直流稳压电路的设计篇1
关键词：连续可调；直流电源电路；软启动；电压补偿；Lm317
中图分类号：tn710
文献标识码：B
文章编号：1004―373X(2008)04―012―03
1引言
电子电路要正常工作，电源必不可少，并且电源性能对电路、电子仪器和电子设备的使用寿命、使用性能等影响很大，尤其在带有感性负载的电路和设备(如电机)中，对电源的性能要求更高。在很多应用直流电机的场合中，要求为电机驱动电路提供1个其输出能从0V开始连续可调(0～24v)的直流电源，并且要求电源有保护功能。实际上就是要求设计一个具有足够调压范围和带负载能力的直流稳压电源电路。该电路的设计关键在于稳压电路的设计，其要求是输出电压从0V开始连续可调；所选器件和电路必须达到在较宽范围内输出电压可调；输出电压应能够适应所带负载的启动性能。此外，电路还必须简单可靠，能够输出足够大的电流。
2 电路的设计
符合上述要求的电源电路的设计方法有很多种，比较简单的有3种：
(1)晶体管串联式直流稳压电路。电路框图如图1所示，该电路中，输出电压Uo经取样电路取样后得到取样电压，取样电压与基准电压进行比较得到误差电压，该误差电压对调整管的工作状态进行调整，从而使输出电压发生变化，该变化与由于供电电压u1。发生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压Uo为恒定值(稳压值)。因输出电压要求从0V起实现连续可调，因此要在基准电压处设计辅助电源，用于控制输出电压能够从0V开始调节。
单纯的串联式直流稳压电源电路很简单，但增加辅助电源后，电路比较复杂，由于都采用分立元件，电路的可靠性难以保证。
(2)采用三端集成稳压器电路。如图2所示，他采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围较宽，设计一电压补偿电路可实现输出电压从0V起连续可调，因要求电路具有很强的带负载能力，需设计一软启动电路以适应所带负载的启动性能。该电路所用器件较少，成本低且组装方便、可靠性高。
(3)用单片机制作的可调直流稳压电源。该电路采用可控硅作为第一级调压元件，用稳压电源芯片Lm317，Lm337作为第二级调压元件，通过at89CS51单片机控制继电器改变电阻网络的阻值，从而改变调压元件的参数，并加上软启动电路，获得0～24V，0.1V步长，驱动能力可达1a，同时可以显示电源电压值和输出电流值的大小。
正、负端压差控制电路的作用是减少Lm317和Lm337输入端和输出端的压差以降低Lm317和Lm337的功耗。稳压电路由三端稳压芯片Lm317(负压用Lm337)及器件组成，输出电压控制电路采用继电器控制的电阻网络。电阻网络的每个电阻都需要精密匹配，电阻的精密程度直接影响输出电压的精度。电压电流采样电路由单片机控制实时对当前电压电流进行采样，以修正输出电压值。掉电前重要数据存储电路用以保存当前设置的电压值，可以方便用户在重新上电后不用设置，而且也不会因为电压值过高损坏用户设备。
该电源稳定性好、精度高，并且能够输出±24V范围内的可调直流电压，且其性能优于传统的可调直流稳压电源，但是电路比较复杂，成本较高，使用于要求较高的场合。在实际中，如果对电路的要求不太高(这种情况较多)，多采用第二种设计方案。
3 实际电路的设计
电路采用三端集成稳压器电路方案，电路原理图如图4所示。其中iC为三端集成稳压器。晶体管t，阻R3和电容器C组成软启动电路。电阻R4和二极管D组成电压补偿电路。电容C2为输出滤波电容。
(1)三端集成稳压器Lm317及其调压原理。图4中iC采用了Lm317系列三端集成稳压器，其输出电压调节范围可达1.25～37V，输出电流可达1.5a，内部带有过
(3)软启动电路设计。软启动电路由晶体管t，电阻R3，R和电容器C组成。其作用是使电路输出电压U0有一个缓慢的上升过程，以适应感性负载(如直流电机)的启动特性。当输入电压U1接入时，因C上的电压不能突变，故t因基极电位较高而饱和导通，使U2(Lm317的2脚电位)和U3都很低，故U0很小，随着C的充电，t的基极电位下降，其集电极电位(即U2)升高，使U3升高(因U32为一稳定电压)，所以U0也升高。当C充满电时，t被截止，启动电路失去作用，U0也达到设定值。启动的时间可以通过改变C和R的值进行调整。
(4)改进方案。由于该电路的输出电压的调整完全依赖电电位器R2的改变，因此R2的改变范围较大，这样在输出电压的调整过程中，容易调过头或调不足，要准确地实现0～24V宽范围的电压任一电压有些调整比较麻烦，必须反复调整，只依赖R2是比较困难的，如果将电位器R2用一个电位器R′2和电阻R档串联实现，通过一个开关实现电阻R档的改变从而改变输出电压的范围，并在所选择的输出电压范围内通过改变电位器R′2的阻值得到所需要的准确的直流电压输出。电路如图6所示。
直流稳压电路的设计篇2
【关键词】稳压器;电源;可调
集成稳压器又叫集成稳压电路，是指输入电压或负荷发生变化时，能使输出电压保持不变的集成电路。集成稳压器的种类有多端可调式、三端可调式、三端固定式及单片开关式等。三端可调式输出集成稳压器具有精度高，输出电压可调，电压纹波小，转换效率高等特点，因而选用该器件作为稳压电路，再加上降压、整流和调整电路可较为方便的实现连续可调式直流稳压电源设计。
1.降压电路设计
各类电子装设备及实验室中使用的一般为220V交流电，所以稳压电源设计的第一步就是要将220V高电压降为低电压。为了提高电源使用的安全性和可靠性，降压部分采用降压变压器来实现。首先，根据稳压器的输入电压确定降压变压器二次绕组电压的有效值;然后根据直流稳压电源的最大输出电流，确定降压变压器二次绕组的电流和功率;再根据降压变压器二次绕组的功率，查出变压器的效率，从而确定降压变压器的额定功率p。然后根据所确定的参数，选择降压变压器。
2.整流电路设计
整流电路的作用是把经过降压的交流电转变为脉动的直流电。一般选用单相桥式整流电路。它由四个整流二极管组成，其作用是保证在变压器副边电压的整个周期内，负载上的电压和电流方向始终保持不变。在单相桥式整流电路中，整流二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管的平均电流;整流二极管的最大反向工作电压必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压。可以通过这两个参数来选择整流二极管。单相桥式整流电路中的四个二极管（Dl～D4）可选用in4002。
3.滤波电路设计
整流后的脉动直流电幅值变化很大，不能直接使用。可利用电容的充、放电作用，在整流电路的输出端并联一个滤波电容，使输出电压波形变得平滑，脉动小。要实现较好的滤波效果，需选择容量较大的电解电容。在电容充电时，回路电阻为整流电路的内阻，其数值很小，故时间常数很小。电容放电时，回路电阻为整流电路的输出负载电阻，放电时间常数通常远大于充电的时间常数，因此滤波效果取决于放电时间。一般应使滤波电容的放电时间常数大于电容充电周期的3～5倍。对于桥式整流电路而言，电容的充电周期等于交流电网周期的一半，即C>（3～5）/2t。在滤波电路中，电容的耐压值不能小于交流有效值的1.42倍，容量与电流大小有一定比例关系。故在此选择一个2200μF的滤波电容。
4.稳压电路设计
4.1集成稳压器选择
Cw317是单片集成稳压器，它能输出1.25V～37V之间的基准电压值，最大输出电流为1.5a，最小负载电流为5ma，最大输入电压为40V，基准电压为1.25V。稳压器内部设置了过电流保护、短路保护、调整管安全区保护及稳压器芯片过热保护等电路，因此十分安全可靠。Cw3l7稳压器管脚引线没有接地（公共）端，只有输入、输出和调整二个端子，采用悬浮式电路结构，输出电压连续可调，稳定度高。
4.2基本稳压电路
由于Cw3l7的输出端与调整端有1.25V固定输出电压，其输入电压可达40V，而输入输出电压差不能小于2V～3V，因此，可组成1.25V～37V输出电路。电路如图1所示。
稳压器的输出电压Uo是由电阻Rl、R2决定的。集成稳压器的内部工作电流都要流出输出端，此电流一般不小于5ma。三端稳压器的输出端与调整端之间的电压为1.25V的基准电压，要保证稳压器有10ma的输出电流，所以Rl的阻值应为120Ω。此时若Rl的下端（即调整端aDj接地，则Rl两端的1.25V电压即为稳压器的输出电压。为了使输出电压能在1.25V～37V之间连续可调，在Rl下端和aDj与地之间接一个可变电阻R2，此时输出电压Uo为R1、R2上的电压之和。
图11.25V～37V连续可调基本电路
Uo=URl+UR2
其中：
URl=1.25V;UR2=（iR1+iaDj）R2=（UR1/R1+iaDj）R2
考虑到iaDj的电流很小可以忽略，则：
U0=URl+UR2=URl+UR1/R1*R2=1.25（R2/R1+1）
可见，改变R2的阻值即可改变输出电压。R2取6.8kΩ的电位器，即可实现1.25V～37V连续可调的输出电压。为了保证电源空载时也有可靠的稳压性能，电阻R1的阻值可取120Ω。即最小输出电流10ma，R2取3.9kΩ的电位器。
图20V～30V连续可调稳压电路
4.30～30V连续可调稳压电路
从上面分析可知，将R2短路接地（R2=0），稳压电源输出Uo起码也有1.25V。现要求稳压电源以0V开始输出，故应将R2接到一个负电压上。VD5、C4为半波整流电容滤波，R3、VS为并联稳压电源负电压输出。通过R3、VS可使R2接到-1.25V上，在电阻R2为0时，可实现Uo输出为0V。调节R2阻值，可实现稳压电压电源输出电压在0V～30V内连续可调，最终电路如图2所示。
参考文献
[1]康华光.电子技术基础[m].北京：高等教育出版社，l998：221-223.
[2]熊如贵.浅析三端集成稳压器及其典型应用[J].电子制作，2007（3）：43.
直流稳压电路的设计篇3
伍水梅广东省国防科技技师学院广州同和510515
【文章摘要】
电源是电路的核心，是电子电路制作过程中必不可少的设备。一个好的直流稳压电源能让电路制作事半功倍，效果显著。一般直流稳压电源由变压器、整流、滤波、稳压等几个部分组成。本文介绍了一种简单实用的直流稳压电源的制作。
【关键词】
直流稳压电源；变压器；整流；滤波；稳压；7806
【abstract】
powerwhichisthecoreofthecircuitistheessentialequipmentformakingelectroniccircuit.itwillgettwicetheresultwithhalftheeffortifagoodDCpowerissuppliedfortheproductionofcircuit.Generallyspeaking,DCpowersupplyismainlycomposedoftransformer,rectifying,filteringandvoltage-stabilizing.thisarticledescribesasimpleandpracticalconstructionofDCpowersupply.
【Keywords】
DCRegulatedpowerSupply;transformer;Rectifying;Filtering;Voltage-stabilizing;7806
0引言
科技在不断进步，人们对小型电器的需求越来越大，但不管是那种电器设备，电源都是必不可少的，而且越是高端的电器，对电源要求越是严格。电源技术核心是电能变换与处理，广泛应用于教学、科研等领域，而直流稳压电源是电子技术中常用的仪器设备之一，几乎所有家用电器和其它各类电子设备都在使用直流稳压电源，它占着举足轻重的位置，是大部分设备与电子仪器的重要组成部分，是电子科技人员及电路开发部门进行实验操作和科学研究不可缺少的电子仪器。但实际生活中通常是由220V的交流电网供电，直流电源需要通过电源系统将交流电转换成低电压直流电以供给各类电器设备使用。
直流稳压电源对电路调试、电路制作有决定性的作用，一个好的直流稳压电源，能让工作事半功倍。直流稳压电源系统主要由变压、整流、滤波和稳压四部分电路组成，其原理和制作过程比较简单，如图1所示。本文主要介绍一个能提供+6V、+1a的串联型直流稳压电源的制作过程。
1合适变压器的选择
变压器作为一个降压元件，主要是将初级电压（市电220V）转换为电路所需压降。根据电路要求提供+6V、+1a的直流电源，所以在选择变压器的次级电压和次级电流时应适当增大，原则上次级电压应在所需电压的基础上多加3V，即次级电压应选6V+3V=9V，而次级电流应在所需电流的基础上乘以1.7倍，即1.7a；变压器的功率p是初级线圈p1和次级线圈功率p2之和的一半，即：
p=（p1+p2）/2，
按照所选择的电压可计得：
p2=U2×i2=9×1.7=15.3w
p1=p2/（0.8～0.9）=18w
这样可以选择变压器的参数是功率为18w，初级输入电压220V，次级输入电压9V。变压器应进行基本检测，如初级、次级线圈的分辨，最常用的方法有两个：第一种是根据线圈电压与线圈匝数的比值V1:V2=n1:n2可知线圈细的那边应为初级线圈（输入端）；另一种方法是用万用表的电阻档比较两线圈的电阻值，阻值较大的那一端为初级线圈（输入端）。
2整流电路的配备
整流电路的主要作用是利用二极管的单向导通特性将变压器输出的交流电压转换为脉动直流，是直流形成的第一站，它所提供的电压比最大输出电压值
图4.21ms调频周期信号频谱要略高，所以在选用四个二极管时要注意耐压值应比变压器的次级输出电压大3倍以上，耐流值应略大于变压器的次级电流。按照变压器所取的数据：U2=9V、i2=1.7a，所选取的二极管耐压应大于27V，耐流值最小应等于变压器的次级电流。二极管需要承受较大的反向电压，假如二极管反接，将会造成二极管损坏，电路无法工作等严重后果，因此安装前要对二极管进行检测，确保极性。二极管的检测：用万用表测量二极管的正反向电阻，根据二极管的单向导通特性可以轻易的判断出小电阻的那次黑笔所接是正极，红笔所接是负极；对于外观完好的二极管也可以从银色圈圈在哪边从而判出负极。
3选用不同的电容器实现滤波
滤波电路是利用电容器将整流电路所输出的脉动直流存在的交流成份滤掉，使输出波形变得平滑。不同类型的电容器有着不同特性，在电路中能起不同作用，因此不同的电路应该选择不同的电容器；但不管何种电容器，在电路中承受的电压都不能超过它自身的耐压值，否则电容器将受到损坏，甚至产生“放炮”现象。根据变压器的次级电压等于9V，选择电容器的耐压值应为1.42U2，即13V，电容器的容量应为（1500～2000）i2（i2为变压器次级电流），即电容器可选用3300～4700μF的。在本文所设计的电路中，前面的滤波电容C1可适当选大到3300μF以上，稳压出来的滤波电容C2就要相对减小，可选择几十微法的。利用万用表的电阻档检测电容的好坏，判断电容有无短路、断路和漏电等现象：按电容量的大小用万用表不同的电阻档，红、黑表笔分别接电容器的两引脚，在表笔接通瞬间观察表针的摆动，若表针摆动后返回到“∞”，说明电容良好，且摆幅越大容量越大；若表针在接通瞬间不摆动，则说明电容失效或断路；若表针在接通瞬间摆幅很大且停在那里不动，说明电容已击穿（短路）或漏电严重；若表针在接通瞬间摆动正常，只是不能返回到“∞”，说明电容有漏电现象。对电解电容更要分清楚正负极，避免反接。
4稳压电路的研制
稳压电路是当电网电压波动或负载发生变化时，能使输出电压保持稳定的电路。根据电路的连接方式可分为并联型直流稳压电源和串联型直流稳压电源。并联型直流稳压电源所用元器件少，较经济；输出短路时元器件不易损坏，但效率低，调压范围小，负载变化容易引起输出电压的变化，适用于负载电流变化不大或极易发生短路的场合。相比之下串联型直流稳压电源可用在负载变化较大，稳压性能要求较高，输出电压可调等场合，所以建议安装串联型直流稳压电源。常用的稳压元件有稳压管、Lm317、Cw78×××（Cw79×××）。
稳压管是特殊加工而成的二极管，和普通二极管一样具有单向导通特性，主要工作于反向击穿区，起稳压作用，通常并在负载两端使用。当它两端所加的反向电压达到反向击穿电压时，管子导通，电流急剧上升，达到稳压效果。只用稳压管工作的稳压电路一般较简单，性能也较差，适用于输出电流不大，稳压要求不高的场合。为改善稳压效果，稳压管常会和复合管一起用，但稳压效果还是不理想。
Lm317、Cw78×××（Cw79×××）同属三端集成稳压器，都是将稳压电路通过半导体集成技术压制在一块半导体芯片中形成集成稳压电路[9]。Lm317是一种常用的三端可调稳压集成电路，输出电流为1.5a，输出电压可在1.25－37V之间连续调节，调整使用方便。Cw78×××系列为输出正电压的固定式三端稳压器，Cw79×××系列为输出负电压的固定式三端稳压器，两者都包含了输入、输出、公共接地端三个引出端，具有限流和热保护的功能，且根据后序×××不同各有不同的的输出电压和输出电流，第一个“×”代表额定电流---字母L表示输出电流为100ma，字母S表示输出电流为2a，没有字母表示输出电流为1a；后面两个××表示额定电压---05表示额定电压为5V，12表示额定电压为12V，如此类推。根据要求，本文选用7806集成稳压器（如图5所示），其额定电压+6V，输出电流1a；若是79S12则额定电压为-12V，输出电流2a。在使用所选iC前，应注意区分7806的三个管脚和判断其好坏。区分管脚时可将三端稳压器正面竖起来面对自己，从左到右依次为输入端、接地端、输出端，使用加电压法测试三端稳压器好坏，在7806的1脚和2脚按极性加上直流电压（9—35V），用万用表测3脚和2脚的电压，如果所测电压数值与稳压值相近（大小不超出2V），则说明稳压器性能好。
5附加电路的选用
根据电路的要求不同，也为了让电路能更好的工作，可以在原电路的基础上增加一些冗余电路，如电源指示电路，输出电压显示电路，散热电路等。
当电路完成后应重新检查一次所有元器件，如二极管的方向、电解电容的极性、集成电路的各管脚等，在检查无误后则可以进行通电调试，接通开关后若指示灯显示正常，则+6V、1a直流稳压电源即可正常使用，其原理图如图2所示。
6结束语
通过对直流稳压电源的分析制作，总结出直流稳压电源的制作应从选材入手，根据电路要求进行电路设计。只要认真扎实的进行制作，就能从中悟出很多有关直流稳压电源的制作技巧，使一些积累问题迎刃而解，推导出开关型稳压电路、串联反馈式稳压电路、输出正负电压可调的稳压电路等的制作，提高创作水平。
【参考文献】
[1]田智文.一种带有保护电路的直流稳压电源的设计[D].西安：西安电子科技大学，2011
[2]孟祥印，肖世德.基于先进集成电路多输出线性直流稳压电源设计[J].微计算机信息，2005，21（1）：154-155，180
[3]金钊.直流稳压电源的性能测试与优化[D].威海：山东大学，2012
直流稳压电路的设计篇4
【关键词】数控;直流稳压电源;proteus;设计与仿真;教学案例
1引言
proteus软件是英国LabCenterelectronics公司开发的eDa工具软件，由iSiS和aReS两个部分构成，其中proteusiSiS软件包含了革命性的VSm（虚拟仿真技术），用户可以对模拟电路、数字电路、模拟数字混合电路，以及基于微控制器的系统连同所有的周围电子器件一起仿真[1-2]。在电子类专业核心课程的教学中，除了引导学生掌握好基础理论知识外，教师更需要加强对学生实践动手能力的培养，才能促进学生电路设计能力以及实践创新能力提高，也才能满足社会对所培养人才的专业能力需求。而将proteus仿真软件技术应用于电子类专业核心课程的教学活动中，如模拟电子技术、数字电子技术、单片机技术以及嵌入式系统等课程的教学，不仅能够促进教师形象生动地完成教学任务，还可以提高学生的实践动手能力，如开展创新性设计实验、毕业设计、电子设计竞赛[2]。采用proteus进行虚拟仿真设计实验可以根据需要随时对原理电路图进行修改，并立即获得仿真结果。一边设计一边实验，调试时随时可以修改电路，要比用万能板焊接元件搭建硬件平台更为方便，避免了传统设计中元器件的浪费，节约了时间和经费，提高了设计的效率和质量[3]。本文探讨的数控直流稳压电源的设计和仿真，涉及电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、单片机技术、eDa技术等多方面知识，是电子电路设计与仿真教学的典型案例。
2电路的硬件设计
2.1设计方案分析
数控直流稳压电源设计是一个具有综合性的设计项目，要求具有一定的电压输出范围，输出电压能步进可调，能实时数字显示输出电压。
根据任务要求，首先该电路主体是一个电源，属于模拟电路设计，其次需要实时显示输出电压，需要译码显示电路，属于数字电路知识，还有数字到模拟的转换，需要数模转换电路，整个转换过程需要相应的时序控制，需要微控制器有序控制电压的转换、输出、显示。因此设计方案很多，本文给出一种简单实用的方案，在此方案中主要由以下几个部分组成（如图1）：
控制器部分：为了能有序控制电源的步进输出及显示，本设计选用学生熟悉又比较常用的8051系列单片机at89C52。单片机的作用除了有效控制电压的数控输出及显示外，还可进行功能扩展。
电压输出部分：本设计对电源的输出电压电流没有太高的要求，当前已有集成三端稳压器一般能满足要求，而且这类芯片内部都有过流和过热的保护电路。例如型号为Lm317集成三端稳压器，其额定电流可达1.5a，输出电压的调节范围为1.2～37V，内部有过热和过流保护电路，价格也不贵，所以采用这种芯片为主体来组成所要求的系统是比较合理的。
电压调节部分：为了能实现电源输出步进变化，结合集成三端稳压器的特点，选择模拟开关和电阻网网络构成D/a转换电路，将单片机与三端稳压器联接，实现数字信号到模拟信号的转换。控制单片机输出的数字信号即可改变三端稳压器输出电压，实现电压的数控调节。
电压显示部分：该部分选用常用的数字电路中的译码显示电路，为了节约单片机的io端口，显示方式采用动态显示。
图1整体电路设计方案原理图
2.2各单元电路硬件设计
根据上面的设计思路，为了能快速方便的实现该设计方案，采用常用的一种仿真设计软件proteus完成该电路的设计与仿真。proteus软件包含了丰富的元器件库，能够很方便地调用设计方案中需要的各种元器件连接成电路，并进行仿真测试。
2.2.1单片机控制电路
单片机是数控电源的核心，它通过软件的运行来控制整个电路的工作，从而完成设定的功能。本设计中控制电路选用at89C52单片机，它是由美国atmeL公司生产的低电压、高性能8位CmoS单片机，片内含8K字节的FLaSH或peRom和256字节的Ram，器件采用atmeL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准mCS-51指令系统及8052产品引脚兼容[4]。at89C52接收来自按键的信息，并对按键输入的信息进行处理，从而控制输出电压的变化，并将变化的结果输出到显示电路上。
2.2.2电压输出电路
该电路主要由集成三端稳压器Lm317作为核心器件稳定输出电压，该芯片内部有过流和过热保护电路，电容C1、C3滤除交流杂波，二极管D1为负载电容的存储电荷提供一条放电通路[4]。Lm317的稳压输出电路如下图2所示。
图2Lm317稳压输出电路
图2中输出电压满足下列关系，
由于调整端的电流iaDJ小于100ua，大多数情况应用时可以忽略，因此输出电压近似为，通过调节可调电阻R2可以很方便地改变输出电压。
2.2.3电压调节电路
从上面的Lm317输出电压公式得知只要改变可调电阻R2的大小可以很方便地改变输出电压的大小，如果把R2设计成一个线性电阻网络，通过模拟开关进行切换，就可以实现数控输出电压的要求[5]。线性电阻调节网络如图3所示，电路中选用8个电阻值依次倍增的精密电阻，模拟开关选择常见的继电器，通过按键输入控制单片机p1口输出的数字量控制继电器的闭合与断开，实现一种类似于数字量到模拟量的转换网络，来改变接入Lm317调整端电阻的大小，从而改变输出电压大小。
图3线性电阻调节网络
2.2.4电压显示电路
译码显示电路选用4位数码管的动态显示方式（如图4所示）。将单片机的p2.0和p2.1口控制数码管的段选和位选的选通，p0口实现对数码管段选和位选的数据传送。p0口既要输出位选数据还要输出段选数据，因此采用分时传送方式，分别用两个锁存器74HC573保存对应的位选数据和段选数据;两个锁存器的工作分别通过单片机的p2.0和p2.1口来控制。
图4译码显示电路
2.2.5声光指示电路
为了能指示输出电压的最大值、最小值，分别添加红、绿LeD指示灯;为了能指示按键的增减，添加蜂鸣器，按键每按下一次，就发出报警声一次。
3电路的软件设计
直流稳压电源系统是以单片机为核心控制电压的调节与显示，因此需要编写相应软件程序控制单片机有序工作。
根据以上电源系统的硬件特点和实现功能，软件程序的结构可分为主程序和若干子程序[6]。主程序主要完成：系统初始化、数码管显示、按键是否按下，并跳转到相应功能的子程序中去。主程序流程图如图5所示。子程序包括：系统初始化子程序、显示数据处理子程序、数码管显示子程序、按键中断子程序等。
图5主程序流程图
4电路的整体设计与仿真分析
单片机系统的仿真是proteus软件的一大特色。首先在proteus中将上面硬件设计的各单元电路连接成一个完整的数控直流稳压电源仿真电路（如图6所示）;然后创建源代码程序文件，并编辑该电源系统的程序源代码;接着将源代码编译生成为目标代码，将目标代码添加到图6中的单片机元件的属性中，相当于在实际电路中对单片机下载目标程序;最后进行电路的调试仿真[7]。
图6整体设计仿真电路图
图6所示电路的仿真结果如下：当电路上电工作后，由于电阻网络中没有电阻接入Lm317的调整端，数码管上显示出电压为1.25V。当电压增加按键按下时，单片机的外部中断0产生中断，蜂鸣器报警，电压计数值增加1，接入的电阻网络中的电阻值增加一个单位，相应的输出电压增加0.1V;保存数码管结果的计数器值加1，p2.0端口选通译码显示电路的位选锁存器，送入相应的位选数据;p2.1端口选通译码显示电路的段选锁存器，送入段选数据;数码管上显示结果值增加0.1。当电压增大到15V时，红灯亮，显示电压值不变化，输出电压值也不再增加;当电压减小到1.25V时，绿灯亮，显示电压值不变，输出电压也不再减小。
在仿真电路中增加虚拟测试仪器，如图6中在稳压输出端Vout添加直流电压表或者电压探针，可以在仿真中实时观测输出电压的变化数据[3]。
电路仿真输出的理想结果是：电压输出大小从1.25V到15V变化，变化步进单位为0.1V;但实际上仿真结果是：数码管上显示结果与Lm317输出端接的电压探针测量的电压值有一点误差。仿真测试数据如表1所示。
表1仿真测试数据对比表
显示值测量值误差显示值测量值误差显示值测量值误差
1.351.356-0.0065.555.5270.02311.5511.4750.075
1.551.554-0.0045.955.9240.02611.9511.8710.079
1.951.951-0.0016.556.5200.03012.5512.4650.085
2.352.3490.0016.956.9160.03412.9512.8610.089
2.552.5480.0027.557.5110.03913.3513.2570.093
2.952.9460.0047.957.9080.04213.5513.4550.095
3.353.3430.0078.558.5030.04713.9513.8500.100
3.553.5410.0098.958.9000.05014.3514.2470.103
3.953.9390.0119.559.4940.05614.5514.4440.106
4.354.3350.0159.959.8910.05914.7514.6420.108
4.554.5350.01510.5510.4850.06514.8514.7410.109
4.954.9320.01810.9510.8810.06914.9514.8400.110
从仿真结果上看，随着电压的增加，数码管输出的理想结果与电压探针输出的结果误差将逐渐增加，最大相对误差为0.11V，即数码管上显示电压值为14.95V时，电压探针实时测量电压值为14.840V。仿真结果说明该电路在精度要求不是很高的场合足以适合应用。
分析误差的原因：（1）仿真软件中的电路元件毕竟是模拟元件，不是真实电路，即使真实电路也会有一定的误差;（2）显示结果是直接将控制继电器的数字信号通过单片机软件显示出来，而电压探针测量的是Lm317输出端的电压值，两种的显示位数、精度不同。当然实际输出端的结果还取决于连接的电阻网络中的电阻值的合理选取。通过仿真不但可以观察输出结果，还可以在仿真软件中很容易修改电路并分析结果。
5小结
本文利用proteus软件实现了一种数控稳压直流电源的设计与仿真，无论设计过程还是仿真测试结果都达到了满意的效果。该电路的设计与仿真作为电子类专业的综合课程设计典型教学案例，在教学过程中应用proteus仿真软件对电路的设计方案及结果进行实时的仿真测试与分析，一方面仿真设计操作简单，搭建电路、测试结果方便，修改设计快捷;另一方面在教学中增加了学生电路设计上的感性认识，便于对电路设计理论的理解，提高了学生的兴趣。总之，利用proteus仿真软件能较好地完成设计任务，将之应用到相关课程教学中是一种新的教
学方法，有助于教师的教学和学生的自主学习。
参考文献：
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直流稳压电路的设计篇5
关键词：信号放大电路；放大测量电路；低通滤波电路；影响隔离
中图分类号：tn721+.5?34；tm930文献标识码：a文章编号：1004?373X（2017）14?0149?05
abstract：inviewofthefactsthatthelowsignal?to?noiseratio，pooranti?interferenceabilityandlowmeasurementaccuracyexistinthemeasuringprocessofmicrovolt?levelDCvoltagesignal，anamplifyingmeasurementcircuittakingtLC2652asitscoredeviceisproposedinthispapertorealizeprecisionamplificationofvoltagesignals（5～45μV）.thelow?passfilteringcircuitandband?stopcircuitareadoptedtoreduceitsinternalnoiseandexternalinterference.theisolationcircuitisadoptedtoisolatetheeffectofthemeasuringendonthecollectionend.thelinearregulatingchipisusedinpowermoduledesigntoimprovethemeasurementaccuracyandreducepowerconsumption.thesimulationexperimentresultprovesthattheamplifyingmeasurementcircuitformicrovolt?levelDCvoltagesignalcansuppresscommonmodeinterferenceandtemperaturedrifting，hasgoodstabilityandstronganti?interference，anditsaccuracycanreachto0.044%.
Keywords：signalamplifyingcircuit；amplificationmeasuringcircuit；low?passfilteringcircuit；influenceisolation
0引言
信号检测是人们在当今时代获取信息的重要途径。在需要微弱信号检测的各个领域中，各n微弱的物理量信号都需要先转换成电压或电流信号之后再进行放大、并进行信号检测处理，因此研究微弱信号的检测方法具有重要意义。然而，由各种微弱物理量信号转换得到的电信号多数是微弱的直流或低频信号，如微波功率检波器输出的信号[1]。微弱信号，顾名思义信号的幅度是极其微弱的，但这不是微弱信号检测的难点所在，检测微弱直流信号的困难在于其被严重淹没于噪声信号中。在实际的电路测量系统中，微弱的直流信号更是容易受到各种直流误差的影响，特别是放大器的失调、漂移等误差的影响[1]。此外，微弱直流电压信号的检测还容易受到各种低频噪声的干扰，因此，直流微弱信号的检测困难重重。
从了解的资料来看，对微伏级直流电压信号的测量大致分为两种测量方法。一是将直流信号调制成幅值和直流信号呈比例关系的方波交流信号[2]。以避免直接放大微弱直流信号存在直流误差的影响，特别是直流放大器失调电压的影响，还可以避免外部工频干扰等低频噪声的影响。在各种直流调制技术中，应用最广泛的就是通过场效应管的开关特性来作为调制器。通过一定频率的控制信号控制场效应管栅极电压的极性来控制场效应管的通断，以达到调制直流信号的目的[1]。但存在的问题是：在调制过程中会产生斩波失调电压、调制尖峰信号等。场效应管作为电子开关的同时也存在开关管损耗。实际应用中模拟开关的这种理想效果是不可能达到的，场效应管开关在作为调制器时，无论有无输入信号，只要存在调制信号，模拟开关的输出端都会产生瞬态的尖峰电压，而且还会引起输出信号漂移，从而造成测量结果不精确。二是利用特低噪声、特低漂移的高精度直流放大器对微弱直流信号进行测量。如市面上的高精度直流放大器输出电压能达到伏级，可以给数据采集和处理，但存在的问题是，价格昂贵，不能广泛应用于实践研究。
为了解决微弱直流电压信号测量易受噪声干扰、测量精度不高、抗干扰能力差的问题，设计微伏级信号放大电路时，采用高精度仪表运算放大器tLC2652进行信号的精准放大，以提高测量精度；采用四阶低通滤波电路、双t型带阻滤波电路来减小内部噪声与外部干扰；采用高精度模拟信号隔离电路，隔离测量端对采集端的影响；采用低噪声、高效率的电源芯片及线性稳压芯片进行电源模块的设计，以提高测量精度并降低功耗。
1设计思路
微伏级直流电压信号，首先要通过放大才能被后端电路所采集。然而，后端采集电路的电压工作范围一般在伏级，因此放大电路的放大倍数应该设置的很大。但实现较高的放大倍数必须要进行多级放大才可实现，因为输入的直流微弱信号和噪声是叠加在一起的，一般比噪声小很多，如果输入级放大倍数设置过大，微弱直流电压信号在被放大的同时，噪声信号同样也会被放大，造成后续很难去除噪声[3]。但随着放大级数的增多，势必也带来很多杂波，此外，微弱直流信号的测量易受到各种低频噪声的干扰，及各种直流误差的影响，如放大器中的失调电压、温漂等。工频干扰也是一种低频噪声，这种干扰电信号进入电子检测系统会严重影响微弱信号检测的准确性。
因此，针对输入信号为微伏级直流电压信号，测量过程中存在信噪比低、测量精度不高、抗干扰能力差的问题，设计了微伏级直流电压信号放大电路。系统主要由高精度仪表放大电路、低通滤波电路、陷波电路及高精度隔离电路组成。微伏级直流电压信号采用屏蔽电缆送进高精度仪表放大电路进行初步放大后，首先进行低通滤波，再输入到中间级放大电路进行主要放大，而后进行高频噪声和市电50Hz降噪处理，以及通过高精度模拟信号隔离电路隔离测量端对采集端的影响，实现输入、输出和电源间的相互隔离。应用低噪声、高效率的电源芯片及线性稳压芯片进行电源模块的设计，以提高测量精度并降低功耗。经实验测量，系统可以实现对5～45μV范围内电压信号的精准放大，放大输出电压范围为0.25～2.25V，完全可以满足后级采集电路的需要，且能够达到0.044%的精度。此外，该电路还具有抗共模干扰、抑制温漂、稳定性好、抗干扰性强等特点。微伏级电压信号放大电路系统方框图如图1所示。
2信号放大电路
信号放大电路采用初级放大和中间级放大两级放大形式。传感器采样输出的直流电压信号经屏蔽电缆输入到初级放大电路，因此需要检测的直流电压信号微弱且含有大量杂波。从而要求选用的运算放大器具有以下特点：低失调电压、低温度漂移的高性能差动放大电路，以克服温漂；选用开环增益较大的运放，而单级放大器的闭环增益不可过大，这会大大减小增益误差，从而提高检测信号的精度。
因此，设计电路时采用高精度斩波稳零运算放大器tLC2652，具有优异的直流特性，失调电压及其漂移、低频噪声、电源电压变化、共模电压等对运算放大器的影响被降低到了最小[4]。multisum中的具体设计电路如图2所示。
运算放大器tLC2652的增益由输入电阻和反馈电阻决定，计算公式为：
设计时输入电阻kΩ，反馈电阻kΩ，电路增益为50。电路中为确保运算放大器输入级差分放大电路的对称性，设置补偿电阻，其值为输入端接地时，反相输入端总等效电阻。电路中，使用绝缘电阻很高的优质电容器，可选择的容量范围为0.1～1μF之间。放大倍数的设置，要考虑到初级放大电路中存在有用信号和噪声一起输入的问题，如果初级放大电路的增益设置较大，信号和噪声将被同时放大，在这种情况下，若噪声幅值较大，无疑会降低电路信噪比（信噪比是指电子系统中信号和噪声的比值），不便于对信号的进一步去噪处理。另外，为确保运算放大器的精度，负反馈电阻的精度要很高，同时电路的闭环增益不能设置的太大；保证印制板较高的质量，以避免印制板表面存在的漏电流问题[4]。为此，可在印制板上设置保护环。高精度仪表放大器在放大微弱直流信号时，通常可在输出端加一低通滤波电路，以滤除输出电压中的交流分量来减小交流干扰，使电压输出更加稳定。中间级放大电路，设置在四阶低通滤波电路之后，主要目的是实现放大模块较大的放大倍数。
3滤波电路
因为需要检测的微伏级直流电压信号非常微弱且含有大量杂波，测量回路、仪表放大电路和相关器件的固有噪声以及外界的干扰噪声通常比被检测目标信号的幅值大很多，有用信号和噪声在经仪表放大电路后将被同时放大。此外，电路结构的不合理设计也会引入噪声干扰，所以，仅对信号进行放大是测量不出微伏级这样微小信号的[5]。电路中为了更好地提取出有用信号，设计了滤波模块来有效地抑制噪声。
3.1低通滤波电路
针对电路系统的内部噪声以及外部系统的干扰多为交流信号，设计四阶巴特沃斯型有源低通滤波电路对输入级放大电路的输出电压信号进行处理，以抑制放大了的噪声信号。设置低通滤波电路的截止频率为20Hz，选用单片集成运算放大器op200，具体器件参数设置及电路设计如图3所示。图4为电路在multisum中仿真的幅频特性。
3.2陷波电路
陷波电路也即带阻滤波电路，主要用来减少工频干扰。通常使用的各种仪器的供电电源都为市电或者经市电转换得到，而市电的频率为50Hz。这样测量电路中就会串入工频，产生工频干扰，严重时将导致电路无法接收信号[6]。电路中采用经典的双t型带阻滤波电路，其中要求电阻R和电容C有较高的精度，以保证带阻滤波电路的中心频率正好在50Hz处。图5为陷波电路结构原理图。
由此可以得出结论：为了使设计的陷波电路性能最佳，也即满足窄带滤波效果和高Q值，m应接近1取值。
设计电路时采用增益调节电位器，使其在50Hz处衰减效果最好。经计算kΩ，μF；为增益带宽调节电位器。图6为具体设计电路，图7为50Hz陷波电路在multisum中仿真的幅频特性图。
4隔离电路
在微伏级直流电压信号放大测量过程中，抗干扰是一个不可避免的问题。若不通过信号隔离，测量系统就会引入各种电磁干扰。目诵藕胖谢烊敫扇判藕牛不但会降低测量的准确度，而且尖峰电磁脉冲会对后端采集电路造成一定破坏。因此，针对微弱直流电压信号测量存在的干扰问题，设计了隔离电路。
发光二极管和光敏三极管的伏安特性使光电耦合器件非线性失真十分严重，一般只用来隔离数字信号，而不能简单应用到对模拟信号的隔离。因此，模拟信号的隔离相对复杂的多，一方面要求其达到隔离效果，另一方面又要求最大限度地使模拟信号不失真，也就是能确保模拟信号的线性传输[7]。有源隔离模块t6550D/S内部采用电磁隔离技术，精度达到13～14位，具有良好的线性度及优良的温漂与时漂性能[8]，能够实现输入/输出和电源间的相互隔离，非常适合高精度信号隔离测量。电路接口如图8所示。
直流稳压电路的设计篇6
【关键词】声电转换电路;光电转换电路;声光双控;电子技术
abstract：Soundandlight-controlledlightingcircuitcomposedbythepowercircuit，theacoustic-electricconversioncircuit，amplifiercircuit，aprocessingcircuit，aphotoelectricconversioncircuitandacontrolcircuit.thispaperisdesignedforeachcircuitdiagramandcomponentparameters，itdescribestheperformance、thescopeandprincipleofsoundandlightcontrollightingcircuits.ithasobvioussavingeffect，canapplicabletoresidentialareas，factories，officebuildings，schoolbuildingsandotherpublicplaces.
Keyword：acoustic-electricconversioncircuit;photoelectricconversioncircuit;soundandlightdualcontrol;electronictechnology
1.绪论
随着时代的发展，城市现代化建设步伐不断加快，能源的供需矛盾也越来越突出，节电节能、绿色照明的要求越来越迫切。在学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道，长明灯现象十分普遍，这造成了能源的极大浪费。用声光双控路灯代替住宅小区楼道上的开关路灯，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其他声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。声光控制路灯不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂，办公楼，教学楼等公共场所。
2.总体方案设计
图1原理框图
声源产生的声音信号，经声电转换器后转换成微弱的电信号，该信号经放大后送处理器，处理器将幅度、频率不同的一群声波信号转换成一次状态改变的控制信号，与光电信号一起输入控制电路。当白天或傍晚光线较亮时，光控部分将开关自动关断，声控部分不起作用。当光线较暗时，光控部分将开关自动打开，电路的通断受控于声控部分。当声强达到一定程度时，电路自动接通，点亮照明灯，并开始延时，延时时间到，开关自动关断，照明灯熄灭。
3.电路设计与参数选择
3.1电源电路的设计与分析
3.1.1电源电路的设计
直流稳压电源一般由降压器、整流器、滤波器和稳压器四大部分组成。为了既可以达到设计要求的目的又要尽量使电路简洁经济，本设计使用稳压二极管作为稳压电路，输出为+9V的稳压直流电源电路如图2所示。
图2电源电路
降压稳流部分由R1C1、全桥电路QD和滤波电容C2组成，经Dw稳压后得到+9V的电压，为路灯控制电路提供了工作电压。
3.1.2元器件的选择与参数的计算
（1）桥式整流电路
，所以QD的反向击穿电压选用1a300V以上的器件，以确保安全。
（2）稳压二极管
本设计采用+9V稳压直流电源，所以采用比较常用的2Cw57，稳定电压为8.5～9.5V，稳定电流为10ma，最大稳定电流为26ma，反向漏电流≤0.5ma，动态电阻20Ω，最大耗散功率0.25w。
（3）降压电容
为保证降压电容可靠工作，其耐压选择应大于两倍的电源电压，选用耐压400V以上的金属化纸介电容器，大小为0.47?。泄放电阻的选择必须保证在要求的时间内泄放掉降压电容上的电荷，泄放电阻选560kΩ。
（4）其它元器件
滤波器主要由电容C2组成。按RC时间常数近似等于3～5倍电源半周期估算，可选择R2为200Ω，C2为220?。C3为滤波电容，选择47?大小。
3.2信号放大整形电路的设计与分析
3.2.1电路的设计
图3信号放大整形电路图
拾音器采用电压蜂鸣器HtD35a-1，当有音响作用到压电陶瓷片上时，声震导致的绕曲变形就会产生相应的电效应。由于声＼电效应较小，设计了Vt1，Vt2，直耦式音频放大器，将信号放大，并由D2，D3，C7倍压整流再经t3倒相放大，触发单稳态电路。
3.2.2元器件的选择与参数计算
（1）压电蜂鸣器HtD35a-1
声电传感器是一种能将声波的振动转换为电压和电流输出的声电转换元件。本设计采用灵敏度高、结构简单、价格便宜的压电陶瓷片作为声电传感器。
谐振频率：2.9KHz;谐振电阻≤150Ω;电容量<40000pF（性能参数）;
金属片直径D：35mm;陶瓷片直径d：25mm;总厚度t：0.55mm（尺寸）。
（2）其它元器件
Vt1管选用C485，β的值不少于150倍。Vt2和Vt3用9014或3DG8型硅npn小功率晶体管，要求电流放大系数β≥100。
D2和D3的选择没有特殊要求，一般元器件即可。其它电阻与电容的阻值选择如下：R4=430k;R5=4.3k：R6=2.7k;R7=1.8k;R8=5.6k;C4=4.7?;C5=10?;C6=10?;C7=0.68?。
3.3控制电路的设计与分析
3.3.1电路的设计（如图4所示）
555和R9、C8、Vt4、Vt5等组成光控单稳态电路，即利用光敏三极管对不同光照呈现的阻抗不同，对时基电路555的4脚进行高低电平的控制，或处于等待触发状态，或处于强制复位状态。当白天或傍晚光线较亮时单稳态触发器输出低电平处于强制复位状态，此时不管2脚有多大的触发电平，555均不会翻转置位。可控硅不会触发倒通，电灯无电不亮。夜晚光线较暗时，555的4脚呈高位，使555触发器处于单稳态触发状态，此时如果有声响，经拾音，放大，倍压整流后，触发单稳态触发器，使其由稳态翻转到暂稳态，输出高电平，可控硅触发倒通，电灯亮，并延时一段时间。图示电路的单稳态时间为120s，即电灯点亮后2分钟熄灭。
图4控制电路
（上接第27页）
3.3.2元器件的选择与参数计算
电路中三极管Vt4选择3DK2;由于本设计要求路灯点亮后延时2分钟后自动熄灭，则在单稳态触发电路中定时元件R9与C8需满足;则选R9=1.1m;C8=100?。
电路中其它电阻值的选择如下：R10=22K;R11=20K;R3=300;电容是滤波电容，故选择C9=0.01?的小电容，滤掉高频干扰。
3.4光电传感器及开关电路的选择
3.4.1光电传感器
本设计采用简单经济的光敏三极管3DU5实现光电转换。3DU5的性能参数如下：光谱响应范围500～1000;最高工作电压6～8V（iD小于额定允许值）;暗电流iD（?a）2.0（在最高工作电压RL=1000Ω条件下）;光电流iL（ma）1（在照度1000lx、U=10V、RL=0Ω下）;响应时间<10-5s;最大使用功率2000mw。
3.4.2开关
本设计采用双向可控硅实现开关控制，选择额定通态电流为1a，断态重复峰值电压为400V的3CtS1双向可控硅。
3CtS1的参数如下：（tamb=25℃）
a.断态重复峰值电压（VDRm）：400V;
b.通态平均电流（it（aV））：1a;
c.通态不重复浪涌电流（itSm）：10a;
d.通态峰值电压（Vtm）：1.7V（itm=1.2a）;
e.断态重复峰值电流（iDRm）：100a（VDRm=
400V;RGK=1kΩ）;
f.维持电流（iH）：50ma（VD=12V;iGt=0.1a）;
g.控制极触发电流（iGt）：10～50ma;
h.控制极触发电压（VGt）：1.5V。
4.总电路图（如图5所示）
电路可实现白天灯泡不亮晚上遇到声响时，通过声控电路使灯泡自动点亮，并延时一段时间后自动熄灭的功能。
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直流稳压电路的设计篇7
关键词：项目化；整流；滤波；稳压
1.制作要求
1.1任务
设计直流稳压电源，电源输出电压1.25~30V可调，最大输出电流为1.5a，输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于5×10-3；输出电阻小于0.1Ω。
1.2要求
①选择电路形式，画出电路原理图；②合理选择电路元器件的型号及参数，并列出材料清单；③画出安装布线图；④进行电路安装；⑤进行电路调试与测试，拟定调试测试内容、步骤、记录表格，画出测试电路。
1.3装配电路板
在通用电路板上进行电路布局图的安装，电路装配的工艺流程说明，调整测试内容与步骤，数据记录，测试结果分析等。
2.学习要求
1、了解直流电源的基本组成和性能指标。2、掌握线性直流电源中整流、滤波、稳压电路的选择、电路元件的参数计算、选择等。3、掌握线性直流电源设计的方法和步骤。4、掌握直流电源的装配、调试和测试的操作技能。5、具有安全生产意识和预防措施。6、能与他人合作、交流，完成电路的设计、电路的组装与测试等任务，具有团结协作、敢于创新的精神和解决问题的能力。
3.分析过程
3.1电路原理图
如图1所示，t1为自耦变压器，t2为电源变压器，V1～V4为整流二极管，C1为滤波电容，Cw7812为三端稳压器，R和Rp组成负载RL，两块电压表分别接在整流滤波电路的输出端及稳压电路的输出端。
3.2操作过程及数据分析
1、按图示电路先连接变压器和整流电路，t2用18V，用示波器观察输入、输出端的波形，并用万用表测试输入、输出电压的值（注意输入是交流，输出是脉动直流），并作好记录。变压器输入电压Ui整流后输出电压Uo118V16.2V
2、在第1步的基础上，接入滤波电容，用示波器观察滤波后输出的波形，并用万用表测试输出电压，作好记录。变压器输入电压Ui整流后输出电压Uo1滤波后输出电压Uo218V16.2V21.6V
可以看出经过整流滤波后，交流变成平滑的直流电，输出电压值得到提高，变为1.2Ui。
3、完全按图1接好电路，再按以下操作测试和观察。
①负载电阻RL保持不变，调节自耦变压器在一定范围内220(1±10%)V变化，观察整流滤波电路输出端的电压表及负载两端的电压表的变化，会发现滤波电路输出端的电压表指针发生了变化，而负载两端的电压表读数12V却不变。
②输入电压（自耦变压器调到aC220V）不变，调节Rp，观察负载两端的电压表，读数12V仍不变。
可以看出:该电路在电源电压及负载RL变化时，负载两端电压值均不变，即实现了稳压功能。
由以上演示看出：直流稳压电源就是一种把交流电变为直流电，能输出稳定直流的一种电子设备。它一般由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，其框图如图2所示：图2直流稳压电路框图
图中，电源变压器的作用是为电设备提供所需的交流电压，主要起降压的作用；整流器的作用是实现交流电变成脉动直流电；滤波器的作用是将整流后的脉动直流变换成平滑的直流电；稳压器的作用是克服电网电压、负载及温度变化所引起的输出电压的变化，提高输出电压的稳定性。
根据以上内容，学生通过制作项目电路既加深了对电路结构的认识，又增添了学习兴趣。使这部分枯燥的理论转化为先观察现象，再通过测试的数据，反推各部分数据之间的关系。简化了理论数据的推导过程，学生学起来更加容易，这一点在我系学生学习的过程中得到普遍的认可。（作者单位：泸州职业技术学院）
参考文献
［1］《电子技术》;编著者,付植桐;高等教育出版社;2000年第1版
直流稳压电路的设计篇8
关键词：电磁感应；电流磁效应；振荡；滤波
中图分类号：tp311文献标识码：a文章编号：1009-3044（2017）17-0195-03
1系统方案
1.1无线充电的原理
无线充电原理主要是运用电流磁效应和电磁感应技术实现。电流通过的导线时，会在导线周围产生磁场的现象，并随着通过的电流逐渐增大，所产生的磁场强度就越强。磁场中的导体做切割磁感线运动时，导体就会产生感应电动势，若导体是闭合回路中的一部分，就会产生感应电流。
应用上述的电路原理，可以实现无线连接的互感耦合，对电流进行空间馈送。在一个电源接入一个线圈产生一个震荡的磁场，将另一个线圈放置在震荡的磁场当中，即可产生激励电流。其原理示意图如图1所示。
1.2无线充电系统的设计
应用电流的互感耦合原理实现短距离无线充电，主要是将直流电转换成高频交流电，然后通过原线圈和副线圈之间的互感耦合实现电流的无线馈送，基本方案图如2所示。
无线充电装置由两部分组成，一个是无线发射端，接入5V直流电源，通过震荡产生一定频率变化的信号电流，使得流过线圈的电流产生高频震荡的磁场。另一个则是无线接收端，接收端使用副线圈在磁场中接收来自发射端的电感耦合电流，耦合电流是交流电流，需要经过整流滤波处理以后才能提供电能给手机电池。
1.3无线充电的电路方案
1）无线发射端。无线发射端的电源振荡器采用的是门电路多谐振荡，该电路的震荡是通过对电容C充放电作用完成的，R4、R2是补偿电阻，目的是减小电源电憾哉竦雌德实挠跋臁U鸬粗芷诶砺壑导扑悖
震荡周期实际值：保证波形不失真情况下，频率选用范围为500K～2.68mHz。为了满足实际应用情况，故所选的多谐振荡的电路方案如图3所示。
2）无线接收端。无线接收端相当于一个线性稳压电源，控制电路从副线圈获得交流电，利用二极管的单向导电性对交流电源进行半波整流，为了向负载提供一个稳定的直流电源，需要对脉动电源进行滤波稳压，最终得到一个稳定的5V电源电压。
1.4总方案
电源发射端使用了一个多谐振荡器使得直流电源变为高频交流电，高频的交流电通过线圈将电能转换为空间中的磁能，接收端在磁场中接收发送端的能量在线圈中产生交流电，经过对副线圈的交流电进行半波整流，滤波和稳压之后提供稳定的直流电源给充电电池。为了能更好地显示无线充电装置的工作状态，在无线发射端使用StC12C5a60S2采集无线充电装置的状态。单片机通过aD转换发送端的电压，获得当前的工作状态。其总体方案图如下所示：
2硬件电路设计
2.1发射端的振荡器电路
门电路多谐震荡的电路特点：1.产生高低电平的开关器件；2.具有反馈信息网络，将输出的反馈到输入端，使开关器件改变输出状态，保持稳定；3.可以利用RC电路的充放电时间实现对开关的延时，以获得需要的振荡频率。
综上所述，本次项目使用ComS门电路组成的振荡器，其结构图如下所示：
但当电源电压出现不稳定的状态时，就会引起振荡频率随之不稳定，为了改善这一不稳定的状况，通过增加一个补偿电阻Rd减少电源电压纹波对频率的响应，达到系统的问题运行。
由于使用分立元件制作的多谐振荡器，不仅会耗费大量的空间，增加电路的体积，并且整体电路能耗较大，降低了产品的有用功功率，故考虑使用小规模集成电路XKt-510系列芯片。根据XKt-510的特眭所设计的发射电路原理图：
2.3接收端的整流电路
无线接收端接收到的电压波形跟发射端一样，均是一种方波波形，故可直接在线圈上接入电容滤波。无线接收端对副线圈的电压进行半波整流，经过半波整流得到的直流电压，实际是脉动直流电压，它的纹波较大，在实际应用中为了降低纹波，需在电压输出端接入滤波电容。其电路图如下所示：
在交流的正半周时二极管导通，在向负载供电的同时也向电容充电，当交流电的负半周时，二极管截止，电容放点，为负载提供电流。输出电压如图所示：
得到的电源电压并不稳定，会对电池产生物理损坏，影响电池使用寿命，更有甚者会导致电池爆炸而发生事故。故为了得到更加稳定的直流电源，需要在经过半波整流电路输出的电源电压再加上一个线性稳压元器件。其电路图如下所示：
在无线接收端同样采用了一个无稳态自激多谐振荡器，通电源后，电源对电容C33和C44充电，为三极管提供基极电压，由于元器件的参数不可能完全相同，所以必然会有一只三极管首先导通，假设是Q11导通，则LeD3被点亮，同时Q00截止，当C44上的电压充至0.7V时，Qoo导通，Q11截止，但由于Q00上只有负载电阻，所以表现为LeD3间隔一定的周期闪烁一次。闪烁周期可以改变C33和C44，R22，和R33的数值来调节，数值越大，周期越长。
3软件方案设计
在无线发射端使用了StC12系列单片机无线充电装置进行检测，对当前的工作状态做出反映，便于使用者可以看到装置当前处于什么样的状态中。其工作流程是初始化aDC模块，需要将对应的p1口设置为模拟功能输入，开启aDC电源，设置aDC转换时间和需要转换的通道，配置后之后只需开启aD转换的就可以开始采集电压。其工作流程如下图所示：
在主函数中使用了a/D转换中断，每当完成一次a/D转换之后，硬件上就会将aDC-ContR寄存器的aDC_FLaG置位，同时产生中断，在中断服务函数中，读取a/D转换结果，使得不会丢失每一次的a/D转换结果。气系统流程图如图13所示。
4整机测试
对整个装置进行测试，在无线发送端接入一个5V直流电源，然后使用万用电表在无线接收端的电压输出端测量，测得电源值部分值如表1所示。
通过表1可知，本次设计最终得到的电压值是接近5V。当接人手机进行充电测试时，手机页面显示正在充电中。
无线发送端的单片机部分，单片机的引脚接人线圈两端，当无线接收端靠近发送端的时候，相当于给发送端加了一个负载，导致线圈两端的电压产生微妙的变化，使用单片机的a/D转换器检测电压变化情况，因此可以判断出接收端是否在靠近发送端后进行充电工作。
直流稳压电路的设计篇9
【关键词】8051单片机数模转换器eepRom开环控制
目前所使用的指路电源一般为直流可调电源，这些电源几乎都为用旋钮开关来调节电源，该方法调节精度不高，而且经常跳变，使用起来非常不方便。而采用数控电源主要是用来提供纯净，稳定，没有杂波的直流电源，通常是DC24V，主要用来对供电要求质量比较高的控制设备。可以达到每步0.1的精度，输出电压范围0～15V，电流可以达到2a。足以满足直流电源的使用条件。
一、电路的工作原理
本文设计的“数控直流稳压电源”实际上是由单片机控制的一种直流输出电源，该电源能在输出0～15V的电压范围内安装0.1V的精度连续可调，而且具有一定的带负载能力。该电路主要由显示电路、D/a转换电路和电源电压输出电路三部分组成。系统结构图如下所示：
二、硬件设计
本设计采用常用的51芯片作为控制器，mCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，p0.0～p0.7p0口8位双向口线。p1.0～p1.7p1口8位双向口线。p2.0～p2.7p2口8位
硬件系统结构图
双向口线。p3.0～p3.7p3口8位双向口线。p0口和DaC0832的数据口直接相连，Da工作在单缓冲方式下，由于/XFeR=0/CS=0/iLe=1，DaC寄存处于工作状态。所以只要把/wR1/wR2置低电平时，写p2口，则该数字信号立即传送到输入寄存器，并直通至DaC寄存器，经过短暂的建立时间，即可以获得相应的模拟电压，一旦写入操作结束，/wR1和/wR2立即变为高电平，则写入的数据被输入寄存器锁存，直到再次写入刷新。
采用的DaC转换器件为DaC0832，它是8分辨率的D/a转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个Da芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/a转换器由8位输入锁存器、8位DaC寄存器、8位D/a转换电路及转换控制电路构成。根据对DaC0832的数据锁存器和DaC寄存器的不同的控制方式，DaC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。DaC0832是采样频率为八位的D/a转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，使DaC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要（如要求多路D/a异步输入、同步转换等）。若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，也可外接。DaC0832逻辑输入满足ttL电平，可直接与ttL电路或微机电路连接。
at24C02是一款常用的可掉电保存数据的Rom，2K比特容量，采用i2C总线操作，关于它的具体操作方法参考相关资料。
主硬件电路图
Da的电压输出端接放大器op07的输入端，放大器选择范围比较大，只要放大器满足放大值达到0～15V，放大倍数2～5倍，频率要求不高。
该系统数字显示部分使用3个数码管进行显示，可以显示三位数，一个小数位，比如可以显示10.5V，驱动方式采用动态扫描。本主电路的原理是通过mCU控制Da的输出电压大小，通过放大器放大，给电压模块作为最终输出的参考电压，真正的电压，电流还是由电压模块Lm317输出。
参考电压电路图
电源电压输出部分，即稳压器部分。该电路的稳压设计采用的是常用的可调节稳压器Lm317。Lm317是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。输出电压范围是1.25V至37V，负载电流最大为1.5a。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。Lm317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。
三、软件设计部分
源程序的工作过程为：系统上电复位后，默认输出9V电压，然后扫描KeY1、KeY2键，当KeY1或KeY2有键按下时，程序跳转至相应的按键处理子程序，经按键处理子程序后，再嵌套调用显示及输出子程序，完成显示与输出操作后返回主程序，机械扫描KeY1、KeY2按键。
直流稳压电路的设计篇10
[关键词]单片机直流稳压源智能化电源闭环控制
[中图分类号]tm[文献标识码]a[文章编号]1007-9416(2010)03-0034-02
直流稳压电源作为电气设备及其控制系统的主要电源系统,在实际生活中被广泛的应用于电力电子教学、电气设备开发研究等工程领域。传统直流稳压电源由于受技术条件的影响,普遍存在功能简单、调节误差大、干扰大、接线复杂、体积大等问题。传统直流稳压电源对输出电压通常采用粗调的方式来完成,调节精度不高,当需要输出电压在一个很小范围内进行调节时,传统的直流稳压电源就难以办到,严重影响了稳压电源的使用范围。基于单片机的智能高精度直流稳压电源,结合了最先进的单片机控制技术采用高性能基准稳压电力电子元件,稳压调压精度高而且抗干扰能力强,克服了传统直流稳压源的缺点。同时整个控制系统具有完善的保护电路,大大提高了设备的使用寿命。随着电力电子技术的成熟,单片机价格越来越经济,且集成度相当高,大大减少了直流电源系统开发成本,具有明显的工程实际应用价值。
1系统硬件设计
1.1系统总体结构
单片机控制的直流稳压电源以at89S52单片机作为整机的核心控制单元,经过调节aD7543的输入电压数字量来控制系统的输出电压,本系统具有可预置电压和步进调节电压的特性,而且整个电压调节步进值达到0.1V的小范围。此系统具有自我检测功能、短路保护等故障处理技术。整个系统的工作原理框图如图1所示。
从图1可以看出,整个系统包含变压整流单元、键盘预设电压单元、滤波电路单元、电流检测短路保护单元、电压反馈单元等多个部分组成。为了使系统能够具备自动采样检测实际输出电压值的大小,可以通过电压取样及电压调节回路,实时对电压进行采样,并经过相应的比较放大电路直接控制单片机内部系统程序进行相应的电压调节,保障输出直流电压的稳定,然后经过八段式数码显示管进行数据处理及显示相应的系统输出电压值。单片机在得到电压取样数据后,通过数字信号处理中心,获得相应的控制策略,可以通过两个驱动电路,对不同的输出电压值采取不同的控制策略。当电流检测回路发现系统中电流过大时,就直接将信息反馈给驱动电路和单片机系统,控制电路调整进行自动短路保护。利用单片机为核心处理控制器的稳压电源系统整体设计方案比较灵活,合理利用软件编程控制方法来解决电压值的预置以及输出电压的步进控制,比传统滑档控制更加精确可靠。由于单片机是一种电子产品的集成系统,可以大大地减少直流电压源系统内部的硬件回路,且采用较为先进的电子器件,系统的相应时间和误差都在有效的控制范围,大大扩大了稳压电压源的使用范围,在稳压源系统中得到了广泛的推广。
1.2数控部分
单片机at89S52作为整个稳压系统的控制核心主要完成电压输出值的采样判断、键盘电压预设控制、控制驱动电路进行电压调节、输出电压值数字显示、系统短路自动检测保护及其他辅助功能。
为了实现系统的人机对话功能,本系统采用10个数字电压预设按键和两个步进(“+”,“-”)按键,为了避免有些其他未考虑功能按键的使用,最终选用具有16按键的输入键盘实现整个系统的人机交互控制电路。输出电压值显示部分采用8位8段式LeD数码管,数显LeD管现在已经很成熟,易于同其他设备进行数据交换,可以直接与单片机输出相连。但是本系统单片机作为系统控制核心,数显单元只是单片机控制的一个点,且单片机i/o端口总数目有限,必须采用扩展电路来控制数显部分,因此为了优化系统,采用一片8155作为单片机系统的外部扩展接口电路,实现16个键盘的通信接口与LeD数显的通信接口。键盘及数显接口单片机扩展电路如图2所示。
1.3电压取样及电压调节
为了提高输出电压的精度,保证电源稳定运行,利用电压取样单元对电源输出电压进行检测,得到一个电压信号的反馈电压。为了提高单片机控制系统的整体精度和灵敏度,将采样数据经过比较放大电路,利用一级运算放大器将采样电压进行放大,再送给单片机系统进行相应的数据处理。
1.4电源方案
采用78系列三端稳压器件作为控制核心单片机及系统各功能芯片的动力源,通过输入电源的全波整流,获得可靠的稳压供电电源。
1.5过流报警功能
为了提高单片机控制系统的安全可靠性,提高单片机数控直流电压源的人性化服务。利用电流检测回路检测系统中的电流值,当电流大于系统设定值时,通过单片机系统自动保护跳闸,实现保护贵重电气设备的功能,并可以通过相应的蜂鸣器报警,提醒工作人员对相应的设备进行检查看修。
2软件设计
在实际硬件电路搭配完成后,为了有效地减小纹波电压,保证供电可靠性,本系统采用软件编程方法实现去峰值数值滤波,以减小外界环境干扰对输出电压的影响,数据取样分析判断是整个滤波系统的中心部分,取样的准确性与否直接影响系统的整体控制。为了保证取样的可靠性,在整个系统的软件设计中设置了电压采样主程序和键盘输入中断子程序,相应的流程图见图3和图4所示:
程序运行后,单片机系统就自动开始检测是否有键按下,若有键盘触发脉冲,则进入电压预设按键功能程序。LeD数码管显示部分就开始自动动态定时扫描数据,达到系统CpU资源得到充分利用。单片机系统不断通过取样电路采集系统输出电压数据,经过比较放大和相关分析判断,然后通过单片机系统发出增减命令对实际输出电压进行相应的校正,控制输出电压源保持电压恒定。
3数据分析
把系统相关的硬件和软件设定完成后,对装置进行相应的检测,其检测结果数据如表1所示:
从表1中可以看出,基于单片机的直流稳压电源系统可以有效的保障输出电压的稳定,系统整体误差在10-2量纲级内,误差相当小,完全满足稳压电源的要求。
4结语
以at89S52单片机为核心设计的一种智能稳压电压源系统,有效保证电气设备的安全稳定运行。系统输出电压采用数显和键盘输入控制,提高了电源的人性化服务。基于at89S52单片机的一种稳压电压源系统系统集成度高、可靠性强、具有自我故障检测保护功能,具有良好的实用价值。
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