面一节就已经介绍了原理图设计的流程，而原理图设计等工作只是从原理 上给出了电气连接关系，其功能的最后实现是依赖于 pcb 板的设计，现介绍 pcb

58、 的设计流程。总的来说，设计印制电路板可分为十几个步骤，其具体设计流 程如图： 其中，准备原理图和规划印制电路板为印制电路板设计的前期工作，其他步 骤才是设计印制电路板的工作，现将所有步骤具体内容介绍如下。 （1）准备原理图：印制电路板设计的前期工作绘制原理图。这个内容已 在前面介绍了。当然，在有些特殊的情况下，例如电路比较简单，可以不进行原 理图设计而直接进入印制电路板设计，即手工布局、布线；或者利用网络管理器 创建网络表后进行板自动布线。虽然，不绘制原理图也能设计 pcb 图，但是无 法自动整理文件，这会给以后的维护带来极大的麻烦，况且对于比较复杂的电路， 这样做几乎是不可能的。 （2）

59、规划印制电路板：印制电路板设计的前期工作规划印制电路板。 这里包括根据电路的复杂程度、应用场合等因素，选择电路板是单面板、双面板， 还是多面板板，选取电路板的尺寸，电路板与外界接口形式，以及接插件的安装 位置和电路板的安装方式等。 （3）设置环境参数：这是印制电路板设计中非常重要的步骤。主要内容有设 定电路板的结构、尺寸和板层参数。 （4）导入数据：主要是将由原理图形成的电路网络表、元件封装等参数装入 pcb 空白文件中。protel 2004 提供一种不通网络表而直接将原理图内容传输到 pcb 文件的方法。当然这种方法看起来虽然没有直接通过网络报表文件，但这些 工作由 protel 2004

60、 内部自动完成。 （5）设定工作参数：电气栅格，可视栅格的大小和形状，公制与英制转换 （view/toggle units） ，工作层面的显示和颜色等。大多数参数可以用系统的默认 值。 （6）元件布局：元件布局分为自动布局和手工布局。一般情况下，自动布 局很难满足要求。元件布局应当从机械结构、散热、电磁干扰、将来布线的方便 性等方面进行综合考虑。 （7）设置布线规则：布线规则设置也是印制电路板设计的关键之一。布线规 则是设置布线时的各个规范。如安全间距、导线宽度等，这是自动布线的依据。 （8）自动布线：protel 2004 系统自动布线功能比较完善，也比较强大。如参 数设置合理，布局妥当，一