电压数字显电路

1、摘 要本文设计的是电压在015V可调的直流稳压电源，其最大输出电流为500mA。并具有数字显示电压功能，显示部分采用基准电源.三位半A/D转换器.七路达林顿驱动器阵列.七段锁存/译码/驱动器和共阴极LED发光数码管等电路实现电压的数字显示.该稳压电源具有性能稳定.结构简单.电压、电流指标精度高.调节方便等优点关键词基准电源.译码器.驱动器.ABSTRACTThis article designs a kind of direct current voltage-stabilized source, not worry to the losses causes of appear wrong.

2、And it has the digital demonstration voltage function, demonstrated partially uses the datum power source the Three-half A/D switch .Seven group Darington driver array, Seven sections of locks/ save/the decoding driver and common cathode LED shine electric circuit and so on to realize the voltage di

3、gital tube digital demonstration .This voltage-stabilized source has the performance to be stable, structure simply. The voltage and the electric current target precision is high Merit, adjustment convenience and so on.Key words： Datum power source ; Decoder ; Driver摘 要IABSTRACTII前言31.概 论21.1电路及设备对电

4、源的要求21.2稳压电源的分类22.稳压电源32.1稳压电源的介绍32.2直流稳压电源的基本原理32.3串联型稳压电源的组成及原理42.4可调稳压电源的设计53.电压数字显示73.1选集成稳压器.确定电路的形成73.2电压数显电路的基本原理73.2.1.显示电路各部分的功能83.3数显电路的主要器件介绍103.3.1 7/2位A/D转换器:MC1443310七段锁存译码驱动器:CD451110七路达林顿驱动阵列:MC141311高精度低漂移能隙基准电源:(MC1403)11共阴极LED显示器114数显稳压电源的整机电路134.1整机原理135结束语15参考文献16前言随着电力电子技术的迅速发展

5、， 直流电源应用非常广泛， 其性能好坏直接影响着电气设备或控制系统的工作性能。直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。其质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性，而且电子设备的故障60%来自电源，因此作为电子设备的基础元件，电源受到越来越多的重视。不同的电子设备，要求的电压值、电流也有所不同。所以将常用的符合规格的直流供电模块集成到一个供电电源上是具有广泛的应用价值的。虽然直流稳压电源的类型繁多，但几乎都是将市电网交流电作为输入电源，再经转换电路转换成所需参数的直流电。现代电子设备使用

6、的电源大致有线性稳压电源和开关稳压电源两大类。其中线性直流稳压电源，它一般是利用工业变压器将市电网交流电降压，再经整流滤波和转换稳压电路，输出符合要求的直流电；而新型的开关直流稳压电源，是利用直流变换器和逆变器把直流电变换成交流电，再把交流电变换成极性、数值各不同的多种直流供电电压。如将脉宽调制器PWM和开关晶体管相组合构成可控直流逆变器，逆变器输出的高频交流电经高频变压器变压后输出，然后进行整流滤波输出极性、数值不同的直流供电电源。并且最后的输出又经比较器等反馈到PWM形成闭环调节的稳压回路来稳定电源的输出。然而线性稳压电源其有稳压和滤波的双重作用，产生的干扰很小，并且采用变压器与市电网隔离

7、，所以既不会引入电网中的千扰，也不会将干扰串入电网中。下面是本人设计的一种输出可调的具有电压显示的线性直流稳压电源，其电压在015V间可调，输出最大电流500mA，具有自动保护功能。1.概 论1.1电路及设备对电源的要求电子电路及设备对电源最基本要求就是电源的输出电压或电流要稳定.当然不同的电子电路的设备应各有其要求.1.它的体积小,重量轻.2.效率高3.它的不间断输出.4.稳定度高,能工作于特殊的环境.5.造价低廉.总之,对电源的要求有很多,在实际运用当中只能根据其本身的功能来选择.1.2稳压电源的分类当前,稳压电源的种类很多,而按其需求范围大致可分为以下几类:按稳定的方式分有参数/反馈调整

8、型稳压器.按其稳定对象有交流/直流稳压器.按调整元件和负载连接方式分有串联/并联式稳压器.按作用元件分有稳压管/晶体管/可控硅稳压器等.按调整元件的工作状态分有线性/开关稳压管.按电源的集成与分立元件分有集成稳压器/分立元件组成的稳压器.所以,稳压器的特点是交错的,分类也是错综复杂的.2.稳压电源2.1稳压电源的介绍本章主要讲述的是电压电流可调的直流稳压电源的设计.设计的要求是:在输入交流220V.50HZ市电的情况下,使该稳压电源满足以下性能指标:a:输出连续可调的稳定直流电压:Uo=0V15V;b:输出电流:Iomax=500mA;c:输入电压波动的范围:200V240V;2.2直流稳压电

9、源的基本原理如图2.2.1所示,直流稳压电源由电源变压器.整流器.滤波器和稳压电路四部分组成.其工作过程是:220V.50HZ的市电经电源变压器变为所需的电压值后,送入整流电路,从而把交流电压变成脉动的直流电压.脉动直流电压中的纹波在经滤波电路加以滤除,得到平滑的直流电压,又经稳压电路作用后输出稳定平滑的直流电. 稳压电路的作用是当电网电压波动,负载和温度变动导致稳压器的输入电压Ui波动或输出负载电流Io变化时,输出电压Uo应保持不变。2.3串联型稳压电源的组成及原理通常稳压电源采用具有放大环节的串联负反馈电路,框图如图2.3.1所示.交流电压经整流滤波后,得到平滑的直流电压,作为稳压电路的输

10、入电源从UI输入。µ÷Õû¹ÜRLÈ¡Ñùµç·±£»¤µç·»ù×¼µçѹµç·±È½Ï·Å´óµç·UIUo-+-（这个图都是

11、乱码）要为图形标上名称，如：图2.3.1 串联稳压电源原理框图了Vo的变化程度.此差值电影加到调整管的基极,调节调整管的基极电流Ib,使调整管的Vce作相应的变化.为了提高调节灵敏度往往把比较后的差值电压加以放大.在实际电路中,把信号的比较和放大合在一起,就是比较放大电路,比较放大电路的放大倍数越大,系统的负反馈作用串联调整电路（语句不通顺）:它的核心是调整管,输出电压的稳定是通过调整管的调节作用来实现的.当系统的输入电网电压变化或负载变化时,调整管的压降相应改变,使输出电压保持稳定,由于调整电路是串联式,输出的最大电流通过调整环节,所以设计电路选择调整管时应满足集电极最大允许电流.最大反向击

12、穿电压和功耗的要求.取样电路:它是检测输出电压Vo的变化,把Vo的全部或部分取出来和基准电压比较并放大后来控制调整管的调整作用,使输出电压稳定.基准电压电路:为了检测取样电路取得的Vo值究竟是升高还是降低?升高了多少降低了多少?这就需要把Vo值与恒定的电压值比较,此恒定电压的作用是作为一种基准,也称基准电压.提供恒定电压的电路就是基准电压电路.比较放大电路:有了Vo的取样电压和基准电压,把取样电压和基准电压相比较,由基准电压减去取样电压,所得的差值电压的大小反映越强.输出电压Vo也就越稳定.电路的稳定系数和输出电阻就越小.过载短路保护电路:串联调整型的稳压电源,调整管和负载是串联的,当负载电流

13、过大或短路时,大的负载电流或短路电流全部流过调整管,此时负载端的压降小,几乎全部整流电压加在调整管的c极和e极之间,因此在过载或短路时,调整管Vce.Ie和允许功耗超过正常值,调整管在此情况下会很快烧坏,所以在过载或短路时应对调整管采取保护,保护电路设计时应保证当负载电流在额定值内,保护电路对电源不起作用,但过载或短路时,保护电路控制调整管使其截止,输出电流为零,对负载和电源均起保护作用.2.4可调稳压电源的设计设计的主要内容是:根据性能指标要求选择元器件(变压器集成稳压器.整流二极管及滤波电容)和对稳压电路作散热设计。如图（2.4.1），市电通过220V/15V、1A变压器，连接到稳压电源电

14、路，由整流桥IBQ40整流、C1和R1平滑滤波，输出至电压调整管Q1的集电极。这个电路具有不同于其他电源的特点。电源的基准电压用一个固定增益的运算放大器U1A跟一个可调电阻R11提供，它实现了电压可以从零可调，DZ1选用稳压值3.6V的稳压管。接通电源后运放U1B的输出电压增加到使DZ1导通，通过R7稳定在3.6V附近，因为R3等于1/2R4，所以U1B的放大倍数为1.5，其输出电压是5.4V。U1B的放大倍数约为3倍，根据公式A=（R6+R5）/R5，5.4V的基准电压大约能放大到超过15V，调节电位器R11可实现它的输出电压能从015V可调。电路另一个特征就是用三极管的射极输出可以大幅增大

15、输出电流.R12KR24KR35KR410KR510KR620KR710KC13300uR1120KQ1TIP122D11BQ40OUTD587241U1AINA14556243U1BINA145TF11TO1220v（图形要有名称）本电源电路仿真图见图（2.4.2），当输入220V的交流电时，电位器调到最大电阻时，输出端out的电压为15V,符合设计的要求。3.电压数字显示3.1选集成稳压器.确定电路的形成在本章的电压数字显示电路的设计中,将会用到MC14433.CD4511等集成块.它们需要在±5V对称稳压电源的设计.由于MC14433.CD4511需要的工作电压约为±

16、5V,它的工作电流也很小,小于等于2mA,且CW78M05.CW79M05在±8VVi±12V时,±4.75VVo±5.25V,当Vi=±10V时,有典型值Vo=±5V而且CW78M05和CW79M05的输出电流范围也较小,为0200mA,故可选用CW78M05和CW79M05构成。3.2电压数显电路的基本原理电压数显电路的作用是将电压模拟量转换为数字量,并进行实时数字显示.R132kR1418k-+R15470kR16470kR1710k+5V-5VC20.1uC30.1u+5VR18300K12345891213141516V11

17、V12V13V14V15VCCGNDVo3Vo4Vo5Vo6Vo712345689101112dpR19-R2512345678910111213141516abcdefgLTBIABCDVssVssDs1Ds2Ds3Ds4LEVDD12345789101112131415161718192021222324R1R1/C1C1C01C026CL1CL0ORQ0Q1Q2Q3V1VAGVSSVDDVREFDUEOCVEEMC14433MC1413CD4511目前.电压数显电路的种类很多,有驱动LED.LCD.辉光数码管等显示器的多种电路.它们都有各自的性能特点以及用途.本设计稳压电源的数字电压显示

18、电路(如图3.2.1所示)是采用的MC144337/2位A/D转换器.MC1413七路达林顿驱动器阵列.CD4511BCD到七段锁存译码驱动器.能隙基准电源MC1403和共阴极LED发光数码管组成.本设计是7/2位数字电压显示电路.7/2位是指十进制数00001999,所谓3位是指个位.十位.百位.其数字范围均为09.而所谓半位是指千位数,它不能以0变化到9.而只能由0变到1.即二值状态,所以称为半位.3.2.1.显示电路各部分的功能1.7/2位A/D转换器;将输入的模拟信号转换成数字信号.2.基准电源:提供精密电压,供A/D转换器作参考电压.3.译码器:将21进制(BCD)码转换成七段信号.

19、4.驱动器:驱动显示器的a.b.c.d.e.f.g七个发光段推动发光数码管(LED)进行显示.5.显示器:将译码器输出的七段信号进行数字显示A/D转换结果.3.2.2 电压显示电路的工作原理(如图3.2.1所示)1.各数位的显示输入信号Vin经MC14433内部的模拟电路(A/D转换器)转换为BCD码存放在锁存器中.通过多路选择开关作用,从高位到低位逐位输出多路调制BCD码Q0Q3,并输出高电平有效的多路选通脉冲标志信号DS1DS4.位选通信号DS1DS4经MC1413内部的7个反向驱动单元(本设计只用5个)反向后,分别输出到共阴极LED显示器的千位.百位.十位以及个位的阴极(或是接地端)选通

20、位数据以BCD码形成以Q0Q3端分别输送到CD4511(BCD码-四位锁存/七段译码/驱动器)的数据输入端AD.在锁存允许端LE=0(接地)时.四位锁存器直通.随AD输入变化的输出BCD码经七段译码器电路译成七段显示码送到驱动器.再由ag端七段输出,经网络电阻(排组/分立电阻)限流后,输送到显示器各数位七段发光二极管的阳极.LED显示器中各段发光二极管在阴阳两极信号的共同作用下,便实现了对输入信号Vin的千位.百位.十位以及个位数字的显示.最高位千位显示0/1,其余位显示092.超范围的显示(过载,负载显示)控制逻辑根据比较器的输出极性控制A./D转换器形成过载.欠载标志信号.由于MC1443

21、3的过载标志端OR与CD4511的消隐端BI直接相连,当超出显示范围,即Vin>Vref时,OR输出低电平,即OR=0 OR=0,CD4511译码器的ag七段输出全为0,显示器的数字全熄灭,只有负号和小数点仍然发亮.3.极性的显示输入信号Vin经A/D转换器后由极性检测器检测出其正负极性,将极性标志信号存入锁存器中,通过多路选择开关的作用,正负极性信号由Q2端输出.Q2表示输入电压的极性,Q2的电平为1,表示极性为正,即Vin>0,Q2的电平为0,表示极性为负,即Vin<0.显示数的负号(负电压)由MC1413中的一只晶体管控制,符号位的“”点亮;当输入信号Vin为正电压时,

22、Q2端输出置“1”,负号控制位使达林顿驱动器导通, 反向后输出置“0”,电阻Rm接地,使“”旁路而熄灭.4.小数点的显示小数点的显示是通过限流电阻Pdp供电燃亮小数点.以上各部分是显示就组成了整个共阴极LED显示器对输入信号Vin的数字显示.3.3数显电路的主要器件介绍3.3.1 7/2位A/D转换器:MC14433MC14433是一个低功能7/2位双积分式A/D转换器.它将模拟部分和数字部分的电路集成在同一芯片内.使用时仅需外接两只电阻和两只电容,就可组成一个具有自动调零和自动极性转换功能的A/D转换系统.(一):MC14433的主要特点1.工作电压范围是±4.5V±8V

23、,典型值为±5V,工作电流小于2mA(不含显示器),在电源电压为±5V时,功耗约为8mV.2.芯片内部有时钟振荡器,使用时仅需外接一只震荡电阻.3.具有多路调制的BCD码输出,可直接配微型计算机.4.能获得超量程(OR).欠量程(UR)信号便于实现自动转换量程.能增加读数保持功能.5.采用动态扫描方式驱动共阴极LED数码管时,需配段译码驱动器和位驱动器.6.基本量程分两类:200mV.2V,可任选其一,最大显示值分别为199.9Mv.1.999V.基准电压与满量程之间成1:1关系,有公式:Vref=Vm.3.3.2七段锁存译码驱动器:CD4511CD4511是将二十进制代码

24、(BCD码)转换成七段显示信号的专用标准译码器,它由四位闩锁.七段译码电路和驱动器三部分组成。 (1):四位闩锁(LATCH):它的功能是将输入的A.B.C.和D代码寄存器起来,该电路具有锁存功能,在锁存允许端LE端(LATCH.ENABLE)控制下起闩锁电路的作用.当LE=1时,闩锁器处于锁存状态,四位闩锁输入,此时它的输出为前一次LE=0时输入的BCD;当LE=0时,闩锁器处于选通状态,输出即为输入的代码.由此可见,利用LE端的控制作用可以将某一时刻的BCD代码寄存下来,使输出不再随输入变化.（2）:七段译码电路;将来自四位闩锁输出的BCD代码译成七段显示器输出,MC4511中的七段译码器

25、有两个控制端.:LT(LAMPTEST)灯测试端.当LT=0时,七段译码器输出全1,发光数码管各段全亮显示;当LT=1时,译码器输出状态由BI端控制.:BI(BLANKING)消隐端.当BI=0时,控制译码器为全0输出,发光二极管各段熄灭,BI=1时,译码器正常输出,发光数码管正常显示.上述两个控制端配合使用,可使译码器完成显示上的一些特殊功能.驱动器:利用内部设置的NPN管构成的射极输出器.加强驱动能力.使译码器输出驱动电流可达20MA.CD4511电源电压Vdd的范围为5V15V,它可与NMOS电路或TTL电路兼容工作.3.3.3七路达林顿驱动阵列:MC1413MC1413采用NPN达林顿

26、复合晶体管的结构,因此具有很高的电流增益和很高的输入阻抗,可直接接受MOD或CMOS集成电路的输出信号,并把电压信号转换成足够的电压信号驱动各种负载,该电路内含有7个集电极开路反相器(也称OC门),它采用16引线的双列直插式封装,每一驱动器输出端均接有一释放电感负载能量的抑制二极管.3.3.4高精度低漂移能隙基准电源:(MC1403)MC1403的输出电压Vo的温度系数为零,即输出电压与温度有关,该电路的特点是:温度系数小;噪声小;输入电压范围大,稳定性能好,当输入电压从+4.5V变化到+15V时,输出电压值变化量vo<3mV;输出电压值准确度较高,Vo值在2.475V2.525V以内;

27、压差小,适用于低压电源;负载能力小,该电源最大输出电流为10MA。3.3.5共阴极LED显示器7/2位的共阴极LED显示器可用整块的7/2位LED集成块,也可用一块符号管和3块单位共阴极LED显示块组成,LED数码管是将7只发光二极管按共阳极或共阴极的方式连接,组成8段,再把发光二极管另一极作笔段电极,就构成LED数码管.只需按规定使某些笔段上的发光二极管发光,即可显示从09的一系列数字,ag为7个笔段电极,DP为小数点电极,LED数码管的驱动方式分静态驱动.动态扫描两种,后者的功耗较低.4数显稳压电源的整机电路4.1整机原理R132kR1418kR15470kR16470kR1710kC20

28、.1uC30.1u+5VR18300K12345891213141516V11V12V13V14V15VCCGNDVo3Vo4Vo5Vo6Vo712345689101112dpR19-R2512345678910111213141516abcdefgLTBIABCDVssVssDs1Ds2Ds3Ds4LEVDD12345789101112131415161718192021222324R1R1/C1C1C01C026CL1CL0ORQ0Q1Q2Q3V1VAGVSSVDDVREFDUEOCVEEMC14433MC1413CD4511R12KR24KR35KR410KR510KR620KR710K

29、C13300uR1120KQ1TIP122D11BQ40OUTD587241U1AINA14556243U1BINA145TF1220V15V10VD318DB2C71000uFR3010K市电通过220V/15V、1A变压器，连接到稳压电源电路，由整流桥IBQ40整流、C1和R1平滑滤波，输出至电压调整管Q1的集电极。这个电路具有不同于其他电源的特点。电源的基准电压用一个固定增益的运算放大器U1A提供，它实现了电压可以从零可调，DZ1选用稳压值3.6V的稳压管。接通电源后运放U1B的输出电压增加到使DZ1导通，通过R7稳定在3.6V附近，因为R3等于1/2R4，所以U1A的放大倍数为1.5，其输出电压是5.4V。U1B的放大倍数约为3倍，根据公式A=（R6+R5）/R5，5.4V的基准电压大约能放大到超过15V，调节电位器R11可实现它的输出电压能从01