简易可编程直流稳压电源的设计

目录

第一部分系统设计

1.1 设计题目及要求 (3)

1.2 总体设计方案 (3)

1.2.1 设计思路 (3)

1.2.2 方案论证与比较 (4)

第二部分单元电路设计

2.1单元电路及其工作原理或功能说明 (10)

2.2单元电路元件的选取与计算 (19)

第三部分整机电路

3.1 整机电路图 (21)

3.2 元件清单 (22)

第四部分性能指标的测试

4.1电路调试 (23)

4.1.1 测试仪器与设备 (23)

4.1.2 功能指标测试及测量数据 (23)

4.1.3 故障分析及处理 (24)

4.2电路实现的功能和系统使用说明 (24)

第五部分课程设计总结 (25)

第一部分系统设计

1.1设计题目及要求

设计题目：设计制作一个简易的可编程直流稳压电源。

1、基础功能：（1）可实现5v、9v、12v和15v的可编程直流稳压电源；

（2）负载电流：IO=500mA；

（3）纹波电压：VO<10mV；

（4）采用单15V变压器作电源输入。

2、发挥部分：（1）对指定的任意一种电压进行选择和保持，保持时间为4S ，保持后返回巡回

状态。

（2）通过数码管显示当前电压的大小，用0、1、2、3分别表示5V、9V、12V、15V。

1.2总体设计方案

1.2.1设计思路

根据电路所要实现的功能可将整个电路划分为六部分组成：时钟脉冲电路、保持电路、计数电路、逻辑控制电路、功率输出电路、显示电路。每一个模块都有一个或几个主要芯片或器件组成。

对于时钟产生电路，首先要设计一个周期为1s的时钟脉冲信号，选择NE555和一些电阻电容接成周期为1s的多谐振荡器，主要为计数电路部分提供时钟。

保持电路的设计与脉冲电路的设计类似，也采用NE555构成的电路，但是原理上保持电路是将555设计成一个单稳态电路，通过开关实现触发，输出产生4s的暂稳态。由于暂稳态为高电平，所以需要连接一个反相器。反相器的输出端与计数电路74LS161的P端连接，形成4s 的保持电路。该电路主要用于实现对当选定输出电压进行保持，保持时间为4S，保持完后返回巡回状态。

计数电路由四位二进制的74LS161芯片构成计数电路，此芯片还有保持功能。时钟输入端即由时钟电路输入，输出端只需用到低两位即可控制4个电压输出的循环转换。

逻辑控制电路主要用来控制计数器保持在相应的计数值上，逻辑门电路用来检测四个按键的状态，并将信息传达至计数器的预置数上，从而控制模拟开关选通对应通道实现对应电阻的接入进而控制输出电压的大小。

主功率部分主要由LM317构成，LM317的输出端和调整端之间接一个电阻产生恒定电流，公共端和地之间为4个不同阻值的电阻，控制模拟开关接通相应电阻使恒定电流流经这些电阻则产生不同的电压。这4个电阻的通用三极管作为开关来控制，三极管由模拟开关控制，模拟开关由计数器控制其巡回选通。

显示电路主要由CD4511和数码管构成，CD4511是专用于将二-十进制代码（BCD）转换成七段显示的专用译码器。输入端可以直接连接计数电路输出端的低两位，输出端连接LED数码管对应段选端，通过电平变化显示相应的数字，用0，1，2，3分别表示输出5V，9V，12V和15V。

模块结构图：

1.2.2方案论证与比较

方案主要分析比较功率输出、电压选通以及保持电路部分。 1.2.2.1功率输出电路

功率输出部分有四个档位，分别输出5V ，9V ，12V 和15V ，可以采用专门的固定电压电源芯片，也可以使用输出可调节的电源芯片以及用运放搭建的反馈控制电路。以下对这三种方案对比论证。 方案一：

使用LM78XX 系列稳压芯片，即LM7805， LM7809， LM7812， LM7815构成四路不同的稳压输出。只要选通对应的稳压芯片支路就可以实现对应的电压输出。

方案二：

在运放同相输入端接一个稳压管，再从输出电压中采样并引入负反馈到运放反相输入端，反馈电压与运放同相输入端的固定电压比较放大，运放输出电压用来控制功率管的导通程度从而起到控制输出电压大小的目的。

时钟脉冲电路

单稳态触发器 计数器电路

按键+逻辑门 译码显示电路

控制电路

方案三：

使用芯片LM317，通过模拟开关选择相应的电阻接入，从而达到控制电压输出的目的。

方案论证与比较：

第一种方案中四路电路输出电压相互独立，输出精确稳定，纹波较小，电路原理简单易懂。缺点是需要4个78XX芯片，所需其它元件也多，成本较高,而第二种方案优点是成本较低，只要由运放和功率管构成，电路比较简单，缺点是输出纹波较大，输出电流受三极管放大倍数的影响。第三种方案电路简单，成本较低，缺点是温度变化时电阻值会受到影响，输出电压也会有所偏移。

综上所述,考虑成本等因素决定采用方案三。

1.2.2.2预置数电路

方案一：

采用八位优先编码器CD4532，低四位与按键连接，当按键接通时高电平输入优先编码器输入端，从而产生编码输出，编码输出连接至计数器预置数输入端，从而实现按键按下时实现任

意电压输出的目的。

方案二：

采用与门和与非门产生对应的二进制编码，将编码输出至74LS161的预置数输入端实现任意四档电压输出。

方案论证与比较：

方案一电路简单，只需一个优先编码器和一些外围元件，方案二采用门电路芯片，电路相对也简单，但由于在4S保持电路上使用了一个非门，芯片上还剩下几个与非门，因此为了利用剩余的门电路于是采用方案二。

1.2.2.3 4S保持电路

方案一：

用一个电阻和电容组成充放电路，一个三极管起反相作用。