论文选读与写作训练

1、论文选读与写作训练所属系别： 物理与电子工程系专业：电子科学与技术班级：姓名：学号：日 期： 简易数控直流稳压电源设计 系 别：物理与电子工程系 学科专业：电子科学与技术 学 号： 姓 名：目 录1 引言12 直流稳压电源的总体设计13.相关模块的具体设计33.1供电电源设计33.2“+”“-”按键控制及数字控制部分63.3数字显示电路设计63.4 稳压电路 74.实验与结果85. 参数测试9 5.1 测量稳压电源输出的稳压值及稳压范围 9 5.2 测量稳压电源的稳压系数SU9 5.3.测量稳压电路的输出电阻Ro9 5.4测量稳压电源的纹波电压和纹波因数96. 结束语 107. 致谢 108.

2、 参考文献 109. 英文摘要 1110. 作者简介11简易数控直流稳压电源张艾怡运城学院 山西省运城市044000摘要：介绍一种直流稳压电源的设计和制作。输出电压：范围 2-9V，步进1V，波纹电压不大于10mV;最大功率要求10W以上;具有过压、过流保护;输出电压值由数码管显示;由“+”、“”两键分别控制输出电压增减;为实现上述几部分工作，自制一稳压电源，输出12V、+5V。关键词：直流稳压电源；集成电路;步进引 言现代工业和自动化生产过程中，会涉及大量的动态检测和控制问题，其中振动和冲击的精确测量显得尤其重要。对于振动和冲击信号的获取，最常见的是用压电加速度传感器，它将力学的输入信号转变

3、为电信号。但是，这个输出信号必须要做适当的处理才能应用。直流稳压电源一般分为线性和开关电源两类。对于单片机数字控制的电路系统，通常采用基于 PWM 控制的开关电源；而对于放大器的模拟控制系统，采用线性直流稳压电源则更具有优势。线性直流稳压电源具有稳压和滤波的双重作用，产生的干扰很小，随着集成电路技术的发展，较高输出电流和数值可调的集成稳压器相继出现，由此而构成的线性直流稳压电源结构简单，维修方便，功率 200W 以下时，整机的体积也不大。一般来讲，线性直流稳压电源的纹波抑制比，电压调整率和噪声抑制等性能比开关直流稳压电源要好。更重要的是工作可靠，故障率低，更适合于放大器的模拟控制系统。因此，针

4、对电荷放大器的需要，本文提出了一种基于集成稳压器的多输出线性直流稳压电源的设计。2 直流稳压电源的总体设计数控直流稳压电源主要包括三大部分：电源供电部分，稳压电路部分和可逆计数和显示电路部分，原理图为图1。其中电源供电部分包括电压输入和滤波、整流电路。可逆计数设计部分包括数控模拟选通和可逆计数器，其设计原理框图为图5.输入的电流波形形经过降压、整流、滤波和稳压，获得所需的直流电压输出，其过程如图2所示整流电路用硅整流桥将交流电整流，输出脉动直流电。滤波电路选用一个2200F的大容量电解电容C1和一个10 nF 的小容量涤纶 CL11 型电容 C2并联滤波，如图 3 所示。理论上，在同一频率下容

5、量大的电容其容抗小，这样一大一小电容相并联后其容量小的电容 C2不起作用。但是，由于大容量的电容器存在感抗特性，等效为一个电容与一个电感串联。在高频情况下的阻抗反而大于低频时的阻抗，小电容的容量小，在制造时可以克服电感特性，几乎不存在电感。在大电容 C1上并联一个小电容 C2可以补偿其在高频下的不足。当电路的工作频率比较低时，小电容不工作（容抗大相当于开路）。大电容的容量越大滤波效果越好。当电路的工作频率比较高时（输入信号的高频干扰成分），大电容由于感抗大而处于开路状态。这时高频干扰成分通过小电容流到地线，滤除各种高频干扰成分。稳压电路选用三端集成直流稳压器，其电路连接方式一般如图 4 所示。

6、性能上，常用的集成稳压器有三端固定式、三端可调式和开关式。以三端固定式为例，其正输出为 7800（后两位代表输出的额定稳压值，00 是统称）系列，负输出为 7900 系列，常见的有 05、06、08、09、12、15、18、24 八种。一般要求最小的输入、输出电压差（UI-U0）为 2 V 3 V；输出稳压的容差约为5%；最大输出电流 IOmax有 0.1 A （如 78L12），0.5 A （如 78M12）和1.5 A （如 7812）等多种，部分器件的最大输出电流可达 2.2 A；其最大输入电压 UImax一般是 7818 档以下为 35 V，7824 档为40 V；电压调整率SU一般为

7、0.01%/V；输出电阻R0小于 0.1；纹波抑制比SVP一般为50dB；温度系数 ST一般为每度1mV 2.4 mV。图 4 中，引脚1为电压变换的输入端，引脚2为电压变换后的输出端，引脚 3为接地端。电容 Ci作用是改善纹波和抑制输入的过电压，一般取值为 0.33 F。C0作用是改善负载的顺态响应，一般可选取 0.1 F 的电容，当采用大容量的电解电容时效果更好。稳压电源的输入输出端要跨接一个二极管，以防止集成稳压器输出调整管损坏。图5 电压输入滤波电路稳压输出电路译码驱动显示电路按键数控模拟选通开关可逆计数器3.相关模块的具体设计3.1供电电源设计采用9v电压源供电因二端都为9v采用二个

8、二极管整流图中的发光二极管作为指示灯，选用470uF的电解电容C1起平滑输出的作用，选用0.1uF（104）瓷片电容起消除高频干扰作用，即用C1和C2抑制高频干扰。3.1.1直流稳压电源的组成直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如图6所示。图6各部分的作用如下：1）电源变压器的作用是将电网220V、50Hz的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压（起交流降压作用）。2）整流电路的作用是将交流电压变换成脉动的直流电压。3) 滤波电路的作用是滤除纹波，输出平滑的直流电压。4）稳压电路的作用是对滤波后的直流电压采取稳压措施降低负载变化及输入电压变化对输出电压

9、的影响。3.1.2.整流电路原理常用的整流电路有半波整流、全波整流、桥式整流及倍压整流等。实验电路中采用桥式整流，电路如图7所示。图73.1.3.电容滤波原理滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波（交流成份），一般由电抗元件组成，有并联电容滤波电路、串联电感滤波电路、电容和电感组合滤波电路，小功率电源电路中，多用电容滤波电路，大功率电源电路中，多用电感滤波电路。实验电路中用并联电容滤波电路，见图8所示。 图83.1.4.稳压电路1）稳压二极管稳压电路最简单的稳压电路是稳压二极管和限流电阻R所组成的稳压电路，如图9所示。 图93.1.5. 集成稳压器集成稳压器一般为集成串联型稳压电路，从外形上看有

10、三个引脚，分别为输入端、输出端和公共端（或调节端），因而称为三端集成稳压器。常用的小功率三端集成稳压器有固定输出正电压的7800系列（7800系列的后两位数字表示输出电压值，如7812，输出电压为12V）、固定输出负电压的7900系列(7900系列的后两位数字表示输出电压值，如7912，输出电压为-12V）、可调正电压输出的LM317（LM117，LM217适用不同温度范围）系列和可调负电压输出的LM337(LM237，LM137适用不同温度范围)系列等。实验电路采用固定输出电压的三端集成稳压器7805、7812和7912，它们固定输出电压分别为+5V、+12V和-12V。3.1.6. 供电电

11、源电路图10实验电路如图10所示， 电路中整流桥堆型号为RS204（也可用其它型号的）,其二极管的最大整流电流IF为2A。图中电容C1、C2为滤波电路电容，电容C3、C4、C9用于抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生自激振荡。电容C5、C6 、C10用于减小输出端的纹波电压。电容C7、C8，C11用于消除输出电压中的高频噪声。3.2“+”“-”按键控制及数字控制部分3.2.1 工作原理：此部分电路主要用两个按钮开关作为输出电压增和减的调整键，与可逆计数器的加计数CPU时钟输入端和减计数CPD时钟输入端相连，可逆计数器采用十进制同步加/减计数集成块74LS192芯片而成。3.2.2 74L

12、S192芯片十进制可逆计数其功能表和各建如下:元件选择：计数器部分采用的是十进制双时钟可预置数异步复位十进制（BCD 码）可逆计数器74LS192芯片。与它功能相同的还有其他芯片，比较容易找到。这里采用TTL逻辑电路而不采用CMOS数字电路的原因是TTL逻辑电路的输入阻抗低，具用良好的抗外界电磁干扰能力，而CMOS数字电路的输入阻抗极高，很容易被外界电磁场所干扰而误动作，这也是电子技术基础“数字部分”近30年来一直在讲TTL逻辑电路路而很少讲CMOS电路的原因。数字控制电路的核心是可逆二进制计数器，74LS193是双时钟4位二进制同步可逆计数器。计数器数字输出的加减控制是由“+”“-”两面三刀

13、按键组成，按下“+”或“-”，产生的输入脉冲输入到74LS193的CP+或CP-端，以便控制74LS193的输出是作加计数还是减计数。为了消除按键的抖动脉冲，引起输出的误动作，分别在“+”“-”控制口介入了由双集成单稳态触发器CD 4538组成的脉冲发生器。每当按键一次，输出一个100ms左右的单脉冲。电路如图所示：3.3数字显示电路设计：3.3.1工作原理：在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观的显示出来。一方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方面用于监视数字系统的工作情况。因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。数字显示电路通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成。其

14、中的数码的显示方式一般有三种：第一种是字型重叠式；第二种是分段式；第三种是点阵式。目前以分段式应用最为普遍，主要器件是七段发光二极管（LED）显示器。它可分为两种，一是共阳极显示器（发光二极管的阳极都接在一个公共点上），另一是共阴极显示器（发光二极管的阳极都接在一个公共点上，使用时公共点接地）。3.3.2 4511译码器的特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。其功能介绍如下：BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT：3脚是测试输入端，当BI=

15、1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。A、B、C、D、为8421BCD码输入端。A、B、C、D、E、F、G：为译码输出端，输出为高电平1有效。3.4 稳压电路：直流电压经滤波后，直接输入到可调式三端稳压器LM317的输入端和固定式三端稳压器7805的输入端后构成稳压电路。稳定电压的输出值通过8通道数字控制模拟开关芯片CD4051的开关状态来改变。3.4.1 4051实现多路选通的原理：考虑到4051的各

16、开关选通后存在内阻，且上述阻值的电阻不好找到，故在该方案中Rp采用变阻器。4.实验与结果为了保证稳压电源的安全性和抗干扰性，设计采用了双重过载保护。保护主要体现在过压、过流、过载的保护。设计从市电网引入输入电源，采用了输入容差为10%的工业变压器，所以变压器前的过压保护可以省略。在设计时考虑了变压器输出要小于后面整流滤波电路和集成电源的最大输入电压，即对整流滤波电路和集成电源来讲其输入电压还有一定的余地，所以在变压器后也无需对电路实行过压保护。组装调试过程中，使用的主要仪器，仪表及工具包括：直流电压源，万用表，烙铁等。组装时，应注意的方面：检查电路板上的铜线是否存在断线和短路问题，若存在应及时

17、解决，可用焊锡对断线进行修补，如果断线很严重可用搭连导线解决。在焊接的时候烙铁的温度不要太高，这样于焊接不利。同时，按照电路图，将原件组装正确，并正确调试。5.参数测试5.1 测量稳压电源输出的稳压值及稳压范围首先使调压器的输出为0V，通过示波器或万用表观测稳压电路的输出，然后调节调压器的输出，使输入到变压器的交流电压逐渐增加，当稳压电路输出的直流电压值不再随着调压器输出电压的增加而改变时，此时电路输出的直流电压值即为稳压电源的稳压值。使稳压器输出在稳压值上的输入电压范围为稳压电路的稳压范围。5.2 测量稳压电源的稳压系数SU稳压系数定义为：当负载保持不变时，输出电压相对变化量与输入电压相对变

18、化量之比。稳压系数反映电网电压波动时对稳压电路的影响，越小越好。调节调压器的输出，使输入到变压器的交流电压分别为220V+10%和220V-10% ，测量稳压电源的输出电压，根据公式计算稳压电源的稳压系数SU5.3.测量稳压电路的输出电阻Ro输出电阻 Ro 定义为：当稳压电路输入电压保持不变时，由于负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流变化量之比。输出电阻反映稳压电路受负载变化的影响，越小越好。可用输出换算法测量输出电阻 Ro 5.4测量稳压电源的纹波电压和纹波因数纹波电压是指在额定负载条件下，稳压电源输出直流电压中所含的交流分量。在交流电压为220V，负载电流最大（额定输出电流）的条件下，

19、用示波器分别测量稳压电源的输入纹波电压和输出纹波电压，纹波因数是负载上交流分量与直流分量之比.6 结束语设计的多输出线性直流稳压电源，利用集成稳压器（固定式和可调式）构成，结构简单，元器件较少，又不需要投切的开关，干扰源和瞬变噪声相应地大大减少.系统的设计是电源分散配置，即每个功能模块单独对电压实行过载保护，不会因某块稳压电源故障而使整个系统破坏，因而也减少了公共阻抗的相互耦合以及与公共电源的相互耦合，提高了系统的可靠性，其精度高，成本低，便于维修，是电荷放大器的理想电源。并能作为一个独立的模块为其他电子设备提供电能。致谢本论文是在苏晓琴老师、苏世栋老师、吴体辉老师的指导下完成的；从论文的选题

20、和相关文献资料的查找，直到论文撰写的整个过程，三位老师以其广博的知识、丰富的经验和清晰的思路，自始自终给我以耐心的指导，使我能够顺利的完成论文写作。尤其是苏晓琴老师严谨的治学态度和精益求精的工作方式给我留下深刻的印象，令我受益匪浅；故借此论文完成之际，对苏晓琴老师表示深深的感谢。参考文献1电子技术基础实验电子电路实验设计仿真（第二版），华中理工大学电子学教研室编， 陈大钦主编，高等教育出版社，2000年6月2电子技术基础实验与课程设计（第二版），高吉祥 主编，电子工业出版社，2005年2月3模拟电子技术基础（第五版）华成英，童诗白. M.北京：高等教育出版社，2006.54数字电子技术基础（第

21、五版）阎石. M.北京：高等教育出版社，2006.56胡烨，姚鹏翼，陈明.Protel 99 SE原理图与PCB设计教程M.北京：机械工业出版社，2005.精量电子（深圳）有限公司, 电薄膜传感器技术（国际互联网版本）19987赵东升 PVDF 压电传感器的设计及其实验研究D.南京: 江苏大学硕士论文，20058C. K. Lee. Theory of laminated piezoelectric plates for the design of distributed sensors /actuatorsJ J.Acoust.Soc.Am,1990,87(3):1144-11589C. K. Lee. F C Moon Modal Sensors/Actuators J ASME Trans. J. Appl. Mech 1990,57:434-441Simple numerical control dc regulated power