基于LM317、LM337和ICL7107的數顯式直流穩壓電源設計西南大學工程技術學院，重慶400716設計目的、內容與步驟設計目的〔1〕、學習根本理論在實踐中綜合運用的初步經驗，掌握模擬電路設計的根本方法、設計步驟，培養綜合設計與調試能力。〔2〕、學會直流穩壓電源的設計方法和性能指標測試方法。〔3〕、培養實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。設計內容設計數顯式直流穩壓電壓源，要求完成以下主要技術指標：〔1〕、輸出電壓：范圍±12V，紋波不大于10mV，電壓值由數碼管顯示；〔2〕、輸出電壓連續可調，或者具有“+”、“-”步進調整的功能，步進0.1V；〔3〕、最大輸出電流Iomax=1A設計步驟〔1〕、查閱有關資料，完成總體設計框圖〔2〕、完成設計框圖各個局部的詳細設計，并選擇適宜參數的電子元器件完成各局部電路，繪制電路原理圖。〔3〕、統計所有元器件的參數和數量，購置元器件。〔4〕、將元器件依照電路原理圖焊接至電路板上，完成電源的實物制作。〔5〕、調試電路，根據需要調節元件參數，必要時，替換個別元件。總體設計串聯型穩壓電源有著技術成熟、電路簡單、穩定度高、輸出電壓可以調節、電路簡單和本錢較低等優點，故本次設計采用串聯型穩壓電源。該直流穩壓電源主要由五局部組成：電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩壓電路和電壓顯示電路。〔1〕．電源變壓器：

將電網交流電壓變為整流電路所需的交流電壓，一般次級電壓u2較小。

〔2〕．整流電路：

將變壓器次級交流電壓u2變成單向的直流電壓u3，它包含直流成份和許多諧波分量。本次設計采用較常用的二極管全波橋式整流電路。

〔3〕．濾波電路：

濾除脈動電壓u3中的諧波分量，輸出比擬平滑的直流電壓u4。該電壓往往隨電網電壓和負載電流的變化而變化。本次設計采用普通的電容濾波電路。

〔4〕．穩壓電路：

它能在電網電壓和負載電流的變化時，保持輸出直流電壓的穩定。它是直流穩壓電源的重要組成局部，決定著直流電源的重要性能指標。LM317和LM337作為輸出電壓可變的集成三端穩壓塊,是一種使用方便、應用廣泛的集成穩壓塊，本次設計采用該集成穩壓塊，由于LM317和LM337只能輸出1.25V以上或-1.25V以下的電壓，通過串聯穩壓管實現從零伏起開始連續可調。

〔5〕．電壓顯示電路：

用于顯示輸出電壓，要求精確至0.1V，且可顯示正負電壓。ICL7106是目前廣泛應用的一種3位半的A/D轉換器，價格低廉，電路結構簡單，僅需配備5個電阻，5個電容即可構成一塊直流電壓表表頭，故本次設計顯示模塊采用ICL7106設計方案。詳細設計電源變壓器設計電源變壓器的作用是將來自電網的220V交流電壓u1變換為整流電路所需要的交流電壓u2。所選電源變壓器為雙15Ｖ／25Ｗ。橋式整流電路設計橋式整流屬于全波整流，它不是利用副邊帶有中心抽頭的變壓器,而是用四個二極管接成電橋形式，使在電壓V2的正負半周均有電流流過負載，在負載形成單方向的全波脈動電壓。單相全波整流電路如圖(a)所示，波形圖如圖(b)所示。(a)電路圖(b)波形圖整流二極管選用型號為IN4007的二極管即可滿足要求。電容濾波電路設計并聯電容濾波后，輸出電壓直流成份〔即輸出電壓平均值〕提高了；脈動成份降低了〔即輸出波形平滑〕。取2只/25V的電解電容相并聯作為濾波電容。由LM317和LM337構成的可調穩壓電路設計這類穩壓器是依靠外接電阻來調節輸出電壓的,為保證輸出電壓的精度和穩定性，要選擇精度高的電阻,同時電阻要緊靠穩壓器，防止輸出電流在連線上產生誤差電壓。三端可調式穩壓器的典型應用電路的輸出電壓為:由于LM317的輸出電壓，LM337的輸出電壓可在R2和地之間串聯一個1.25V的穩壓管來抬高或降低電壓，實現電壓從零開始連續可調。因此可以得到實際應用電路如下列圖所示：由ICL7106組成的顯示電路設計ICL7106的性能特點ICL7106是目前廣泛應用的一種3位半的A/D轉換器，價格低廉，電路結構簡單，僅需配備5個電阻，5個電容即可構成一塊直流電壓表表頭，故本次設計顯示模塊采用ICL7106設計方案。具體的說，ICL7106具有以下優點：

〔1〕＋7V～＋15V單電源供電，可選9V疊層電池，有助于實現儀表的小型化。低功耗〔約16mW〕，一節9V疊層電池能連續工作200小時或間斷使用半年左右。

〔2〕輸入阻抗高〔1010Ω〕。內設時鐘電路、＋2.8V基準電壓源、異或門輸出電路，能直接驅動3?位LCD顯示器。

〔3〕屬于雙積分式A/D轉換器，A/D轉換準確度達±0.05％，轉換速率通常選2次／秒～5次／秒。具有自動調零、自動判定極性等功能。通過對芯片的功能檢查，可迅速判定其質量好壞。

〔4〕外圍電路簡單，僅需配5只電阻、5只電容和LCD顯示器，即可構成一塊DVM。其抗干擾能力強，可靠性高。ICL7106的工作原理ICL7106內部包括模擬電路和數字電路兩大局部，二者是互相聯系的。一方面由控制邏輯產生控制信號，按規定時序將多路模擬開關接通或斷開，保證A/D轉換正常進行；另一方面模擬電路中的比擬器輸出信號又控制著數字電路的工作狀態和顯示結果。下面介紹各局部的工作原理。

〔1〕模擬電路

模擬電路由雙積分式A/D轉換器構成。主要包括2.8V基準電壓源〔E0〕、緩沖器〔A1〕、積分器〔A2〕、比擬器〔A3〕和模擬開關等組成。緩沖器A4專門用來提高COM端帶負載的能力，可謂設計數字多用表的電阻擋、二極管擋和hFE擋提供便利條件。欲測量2V以上的直流電壓，必須利用精密電阻分壓器對UIN進行衰減。積分電阻應采用金屬膜電阻，積分電容宜選絕緣性好、介質吸收系數小的聚苯乙烯電容或聚丙烯電容。

為了提高儀表抗串模干擾的能力，正向積分時間〔亦稱采樣時間〕T1應勝頻周期的整倍數。我國采用50Hz交流電網，其周期為20ms，應選T1＝n·20〔ms〕式中，n＝1，2，3，…。例如取n＝2、4、5時，T1＝40ms、80ms、100ms，能有效地抑制50Hz干擾。這是因為積分過程有取平均的作用，只要干擾電壓的平均值為零，就不影響積分器輸出。但n值也不宜過大，以免測量速率太低。

〔2〕數字電路

數字電路如下列圖所示。主要包括8個單元：①時鐘振蕩器；②分頻器；③計數器；④鎖存器；⑤譯碼器；⑥異或門相位驅動器；⑦控制邏輯；⑧LCD顯示器。時鐘振蕩器由ICL7106內部反相器F1、F2以及外部阻容元件R、C組成。假設取R＝120kΩ，C＝100PF，那么f0＝40kHz。f0經過4分頻后得到計數頻率fCP＝10kHz，即TCP＝0.1ms。此時測量周期T＝16000T0＝4000TCP＝0.4s，測量速率為2.5次／秒。f0還經過800分頻，得到50Hz方波電壓，接LCD的背電極BP。LCD須采用交流驅動方式，當筆段電極a～g與背電極BP呈等電位時不顯示，當二者存在一定的相位差時，液晶才顯示。因此，可將兩個頻率與幅度相同而相位相反的方波電壓，分別加至某個筆段引出端與BP端之間，利用二者電位差來驅動該筆段顯示。驅動電路采用異或門。就能顯示所需數字。元件及其參數選擇與連線：經計算和查閱有關資料，依照以下參數選擇元件即可構成顯示電路，完成顯示功能：2KΩ可調電阻最好選用多圈可調精密電阻，分壓電阻選用誤差較小的金屬膜電阻，其他器件選用正品即可。R1選用100KΩ的金屬膜電阻，R2選用2KΩ的多圈可調精密電阻，R3選用24KΩ的金屬膜電阻，R4選用1KΩ的多圈可調精密電阻，R5選用47KΩ的金屬膜電阻，R6選用100KΩ的金屬膜電阻。C1選用0.22uF的CCB電容，C2選用0.47uF的CCB電容，C3選用0.1uF的陶瓷電容。C4選用100pF的CCB電容。電路完整原理圖如下：焊接及調試電路元件列表元件類型參數數量電阻120247K124K11.3K21K301M12K滑動變阻器4電容2200uF40.1uF610uF21.0uF20.22uF10.01uF10.33uF150pF20.47uF2集成穩壓器LM3171LM3371二極管1N40079其他Icl7106、雙15V/2W變壓器、15cm×25cm電路板、插頭、40腳集成塊插槽各1焊接元件依照以下步驟焊接元件、組裝電路：〔1〕、準備好電烙鐵，剪刀、鑷子、焊錫等工具，對電烙鐵進行除氧化膜，涂焊錫等處理。〔2〕、規劃元件在電路板上的位置，注意元件的總體布局，兼顧美觀，開關、變阻器位置應便于用戶操作。〔3〕、在電路板上插好元件，開始焊接，逐步完成各個模塊到整個電路的焊接及連線。〔4〕、檢查焊點，觀察有無虛焊點，對局部焊點進行修整。調試電路完成電路焊接及連線以后，按照以下步驟調試電路：〔1〕、接通220V電源后，調節串在ICL7106第35和36腳間的滑動變阻器，使兩腳之間的電壓200mV〔2〕、用萬用表測量輸出電壓，將輸出電壓調至大約10V，調節與31腳串連的滑動變阻器，是數碼管的示數與萬用表一致〔3〕、調節輸出電壓大小，看是否能實現0—12V、0—-12V可調，假設不能那么改變LM317和LM337的out端與adj端的電阻值，實現在全范圍內連續可調。5總結設計經過屢次仿真測量，根本上滿足了設計要求所需的各項指標。在系統設計過程中，力求硬件線路簡單，明了，整體美觀，充分發揮軟件變成方便靈活的特點，來滿足系統設計要求。但是因為時間有限，該系統還有許多缺乏之處需要改良，比方電壓精度問題等等。在本次設計的過程中，我們也遇到了許多突發事件和各種困難，〔如電源干擾，放大器調零等〕設計制作曾一度中斷，但通過仔細分析和自我狀態調整后解決了問題。在這個、過程中我們深刻地體會到共同協作和團隊精神的重要性，提高了自己解決問題的能力。參考