采用晶闸管预调整的直流稳压电源电路设计

采用晶闸管预调整的直流稳压电源电路设计
采用晶闸管预调整的直流稳压电源电路设计
摘要
在电子线路的相关应用中，电源是比不可少的部分。

直流稳压电源作为直流能量的提供者在各种电子设备中有着极其重要的地位。

它的性能良好与否直接影响到电子产品的精度、稳定性和可靠性。

采用集成稳压器LM317构成的直流稳压电源，具有优异的性能、较高的可靠性，低廉的维修费用等优点。

然而，作为功率器件，必须考虑到稳压器的热功耗。

当稳压器输入电压固定，输出电压较小时，LM317压降则会较大。

此时如果输出较大电流，将导致消耗在稳压器上的功率很大，可能温升过大，影响LM317正常工作。

设计采用了晶闸管，实现对LM317输入电压的预调整，即输入电压以一定限度随着输出电压变化。

电路通过检测稳压器两端电压差获取控制信号，通过晶闸管触发电路产生触发脉冲，控制晶闸管的导通角，从而实现控制稳压器输入输出的电压差在3V左右。

最终，该设计降低了稳压器热功耗，延长了其使用寿命，提高直流稳压电源稳定性。

本电源输出电压从0～30V连续可调，最大输出电流可达1.5A。

关键词：触发脉冲；晶闸管；电压预调整；稳压器
2
The Circuit Design of Pre-adjusted DC Power Supply Using Thyristor
ABSTRACT
Related applications in the electronic circuit, the power supply than the essential part.DC-DC power supply as energy providers in a variety of electronic devices has an extremely important position.Its performance is good or not directly affect the accuracy of electronic products, stability and reliability.
Including the integrated regulator LM317, the DC power supply has many advantages, like excellent performance, high reliability, low repair cost and so on. However, as the power device, the heat loss of the regulator must be considered. When the regulator input voltage is fixed and the output voltage is small, the voltage drop on the regulator will be large. If the output current is great at this time, it will lead to the consumption of the regulator's power greatly.Excessive temperature rise may affect the LM317 work. This design based a thyristor to pre-adjust the input voltage from the LM317, so that the input voltage can varies with the output voltage at a limitation. V oltage regulator circuit by detecting the voltage difference across access control signal, generated by thyristor trigger circuit to trigger pulse to control thyristor conduction angle, implements the control of the input and output voltage regulator voltage difference about 3V. Eventually, this design reduces the heat loss and increases the useful life, so reaches its target of improving the DC power’s stability and practicability.
The power supply output voltage continuously adjustable from 0 ~ 30V, the maximum output current up to 1.5A.
Key words：Trigger pulse ; Thyristor ; V oltage pre-adjustment ; Regulator
目录
1 引言 ................................... 错误！未定义书签。

2 电路设计 ............................... 错误！未定义书签。

2.1 主电路设计................................ 错误！未定义书签。

2.1.1 整流滤波电路设计........................ 错误！未定义书签。

2.1.2 稳压电路设计............................ 错误！未定义书签。

2.1.3 晶闸管介绍.............................. 错误！未定义书签。

2.2 晶闸管触发电路设计........................ 错误！未定义书签。

2.2.1 NE555介绍.............................. 错误！未定义书签。

2.2.2 触发脉冲产生电路设计.................... 错误！未定义书签。

2.3 移相控制信号产生电路设计.................. 错误！未定义书签。

2.4 +12V电源设计............................. 错误！未定义书签。

3 结论 ................................. 错误！未定义书签。

参考文献 ................................. 错误！未定义书签。

致谢 ................................. 错误！未定义书签。

附录 ................................. 错误！未定义书签。

4
1 引言
当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路--电源电路。

由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。

提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源[1]。

直流稳压电源分为线性稳压电源和开关稳压电源两类。

线性稳压电源结构简单，尤其是采用稳压集成芯片后，大大减小了电路的复杂程度，而且电压调整方便，输出电压稳定性好，纹波电压小。

开关稳压电源以改变调整元件（或开关）的通断时间比来调节输出电压，从而达到稳压。

这类电源功耗小，效率可达85%左右，但缺点是纹波大、相互干扰大。

所以在一些精度要求较高的应用场合，线性稳压电源有着明显的优势，发展迅速[2]。

线性直流稳压电源一般由降压变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等部分组成。

首先是整流变压器的设计，使其输出电压满足要求；其次是单相桥式整流电路的设计，把交流电转换为直流电输出；再次是对整流电路输出的单相脉动电压进行滤波，提高输出直流电压的质量。

最后经稳压电路保证输出直流电压的进一步稳定。

随着集成电路的飞速发展稳压电路也迅速实现集成化。

LM317是一种输出电压可变的集成三端稳压器件，使用方便、应用广泛、有良好的稳压性能和较高的调整灵敏度。

在输出电压范围为1.2V到37V时能够提供超过1.5A的电流。

LM317非常易于使用，只需要两个外部电阻来设置输出电压。

此外还具有内部限流、热关断等保护功能。

因此，本设计采用LM317作为稳压环节。

在采用LM317作为稳压器的稳压电源中，当输入电压固定不可调，输出电压在较宽的范围变化时，稳压器两端压差较大。

这时如果输出电流也比较大，将导致稳压器上的功耗很大，这样，将有一大部分能量损失在稳压器LM317上，而且对稳压器的寿命及稳定性也产生影响，这就需要有较大的散热装置来散热。

在传统线路中，通常采用抽头变压器来变压,用波段开关来控制，使调压管两端压差尽可能小,但是这个办法成本高、体积大、浪费有色金属，而且波段开关易出故障,在调整输出电压方面也不方便。

增加晶闸管电路，将三端稳压器的的输入、输出电压差作为晶闸管门极触发电路的控制信号，通过控制晶闸管的导通角实现对三端集成稳压器输入电压的预调整，使三端稳压器的输入输出电压差值始终保持在3V左右。

这样就避免了稳压器上的大功率损耗，调整输出电压也比较方便。

所以，本设计需要解决0～30V可调直流电压输出、稳压器两端压差控制、晶闸管同步移相触发等几个问题。

1
2电路设计
本设计主要由整流滤波电路、稳压电路、晶闸管触发电路、移相控制信号产生电路及+12V直流供电电源等五个部分组成，整体电路结构框图如图2-1所示。

其工作原理做一简单介绍:交流输入电压经整流及晶闸管电路后通过滤波进入主电路，由移相控制电压产生电路采集稳压器两端电压差，产生移相控制信号，晶闸管触发电路通过整流部分获取同步信号，由移相控制信号调节触发脉冲产生电路，产生同步移相触发脉冲信号，控制晶闸管导通角，实现对主电路输入电压的预调整。

图2-1 整体电路结构图
2.1 主电路设计
主电路由整流滤波电路和稳压电路两部分组成。

整流电路可选用桥式全波整流或半波整流，滤波一般用电容来实现。

稳压电路是构成直流稳压电源的基本环节，这里采用三端集成稳压器LM317作为稳压电路的主体。

2.1.1整流滤波电路设计
整流滤波电路如图2-2所示，整流电路采用单相桥式整流，它由四个二极管接成电桥
的形式构成。

根据二极管单相导电性，在U
2的正半周内，二极管D
1
、D
3
导通，D
2
、D
4
截止；
U 2的负半周内，D
2
、D
4
导通，D
1
、D
3
截止。

这样，负载上始终可以得到一个单向脉动电压U
t。

2
3
图2-2 整流滤波电路
稳压器LM317输入、输出端电压差设计为3V 左右，最大输出电压为30V ，最大输入电压为33V 。

整流电路输出电压的平均值：
20
1
sin ()t U td t π
ωωπ=
⎰
(2-1)
即
20.9t U U = (2-2)
根据公式(2-2)，U t 为33V 时, U 2为36.7V ，交流电源输入220V 、50HZ 正弦交流电，因此变压器副边电压U 2应控制在36V 左右。

整流电路输出波形如图2-3所示。

图2-3 整流输出波形图
t
t
滤波电路采用最简单的电容滤波电路，即在整流电路输出端直接并联一个电容。

整流电路的输出电压虽然是单一方向脉动电压，但含有较大的交流成分。

滤波电路作用是通过电容的充放电过程，滤除脉动电压中较大的交流分量，输出比较平滑的直流电压。

电容滤波波形如图2-4所示。

图2-4 电容滤波波形
2.1.2稳压电路设计
经滤波之后的电流还是很不稳定，直流电压U
i
受电网电压的波动和负载电流变化的影响很难保证输出电流电压的稳定。

所以必须加上稳压电路，才能保证输出直流电压的稳定性。

采用集成稳压器构成的直流稳压电源，具有优异的性能、较高的可靠性、低廉的维修费用等优点所以本设计采用集成稳压器稳压。

由于设计要求连续可调，采用三端可调式集成稳压器LM317。

LM317的输出电压范围为1.25V到37V，能够提供超过1.5A的电流。

它使用起来方法简单，只需要两个外部电阻来设置输出电压。

令外，LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路[3]。

LM317的输出电压范围为1.25V到37V，设计要求输出电压从0V起调，因此需增加一组-1.25V的电源。

此电源由整流滤波电路和稳压电路两部分组成。

如图2-5所示，二极管D
4和电解电容C
8
组成整流、滤波电路,电阻R
13
和稳压二极管D
5
组成稳压电路。

采用稳压二极管，只需D
4单相半波整流即可。

D
5
工作电流在2mA左右，用
电阻R
13保护稳压管。

稳压管电压接到LM317调整端ADJ与地之间。

4
5
图2-5 稳压电路
工作时，LM317建立并保持输出端与调节端之间+1.25V 的标称参考电压U REF ，稳压输出电压表达式为：
25.11
2
*=
R R U o (2-3) 由上式可知改变R 2，U o 的值即可改变。

设计要求该稳压器输出电压范围为0—30V ，即最大输出电压不超过30V 。

此种情况下，只需限定R 2的阻值变化范围即可。

由于输出端V out 与调整端ADJ 之间的固有参考电压U REF 为1.25V ，且R 1选用240Ω，经计算R 2阻值为5.8K Ω即可。

为了保证输出电压的精度和稳定，R 1、R 2应选用同种类型的电阻，并要求电阻R 2的精度要高一些。

而在具体的电路板制作中，R 1应尽量靠近输出端和调整端之间安装，不然输出电流过大时所产生的附加电压，会干扰R 1两端的基准电压，造成输出不稳定。

电阻R 2的接地点应与负载电流返回接地点在一起，否则R 2上的压降就附加上负载在地线上的压降部分，造成输出电压偏差，影响电路输出效果。

电解电容C 6为滤波电容。

C 7为输入旁路电容，以减小对输入电压阻抗的敏感性。

C 9防止输出电压增大时电压纹波被放大。

C 11可有效地抑制自激，该电容具有改善电源的瞬态响应的作用。

为了防止反向电压损坏三端稳压器，需加装保护二极管D 2和D 3。

当输入端电压突然降低为零时，因输出滤波电容器C 11和调整端电容器C 9的充电电压不能迅速放电，就会形成电压输出大于输入和调整端大于输出端的情况。

这时，D 2、D 3分别作为以上情况的分流电路，保护三端稳压器不被反向电流所击穿。

6
为了对LM317输入电压进行预调整，LM317的输入端设置晶闸管SCR 。

通过晶闸管触发电路产生触发脉冲，控制晶闸管的导通角，从而实现控制稳压器输入输出的电压差在3V 左右。

2.1.3 晶闸管介绍
晶闸管(Thyristor)又称作可控硅整流器(SCR)，是由三个PN 结构成的一种大功率半导体器件，在电力电子领域应用广泛。

相关介绍如下：
晶闸管结构如图2-6(a)所示,晶闸管内部是PNPN 四层半导体结构，分别命名为P 1、N 1、P 2、N 2四个区。

P 1区引出阳极A ，N 2区引出阴极K ，P 2区引出门极G 。

四个区形成了J 1、J 2、J 3三个PN 结。

晶闸管符号如图2-6(b)所示，其电路符号中A 为阳极，K 为阴极，G 为门极或控制极。

晶闸管结构模型如图2-6(c)所示，晶闸管导通的工作原理可以用双晶体管模型来解释。

故可以把晶闸管看成是由两个三极管T 1和T 2组成的，那么其等值电路可表示成图2-6(d)中虚线框内的两个三极管T 1和T 2。

对三极管T 1来说，P 1N 1为发射结J 1，N 1P 2为集电结J 2，对三极管T 2来说，P 2N 2为发射结J 3，N 1P 2为集电结J 2。

因此J 2为公共的集电结。

当晶闸管承担正向电压时，J 1，J 3正向偏置，中间结J 2为反偏置。

当其承担反相电压时，J 1，J 3为反偏置，J 2为正偏置。

晶闸管未导通时，加正压时外加电压由J 2结承担，加反相电压时外加电压由J 1，J 3结承担。

晶闸管等值电路如图2-6(d)所示，如果晶闸管接入电路中，那么电源U S 正极经负载R 引到晶闸管阳极，U S 的负极接到晶闸管的阴极，一个正向触发控制电压U g 经电阻R g 后接到晶闸管的门极，产生一个门极注入电流I G ，则I G 流入晶体管T 2的基极，即产生集电极电流I C2，它构成晶体管T 1的基极电流，放大成集电极电流I C1，又进一步增大T 2的基极电流，如此形成强烈的正反馈，最后T 1和T 2进入完全饱和状态，即晶闸管导通。

此时如果撤掉外电路注入门极的电流I G ，晶闸管由于内部已形成了强烈的正反馈，会仍然保持导通状态。

而若要使晶闸管关断，必须去掉阳极所加的正向电压，或者给阳极施加反压，或者设法使流过晶闸管的电流降低到接近于零的某一数值以下，晶闸管才会关断。

所以，对晶闸管的驱动过程更多的是称为触发，产生注入门极的触发电流I G 的电路称为门极触发电路。

按照以上介绍的晶闸管工作原理，可列出如下方程：
111CBO A C I I I +=α (2-4)
222CBO K C I I I +=α (2-5)
G A K I I I += (2-6)
21C C A I I I += (2-7)
式中，α1和α2分别是晶体管T 1和T 2的共基极电流增益；I CBO1和I CBO2分别是T 1和T 2的共基极漏电流。

由上式可得：
)
(1212
12ααα+-++=
CBO CBO G A I I I I (2-8)
图2-6 晶闸管结构、符号、模型及等值电路
总结前面介绍的工作原理，可以简单归纳晶闸管正常工作时的特性如下[4]： (1)晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。

(2)晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才导通。

(3)晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否存在，晶闸管都保持导通。

(4)若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用，使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。

晶闸管对触发电路的要求：
(1)触发脉冲的宽度在10μs 以上，才能保证晶闸管可靠导通。

(2)触发信号应有足够的幅度。

(3)触发脉冲前沿陡度，一般需达1～2A/μs 。

(4)应用良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。

2.2 晶闸管触发电路设计
由于LM317输出电压范围较宽，当稳压器输入电压固定，输出较小的电压时，压降则会较大,随之产生的热量势必对稳压器的稳定性与寿命产生重大影响。

因此，利用晶闸管触发电路产生压控触发脉冲，控制晶闸管的导通角，通过晶闸管的触发角即导通时间变化
来控制输入电压的变化，这样便可对其输入电压进行预调整。

至于晶闸管的关断，可以由单相脉动电压变化到零时或某一时刻晶闸管承受反向电压时均可实现。

设计晶闸管触发电路要解决两个问题：一是怎样获取同步触发信号，二是怎样获取移相控制触发脉冲。

为了获得较大的导通角变化范围，触发电路的输入电压信号应与晶闸管的输入电压信号频率同步，这样便须有一个同步信号产生电路来作用于触发电路。

这里经分析以后，选用NE555作为触发电路的主体来实现触发功能。

本设计采用两个集成定时器NE555产生移相压控同步触发脉冲，移相控制电压通过采集LM317两端电压获得。

由于采用集成电路NE555，所以具有工作可靠、调试方便、线路简单的优点。

2.2.1 NE555介绍
NE555集成电路不仅常用作定时延时控制，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。

可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。

由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中。

NE555采用单电源供电。

双极型555的电压范围为4.5～15V；而CMOS型的电源适用范围更宽，为2～18V。

它可以和模拟运算放大器和TTL或CMOS数字电路共用一个电源。

555的最大输出电流达500mA，带负载能力强，可以直接驱动小电机、扬声器等负载。

NE555内部等效电路，如图2-7所示。

图2-7NE555内部等效电路
NE555引脚定义，如表2-1所示。

表2-1 NE555引脚定义
NE555工作真值表，如表2-2所示。

2.2.2触发脉冲产生电路设计
如图2-8所示，触发电路由同步信号产生电路和移相触发脉冲产生电路两部分组成。

晶闸管触发脉冲必须与交流电源的频率同步，所以必须首先设计一个同步信号产生电路。

同步信号产生电路由倒相器和施密特触发器组成.
图2-8 触发脉冲产生电路
及其相关电阻。

经过整流桥整流的脉动直流电压Ut为倒相倒相器包括NPN型三极管Q
1
基极电压小于+0.7V时，三极管PN结截止，其器输入电压，U i为倒相器输出电压。

如果Q
1
集电极输出为高电平，即U i为高电平。

相反，基极电压大于+0.7V时，三极管PN结导通，其集电极输出为低电平，即U i为低电平。

随着Q
基极电压在+0.7V附近上下波动，倒相器
1
的U i呈现高、低电平交替变化。

其波形见图2-9。

图2-9 倒相器波形图
施密特触发器主体是IC1，只需将NE555的2、6引脚连接起来作为信号U i 输入端即可， 3引脚是信号U b 输出端。

结合NE555内部等效电路图2-7分析，施密特触发器的工作原理如下[5]：
(1)U i =0时，
NE555中比较器C 1输出为1，C 2输出为0，RS 触发器将工作在1状态，即Q=1, U b 为高电平。

如果U i 升高，未达到2/3V cc 以前，电路状态保持不变。

(2)当U i 上升到2V cc /3时，
NE555中比较器C 1输出跃变为0，C 2输出为1，RS 触发器被触发，从1状态翻转到0状态，即跳变到Q=0， U b 也随着由高电平变到低电平。

此后U i 升高到V cc ，接着降低，但只要未下降到1/3V cc 以前，Q=0，U b 为低电平状态。

(3)当U i 下降到V cc /3时，
NE555中比较器C 1输出为1，C 2输出跃变为0，RS 触发器被触发，由0状态翻转到1状态，即跳变到Q=1，U b 随之由低电平变到高电平。

同步信号产生波形，如图2-10所示。

图2-10 同步信号产生电路波形
移相触发脉冲产生电路由NE555构成的压控振荡器产生(如图2-8所示),IC 2首先与R 8、R 9、C 10组成多谐振荡器。

在加入控制电压U CO 之前，当复位端为高电平时，按定时器固定频率振荡。

5引脚加上控制电压U CO 时，成为压控振荡器。

U CO 控制定时器阈值电压，通过改变电容C 10充电时间，改变电路原有的时间常数τ，继而改变触发脉冲产生电路的输出脉冲频率，达到了移相触发的目的。

结合NE555内部等效电路图2-7分析，工作原理如下：
起始状态，接通电源前电容C 10上无电荷，所以接通电源瞬间，C 10来不及充电，故U C
U
t
t
t
t
U
b
U
i
＝0V ，比较器C 1输出为1,C 2输出为0，基本RS 触发Q=1,3引脚输出高电平。

接通电源后多谐振荡器开始工作，有两个状态，即暂稳态Ⅰ和暂稳态Ⅱ。

(1)暂稳态Ⅰ
起始状态3引脚输出高电平是电路的一种暂稳态,因为在这种状态下,进行电容C 6充电、U C 升高的渐变过程，充电回路是V cc →R 8→R 9→C 10→地。

(2)自动翻转Ⅰ
当C U 充电到2V cc /3时,比较器C 1输出跳变为0,基本RS 触发器立即翻转到0状态，3引脚输出低电平。

7引脚内放电管T D 饱和导通。

(3)暂稳态Ⅱ
3引脚输出低电平，T D 饱和导通是电路的另一种暂稳态，因为在这种状态下，同样有一个电容C 10放电的过程，放电回路是：C 10→R 9→T D →地。

(4)自动翻转Ⅱ
当U C 放电下降到V cc /3时，比较器C 2输出跳变为0，基本RS 触发器立即翻转到1状态。

3引脚输出高电平，T D 截至，即暂稳态Ⅰ。

在暂稳态Ⅰ，电容C 10又充电、U C 再上升，接通电源之后电路就在这两个暂稳状态之间来回翻转，即振荡，于是NE555输出端就产生了矩形脉冲。

脉冲的高低电平变化，会导致三极管Q 2的导通与关断，从而产生触发脉冲。

如图2-11所示。

图2-11 多谐振荡器输出波形
当压控振荡器的5引脚接入控制电压时，这时便改变了NE555的阈值电压，导致电容器充电时间发生变化，从而致使触发脉冲发生移相。

当控制电压U CO 高于阈值电压时，此时NE555上比较器C 1的同相输入电压V T+=U CO ，下比较器C 2的参考端输入（反相端）电压V T-=U CO /2。

新的阈值控制电压比原来高，所以电容器充电的时间变长，因为V T+和V T-的比值不变，保证了放电时间基本不变 ，故新输出电压波形的周期T 增大，也就是脉冲频率变低了，即脉
U c
U d
V cc /3
2V cc /3
冲移相量大。

反之，当控制电压低于阈值时，其输出脉冲频率变高,即脉冲移相量小。

以上总结为：随着U CO 值的变化，电容器充电时间随之变化，但放电时间不变，所以电压波形的周期随之变化，即占空比变化。

从整体上分析触发脉冲产生电路：电路分成同步信号产生电路和移相触发脉冲产生电路，由两片集成定时器NE555、NPN 型三极管等元件组成。

其中，IC 1作为同步信号产生电路，IC 2作为移相触发脉冲产生电路。

两片定时器放电端7引脚相连，共同组成了晶闸管触发电路。

同步信号U b 由整流桥整流后信号U t 经Q 1倒相和IC 1整形后得到。

IC 2在U b 每次过零时被复位，产生一组与电网过零点同步、后移相位角受移相控制信号U CO 控制的移相脉冲
U d ，U CO 越高则移相量越大，触发角越大，导通角越小。

当U CO 在0～12V 之间变化时,晶闸管
SCR 触发角范围为10～180°，对应导通角范围为170～0°。

U d 再经隔离变压器TF 2触发晶闸管SCR 。

最终，晶闸管实现同步移相触发，其波形如图2-12所示。

图2-12 触发脉冲产生电路波形
2.3 移相控制信号产生电路设计
通过移相控制信号控制晶闸管触发电路，使其产生移相的触发脉冲，这样便改变了晶闸管的触发角，使其导通时间变化从而调节稳压电路输入电压的变化。

所以，产生移相控制信号的电路设计便至关重要。

经分析，把稳压电路的输入输出电压差信号采集过来，后送入减法器运算，再经比较器与参考信号比较输出，这样便产生移相控制信号。

此部分电路主要由差分比例运算电路、同相比例运算电路和电压比较器三部分组成。

具体电路如图2-13所示。

U t
U c
U b
U d
U co
图2-13 移相控制信号产生电路
电路整体由集成四运算放大器LM324和一系列电阻构成。

LM324电源电压范围宽,静态功耗比较小,单双电源均可使用,是以通用为目的而设计的，所以实际应用中成本较低。

LM324采用14脚双列直插塑料封装，它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运算放大器相互独立，使用起来比较方便。

通过检测LM317两端的电压差值，并与基准电压+3V 作比较，从而产生移相控制信号。

根据稳压电路输出电压为0～30V ，LM324最大输入电压为7～9V ，所以设计使R 20、R 22、R 24、
R 25分别组成分压电路，即把LM317两端的电压值都降为原来的五分之一，然后再输入到集
成四运算放大器LM324的输入端。

但是这样的话LM324的输出端的值就为实际值的五分之一，所以需要再在后面加上一个比例放大器，其比例系数是五。

U CO 是晶闸管触发电路的移相控制信号，U t 是LM317的输入电压，U out 是LM317的输出电压。

调节变阻器R 22、R 25，使LM317输入、输出电压下降到原来的1/5后，得到
15i t U U =，11
5
o out U U = (2-9)
U i1、U o1作为差分比例运算电路输入。

得到差分电路输出U O2的表达式如下：
()23
19251
R R U U U out t o -=
（2-10） U o2作为同相比例运算电路输入，所以输出3o U 的表达式如下：
16
3218
(1)o o R U U R =+
(2-11) 综合以上两式，代入相关电阻值，得到
out t o U U U -=3 (2-9)
设计目的是要把稳压器输入、输出端压差控制在3V 左右，这样才能有效地降低其热功耗。

因此又设计了一个电压比较器，采用单门限电压比较器，参考电压U r 加在运算放大器的反相输入端，输入信号U i 加在运算放大器的同相输入端，输出为U o 。

此时的运算放大器处在开环工作状态，具有很高的开环电压放大倍数。

当输入信号U i 小于参考电压U r 时，运算放大器处于负饱和状态U o ＝U o-；而当输入信号i U 升高到略大于参考电压U r 时，运算放大器的输出电压立即转入正向饱和状态U o =U o+。

电压比较器传输特性如图2-14所示。

图2-14 电压比较器传输特性
将U o3做为其同相输入端，电压比较器反相输入端设为参考电压+3V 。

当U o3高于3V 时，电压比较器输出U CO 升高，故触发角变大，导通角变小，输入电压变小；低于3V 时，工作过程与上述过程相反。

注意，在实际工作时，电压比较器的输出值U o 既不是U o ＝U o-，也不是U o =U o+，而是介于这两者之间的某一个值，且一直在该值附近不停变化，且理论上该值可以是U o-与U o+之间的任一值。

2.4 +12V 电源设计
NE555和LM317都需要稳定的直流工作电源，经分析，选用12V 的电源可满足供电要求。

这里可采用7812集成稳压器芯片构成的稳压电源为二者供电。

7812内部电路能实现过压保护、过流保护、过热保护，能够实现1A 以上的输出电流，本身也具有良好的温度系数，输出电压误差精度高。

图2-15 +12V 电源电路。