广东石油化工学院。
课程设计说明书。
课程名称： 模拟电子技术课程设计
题目： 数控直流稳压电源设计
学生姓名。专业。
班级。学号。
指导教师： 李继凯。
日期： 2011 年 12 月 30 日。
广东石油化工学院。
课程设计任务书。
一、 设计题目：数控直流稳压电源设计。
二、 主要内容及要求。
1．功能与主要技术指标。
⑴ 输出电压：0∽9．9v步进可调，调整步距0．1；v
⑵ 输出电流：≤500ma；
⑶ 精度：静态误差≤1%fsr，纹波≤10mv；
⑷ 显示：输出电压值用led数码管显示；
⑸ 电压调整：由“+”两键分别控制输出电压的步进增减；
⑹ 输出电压预置：输出电压可预置在0∽9．9v之间的任意一个值；
⑺ 其它：自制电路工作所需的直流稳压电源，输出电压为±15v，+5v；
三、 进度安排。
2024年9月24日— 2024年9月30日。
四、 总评成绩。
指导教师。学生签名。
题目。数控直流稳压电源设计。
一、设计任务与要求（标题均为小三号，宋体）
1．功能与主要技术指标。
⑴ 输出电压：0∽9．9v步进可调，调整步距0．1；v
⑵ 输出电流：≤500ma；
⑶ 精度：静态误差≤1%fsr，纹波≤10mv；
⑷ 显示：输出电压值用led数码管显示；
⑸ 电压调整：由“+”两键分别控制输出电压的步进增减；
⑹ 输出电压预置：输出电压可预置在0∽9．9v之间的任意一个值；
⑺ 其它：自制电路工作所需的直流稳压电源，输出电压为±15v，+5v；
2．数控直流稳压电源组成框图之一。
操作人员通过按键对系统发出电压调整指令，该指令与输出电路的状态信号一起送入数控部分电路，经过处理后产生符合指令要求的输出电压信号，并经输出电路功率驱动后输出。当输出电路的输出电流超过极限值时，由过流保护电路产生的信号送入数控电路，关闭系统的电压输出，对系统的输出电路进行保护。另外，数控部分还产生显示信息送入显示电路，将输出电压或其它信息报告给操作人员。
提示： 用可预置的加减计数器和d/a实现电压预置和电压步进控制；
用集成运放实现功率扩展或用三端集成稳压电源；
可用电压比较器实现过流控制；
3．参考书。
(1) 《集成电子基础教程》，郑家龙、王小海、章安元编，高教出版社，2024年5月。
(2) 《电子系统设计》，何小艇等编，浙江大学出版社，2024年。
(3) 《现代电子学及应用》，童诗白、徐振英编，高等教育出版社，2024年
(4)《新编555集成电路应用800例》 陈永甫编著电子工业出版社 2024年。
5)《电路与电子技术实验》
二、方案设计与论证。
对数控直流稳压电源的总体分析，为了完成上面所设计的各种功能，将整个电源分成三部分：数控部分、稳压输出部分和供电部分，总体框图如图（1）所示
首先是供电部分，供电部分输入220v、50hz交流电，输出全机所需的三种电压：+5v、±15v。+5v主要供数控部分和d/a转换芯片使用，电流最大约为400ma;+15v 作为运放的正电源，同时也是稳压输出电路的主电源，最大电流约为650ma；-15v作为运放的负电源同时也给基准电压源供电，该电流较小，不超过50ma。
然后是数控部分，主要由数字电路组成，它要完成键盘控制、预置输入控制、电压控制字输出、数码管显示控制、电流过流软件保护等功能。（利用74ls192、数码管等）
最后是稳压输出部分，这部分将控制部分送来的电压控制字数据转换成稳定电压输出。它由数/模转换器（idac），集成运放（ua741）组成。
方案一：开关型稳压电路。
1．开关型稳压电路的特点主要有以下几方面：
1）效率高。 开关型稳压电路中的调整管工作在开关状态，可以通过改变调整管导通与截止时间的比例来改变输出电压的大小。当调整管饱和导电时，虽然流过较大的电流，但饱和管的压降很小；当调流管截止时，管子将承受较高的电压，但流过调整管的电流基本为零。
可见，工作在开关状态调整管的功耗很小，因此，开关型稳压电路的效率较高，一般可达65%~90%
2）体积小，重量轻 。 因调整管的功耗小，故散热器也可随之减小。而且，许多开关型稳压电路还可以省去50hz工频变压器，而开关频率通常为几万赫兹，故滤波电感电容的容量均可大大减小，所以，开关型稳压电路与同样功率的线性稳压电路相比，体积和重量都将小得多 。
3）对电网电压的要求不高。由于开关型稳压电路的输出电压与调整管导通与截止时间比例有关，而输入直流电压的幅度变化对其影响很小，因此，允许电网电压有较大的波动。一般线性稳压电路允许电网电压波动±10%，而开关型稳压电路在电网电压为140~260v，电网频率变化±4%仍可正常工作。
4）调整管的控制电路比较复杂。为使调整管工作在开关状态，需要增加控制电路，调整管输出的脉冲波形还需lc滤波后再送到输出端，因此相对于线性稳压电路，其结构比较复杂，调试比较麻烦。
5）输出电压中纹波和噪声成分比较大。因调整管工作在开关状态，将产生尖峰干扰和谐波信号，虽然整流滤波，输出电压中的纹波和噪声成分仍较线性稳压电路为大。
2．开关型稳压电路的组成。
串联式开关型稳压电路的组成如图（5）所示。图中包括开关调整管、滤波电路，脉冲调制电路、比较放大器、基准电压和采样电路等各个组成部分。
如果由于输入直流电压或负载电流波动而引起输出电压发生变化时，与基准电压进行比较并将两者的差值放大后送至脉冲调整电路，采用pwm控制，使脉冲波形的占空比发生变化。此脉冲信号作为开关调整的输入信号，使调整管导通和截止时间的比例也随之发生变化，从而使滤波以后输出电压的平均值基本保持不变。
图（6）示出了最简单的开关型稳压电路的原理示意图。电路的控制方式采用脉冲宽度调制式。图中三极管vt为工作在开关状态的调整管。
由电感l和电容c组成滤波电路，二极管vd称为续流二极管。脉冲宽度调制电路由一个比较器和一个产生三角波的振荡器组成。运算放大器a作为比较放大电路，基准电源产生一个基准电压uref,电阻r1和r2组成采样电阻。
方案二：三端集成稳压输出。
随着集成技术的发展，稳压电路也迅速实现集成化。特别是三端集成稳压器，芯片只引出三个端子，分别接输入端、输出端和公共端，基本上不需要外接元件，而且内部有限流保护、过热保护电路，使用十分安全、方便。
1． 三端集成稳压器的组成。
三端集成稳压器的组成如图（3）所示。电路内部实际上已经包括了串联型直流稳压电路的各个组成部分，另外，加上了保护电路和启动电路。在wt7800系列三端集成稳压器中，已将三种保护电路集成在芯片内部，它们是限流保护电路、过热保护电路和过压保护电路。
启动电路的作用是在刚接通直流输入电压时，使调整管、放大器和基准电源建立起各自的工作电流，而当稳压电路正常工作时启动电路被断开，以免影响稳压电路的性能。
2． 三端集成稳压器的基本电路。
三端集成稳压电路器最基本的应用电路如图（4）所示。整流滤波后得到的直流输入电压ui接在输入端和公共端之间，在输出端即可得到稳定的输出电压uo。为了地笑输入线较长带来的电感效应，防止自激，常在输入端接电容c2（一般c的电容为0.
33uf）。同时在输出端接上电容c3，以改善负载的瞬态响应和消除输出电压中的高频噪声，c3的容量一般为0.1uf至几十微法。
两个电容应该直接接在集成稳压器的引脚处。
若输出电压比较高，应在输入端与输出端之间跨接一个保护二极管vd，如图（4）中的虚线所示。其作用是在输入端短路时，使c3 通过二极管放电，以便保护集成稳压器内部的调整管。
输入直流电压ui的值应至少比输出电压uo高2v。
三、单元电路设计与参数计算。
1.供电部分。
供电部分输入220v、50hz交流电，输出全机所需的三种电压：+5v、±15v。+5v主要供数控部分和d/a转换芯片使用，电流最大约为400ma;+15v 作为运放的正电源，同时也是稳压输出电路的主电源，最大电流约为650ma；-15v作为运放的负电源同时也给基准电压源供电，该电流较小，不超过50ma。
对于滤波电容的选择，要考虑三点：①整流管的压降；②7815/7915最小允许压降ud；③电网波动10%。由此而计算得允许纹波的峰—峰值。
=18*（1-10%）-0.7-ud-15=4.9
按近似电流放电计算，并设θ=00(通角)，则。
c=i*δt/δu=0.7*1/100/4.9=1430(uf)，故选取滤波电容c=2200uf/36v
原理图**如下图所示。
2．数控部分。
数控部分为电压控制字从0,1,2,3,4,5,6，…，99时，电源输出电压为0.0v,0.1v,0.2v,0.3v,0.4v，…，9.9v。
原理图**如下图所示。
3．稳压输出部分。
调试d/a转换器电路。
给出数字量，用万用表测试输出模拟电压。
校正调节 可在电路中增加3个电位器r9、r5、r6如图所示。
1 零点校准。
r9：调零电位器。
当输入***时，若vo≠0，调节r9，使vo=0。
若运放无调零部分就不用接rp3。
2 增益校准
r5：调放大倍数电位器。
当输入***时，vo=9.9v。若vo<9.9v,调rp2，使(rf+r5)增大，放大倍数提高，使vo=9.9v.
3 增益校准。
r6:调参考电压电位器。当输入***时，若vo>9.9v，调r6增大r6，使vref减小，vo下降，直到vo=9.9v
原理图**如图（18）
四、总原理图及元器件清单。
1．总原理图。
器件选择。定时器555
定时器555是一种多功能集成电路，只要在外部接上几个电阻和电容，就可以组成施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器。定时器555的内部结构框图和符号图如图（7）所示。
模拟电子技术课程设计
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课程名称 直流电源串联稳压电路。系别班级 xx 学生姓名 xxx 学生学号 xxx 指导老师 xx 设计时间 xx 一 设计任务 设计并制作一个直流稳压电源。二 技术指标及要求 1 输出电压u0在7 9v之间连续可调 2 最大输出电流iom 500ma 3 电压调整率 0.1 输入 220v，变化 ...
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