直流穩(wěn)流電源的制作

1、 合肥學(xué)院第七屆電子設(shè)計(jì)競賽設(shè)計(jì)題目： 直流穩(wěn)壓電源 系 別： 電子信息與電氣工程系 年級專業(yè)： 09級電氣信息類 小組成員： 李崇崇 0905071036 劉劍鋒 0905071029 何 芳 0905075029 2011年3月14日直流穩(wěn)流電源的制作 摘要：利用lm317的穩(wěn)壓特性配合電器元件實(shí)現(xiàn)輸出穩(wěn)定電流。首先，從單片機(jī)輸出一個(gè)數(shù)字信號(hào)，控制x9241（可控電阻）通過改變x9241的輸出電阻，來達(dá)到改變最終到負(fù)載的電壓的目的。為提高精度減小系統(tǒng)誤差，在電路中又增加了自動(dòng)調(diào)節(jié)模塊：用模數(shù)轉(zhuǎn)換器對電流源輸出電壓進(jìn)行采樣，輸入單片機(jī)，與參照電壓進(jìn)行比較，進(jìn)而對其輸入到x9241上的電信號(hào)進(jìn)

2、行微調(diào)。 關(guān)鍵詞：lm317、x9242、單片機(jī)、數(shù)控、直流電源正文：一、任務(wù)設(shè)計(jì)并制作直流穩(wěn)流電源。輸入交流200240V，50Hz；輸出直流電壓10V。二、要求1、基本要求（1）輸出電流范圍：200mA1A；（2）改變負(fù)載電阻，輸出電壓在10V以內(nèi)變化時(shí)，要求輸出電流變化的絕對值輸出電流值的1+5 mA； （3）紋波電流1mA；（4）自制電源。2、發(fā)揮部分（1）可設(shè)置并顯示輸出電流給定值，要求輸出電流與給定值偏差的絕對值給定值的1+10 mA；（2）具有“+”、“-”步進(jìn)調(diào)整功能，步進(jìn)10mA；輸出電流范圍為20mA1000mA，步進(jìn)1mA；（3）設(shè)計(jì)、制作測量并顯示輸出電流的裝置 (可同

3、時(shí)或交替顯示電流的給定值和實(shí)測值)，測量誤差的絕對值測量值的0.1+3個(gè)字；（4）改變負(fù)載電阻，輸出電壓在10V以內(nèi)變化時(shí)，要求輸出電流變化的絕對值輸出電流值的0.1+1 mA；（5）紋波電流0.2mA；（6）其他。目前，比較常用的是穩(wěn)壓電源，而對穩(wěn)流電源的生產(chǎn)、使用都比較少，但穩(wěn)流電源在工程技術(shù)和測量領(lǐng)域內(nèi)有重要的實(shí)際作用，而已有的電流源大都價(jià)格昂貴?；诖宋覀冊O(shè)計(jì)了一種直流穩(wěn)流電源，其輸出電流范圍為200mA1A，可步進(jìn)調(diào)整輸出電流。輸出電壓小于10V。三設(shè)計(jì)思路：3.1穩(wěn)壓部分將220V，50HZ交流電經(jīng)過變壓器改變電壓，然后送入整流電路、濾波電路，然后送入1號(hào)lm317。在lm317的

4、輸出端和調(diào)整端會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定電壓。變壓整流電路圖 穩(wěn)壓流程圖和對應(yīng)的電壓輸出波形圖3.2穩(wěn)流部分把1號(hào)lm317的輸出端和調(diào)整端通過電阻器件并接到另一個(gè)2號(hào)lm317的輸入端上，2號(hào)lm317調(diào)整端接地，輸出端接大電阻。電路簡圖如下圖.。穩(wěn)流簡圖由圖可知，2號(hào)里面lm317的輸出與調(diào)整端電壓恒定設(shè)為U，Iadj的大小由lm317屬性決定故可知I2=U/R2+IadjVRx=(I2-Iadj) RxVR1=U-VRx=U(R2-Rx)/R2I1=VR1/R1=U(Rx-R2)/R1R2于是，根據(jù)基爾霍夫電流定律可得，流經(jīng)負(fù)載的電流Iout為Iout=I1-Ix=U(R2-Rx)/R1R2-(I2-

5、Iadj)由上面的結(jié)果可看出，公式中自變量只有Rx，其余都為定值，輸出到負(fù)載的電流，是一個(gè)與負(fù)載電阻大小無關(guān)的物理量。所以可以輸出穩(wěn)定電流?？刂撇糠钟缮厦婀轿覀冎垒敵鲭妷?，可以通過Rx的大小來調(diào)節(jié)，對于Rx的原件選擇，我們提出三種方案：1用電位器、2用電阻箱、3用x9241集成電路。首先我們想到的是電位器，因?yàn)槠湫∏?、使用方便、價(jià)格便宜，但是由于我們要做的穩(wěn)流電源有一項(xiàng)要求是能實(shí)現(xiàn)電流“+”“-”步進(jìn)調(diào)整功能，步進(jìn)10mA電位器的精度顯然不夠，放棄選用。于是又想到，可以使用變阻箱，變阻箱可以提供比較準(zhǔn)確的需要的電阻值，但是使用電阻箱也有許多硬傷。首先，變阻箱體積相對來說有些大；其二，如果輸

6、出一個(gè)給定的電流，那么首先得要計(jì)算所需要的電阻值，使用起來會(huì)很不方便；其三，不能實(shí)現(xiàn)電流的步進(jìn)。當(dāng)然，這些不足都可以設(shè)法改進(jìn)，例如可以改造一個(gè)，電源所需要的阻值在箱內(nèi)設(shè)定好的變阻箱，這樣可以直接旋轉(zhuǎn)旋鈕到自定義刻度上來達(dá)到控制目的，但這樣會(huì)極大加大設(shè)計(jì)難度，而且不易實(shí)現(xiàn)，所以也只有放棄。后來又查閱資料發(fā)現(xiàn)有數(shù)字電位器x9241可以實(shí)現(xiàn)電阻可控。X9241 引腳排列圖x9241 是4 個(gè)數(shù)字控制電位器為一體的單塊 CMOS集成電路。每個(gè)數(shù)字電位器由 63 個(gè)電阻串聯(lián)而成。可以由單片機(jī)給出數(shù)字信號(hào)來控制x9241的輸出電阻，而且單片機(jī)在后面也會(huì)用到，只要把原本電路中的可變電阻改為x9241就可以了

7、。具體來說就是：首先通過小鍵盤輸入所要的電流，（我們設(shè)計(jì)的是通過鍵盤對數(shù)字進(jìn)行增減，而非直接輸入數(shù)字）到單片機(jī)，由單片機(jī)對x9241控制，使之輸出預(yù)定電阻Rx，由Rx進(jìn)而控制電流源電路，得到額定電流。數(shù)字電位器X9241與PIC單片機(jī)的接口電路3.3顯示部分輸出部分要用到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，首先從設(shè)計(jì)采樣電路從電流源去的電信號(hào)，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，輸入單片機(jī)（與x9241的使用過程相反）再由單片機(jī)控制數(shù)碼管顯示電流值。程序流程圖3.4自動(dòng)校準(zhǔn)部分以上的電路可以基本實(shí)現(xiàn)電流的穩(wěn)流、可調(diào)和步進(jìn)等功能，但會(huì)有一定的系統(tǒng)誤差。改進(jìn)方法：把模數(shù)轉(zhuǎn)換器得到的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過單片機(jī)計(jì)算，對實(shí)測值與給定

8、值進(jìn)行比較，如果誤差較大，單片機(jī)自動(dòng)對x9241輸出做出相應(yīng)調(diào)節(jié)，進(jìn)而改變x9241的輸出電阻，此過程由植入單片機(jī)的程序自動(dòng)執(zhí)行。電路各模塊關(guān)系圖3.5其他為進(jìn)一步減小紋波，需在電流源電路中加入抑制高頻信號(hào)的瓷片電容如104，和抑制低頻信號(hào)的電解電容等，如下頁圖穩(wěn)流部分加入電容的電路圖四、測試儀器與測試方法測量電源產(chǎn)生的電流大小，可以選用示波器，先測量加在電源上的電阻上的電壓，然后除以測試負(fù)載的電阻，得到實(shí)際電流值。同理測紋波，也可以先測出紋波電壓，然后用紋波值除以測試電阻，求得紋波電流值。五、總結(jié)：本篇文章在理論上論證了直流電源制作的可行性，設(shè)計(jì)的直流電源可以實(shí)現(xiàn)題目要求：輸出電流穩(wěn)定、與給定值偏差較小、紋波較小可以步進(jìn)調(diào)整輸出電流。參考文獻(xiàn)：康華光，模擬電子技術(shù)，第五版，北京高等教育出版社，2006年1逄玉臺(tái)等，X9241的原理及應(yīng)用，微電子技術(shù)，2006年22期29卷高恭嫻 聶睿瑞，一種基于單