在電路及設(shè)備中，一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電。它將頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定、輸出電流為幾十毫安以下的直流電壓。單相交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓，穩(wěn)壓管。直流電源的輸入為220V的電網(wǎng)電壓（即市電），一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需要通過電源變壓器降壓后，再對交流電壓進(jìn)行處理。變壓器副邊電壓有效值決定于后面電路的需要。目前有些電路不用變壓器，而采用其它方法降壓。這里介紹的是一種直流穩(wěn)壓電源功能電路，主要目的是學(xué)會選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器來設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源。

　　1.1 簡介EDA技術(shù)

　　語音識別（Speech Recognition）最基本的定義是。語音處理和識別是利用計(jì)算機(jī)對語音信號進(jìn)行分析和綜合，從而實(shí)現(xiàn)人類語音的自動理解和處理的一門學(xué)科。隨著電子通信技術(shù)的飛速發(fā)展，電路設(shè)計(jì)軟件（EDA）應(yīng)用越來越來廣泛，作為一名電子信息工程的學(xué)生，熟練的掌握一門EDA軟件是必不可少的，此次要設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源電路，正逢學(xué)校給我們開設(shè)的EDA實(shí)踐課，正為我們學(xué)習(xí)應(yīng)用EDA軟件提供了一個(gè)良好的機(jī)會，這是在我們學(xué)完了理論知識后所做的一次嘗試性的實(shí)踐工作，也是為了檢驗(yàn)我們所學(xué)的理論知識，鍛煉我們將理論聯(lián)系實(shí)際的能力，也為我們今后走向?qū)嶋H的工作崗位打下了一定的基礎(chǔ)。

　　1.2 直流穩(wěn)壓電源定義

　　直流穩(wěn)壓電源電路：在電路及設(shè)備中，一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電。它將頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定、輸出電流為幾十毫安以下的直流電壓。

　　印刷電路板（printed current board）

　　電子設(shè)計(jì)自動化（electronic design automatication）

　　1.3 設(shè)計(jì)的意義

　　在電路及設(shè)備中，一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電。它將頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定、輸出電流為幾十毫安以下的直流電壓。單相交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓，穩(wěn)壓管。直流電源的輸入為220V的電網(wǎng)電壓（即市電），一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需要通過電源變壓器降壓后，再對交流電壓進(jìn)行處理。變壓器副邊電壓有效值決定于后面電路的需要。

　　第2章 串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源的基本原理

　　2.1 原理簡介

　　以嵌入式技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建的嵌入式系統(tǒng)，是一種以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)。串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流濾波電路和穩(wěn)壓電路所組成。單相交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓，其方框圖及各電路的輸出電壓波形如圖1所示，下面就各部分的作用加以介紹。

　　圖1直流穩(wěn)壓電源的方框圖

　　直流電源的輸入為220V的電網(wǎng)電壓（即市電），一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需要通過電源變壓器降壓后，再對交流電壓進(jìn)行處理。變壓器副邊電壓有效值決定于后面電路的需要。目前有些電路不用變壓器，而采用其它方法降壓。

　　變壓器副邊電壓通過整流電路由交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，即將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動電壓。半波整流電路和全波整流電路的輸出波形如圖中所畫?？梢钥闯?，它們均含有較大的交流分量，會影響負(fù)載電路的正常工作；例如，交流分量會混入輸入信號被放大電路放大，甚至在放大電路的輸出端所混入的電源交流分量大于有用信號，因而不能直接作為電子電路的供電電源。應(yīng)當(dāng)指出，圖中整流電路輸出端所畫波形是未接濾波電時(shí)的波形，接入濾波電路后波形將有所變化。

　　為了減小電壓的脈動，需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。理想情況下，應(yīng)將交流分量全部濾掉，使濾波電路的輸出電壓僅為直流電壓。然而，由于濾波電路為無源電路，所以接入負(fù)載后勢必影響其濾波效果。對于穩(wěn)定性要求不高的電子電路，整流、濾波后的直流電壓可以作為供電電源。

　　交流電壓通過整流、濾波后雖然變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓，但是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動或者負(fù)載變化時(shí)，其平均值也將隨之變化。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不變電網(wǎng)電壓波動和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性。

　　第3章 電源電路結(jié)構(gòu)

　　3.1 電源變壓器

　　變壓器Tr的作用是將電網(wǎng)200V的交流電壓U1變換成整流濾波電路所需要的交流電壓U2。變壓器副 邊與原邊的功率比為

　　P1/P2=η

　　式中η為變壓器的效率。一般小型變壓器的效率如下表所示

　　副邊功率P2《10VA10～30VA30～80VA80～200VA

　　效率η0.60.70.80.85

　　通過上表可以算出變壓器的原邊的功率。

　　3.2 簡介EDA技術(shù)整流濾波電路

　　整流二極管V1～V4組成單相橋式整流電路，將交流電壓U2變成脈動的直流電壓，再經(jīng)濾波電容C濾除紋波，輸出直流電壓U1。U1與交流電壓U2的關(guān)系為：

　　U1=（1.1-1.2）U2

　　式中U2為交流電壓U2的有效值。

　　每只整流二極管隨的最大反向電壓Unn為：

　　Unn=2U2

　　通過每只二極管的平均電流ID為：

　　ID=1/2IR=0.45 U2/R

　　式中R為整流濾波電路的負(fù)載電阻，為電容C提供放電回路同，RC放電時(shí)間常數(shù)應(yīng)滿足：

　　RC》（3-5）T/2

　　式中T為50Hz交流電壓的周期，即T＝20ms

　　3.3 穩(wěn)壓電路

　　串聯(lián)型穩(wěn)壓電路組成框圖如下所示，

　　圖2 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路框圖

　　它由調(diào)整管、取樣電路、基準(zhǔn)電壓和比較放大電路等部分組成。由于調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)，故稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，在圖一中，V5為調(diào)整管，它工作在線性放大區(qū)，故又稱為線性穩(wěn)壓電路。R3和穩(wěn)壓管V6組成基準(zhǔn)電壓源。為集成運(yùn)放A的同相輸入端提供基準(zhǔn)電壓，R1、R2和RP組成取樣電路，它將穩(wěn)壓電路的輸出電壓分壓后送到集成運(yùn)放A的反相輸入端，集成運(yùn)放A構(gòu)成比較放大電路，用來對取樣電壓與基準(zhǔn)電壓的差值進(jìn)行放大 ，當(dāng)輸入電壓UI增大引起輸也電壓Uo增加時(shí)，取樣電壓UF隨之增大 ，UZ與Up的差值減小，經(jīng)A放大后使調(diào)整管的基極電壓UBI減小，集電極ICI減小，管壓降UCE增大 ，輸出電壓Uo減小，從而使得穩(wěn)壓電路的輸出電壓上升趨勢受到抵制，穩(wěn)定了輸出電壓，同理，當(dāng)輸入電壓UI減小或負(fù)載電流IO增大引起UO減小時(shí)，電路將產(chǎn)生與上述相反的穩(wěn)壓過程，亦將維持輸出電壓基本不變。

　　可見，穩(wěn)壓過程實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)閉環(huán)的電壓負(fù)反饋過程。目前已廣泛采用集成電路穩(wěn)壓器來完成穩(wěn)壓過程，使直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試變得簡單、易于實(shí)現(xiàn)。

　　第4章 線性集成穩(wěn)壓器

　　能夠完成穩(wěn)壓功能的集成穩(wěn)壓器種類很多，要把調(diào)整管工作在線性放大區(qū)還是工作 在開關(guān)狀態(tài)，將其分為線性集成穩(wěn)壓器和開關(guān)集成穩(wěn)壓器，下面分別加以介紹。

　　線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端式穩(wěn)壓器只在三個(gè)引出端子，性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛的應(yīng)用 。三端式穩(wěn)壓器有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸出三端穩(wěn)壓器。

　　4.1 三端固定輸出集成穩(wěn)壓器

　　所謂三端式，是指它有三個(gè)端子，輸入端、輸出端和公共端。三端固定輸出集成穩(wěn)壓器通用產(chǎn)品有CW7800系列和CW7900系列輸出電壓由具體型號中的后兩個(gè)數(shù)字代表，有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等檔次，其額定輸出電流以78后面所加字母來區(qū)分。L表示0.1A，M表示0.5A，無字母表示1.5A。例如CW7805表示輸出電壓為＋5V，額定輸出電流為1.5A。

　　4.1.1 內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)

　　下圖是VW7800系列集成穩(wěn)壓器的內(nèi)部組成框圖。

　　圖3 CW7800集成穩(wěn)壓器內(nèi)部電路組成框圖

　　由圖可見，除增加了一級啟動電路外，其余部分與上面所述穩(wěn)壓電路完全一樣 ，其基準(zhǔn)電壓源的穩(wěn)定性更高，保護(hù)電路更完善。

　　下圖是CW7800系列集成穩(wěn)壓器的電路原理圖，它由啟動電路、基準(zhǔn)電壓電路 、誤差放大電路調(diào)整管及保護(hù)電路等組成。

　　4.1.2 CW7800 應(yīng)用電路

　　下圖是7800系列穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路。由于輸出電壓決定于集成穩(wěn)壓器，所以下圖電壓為12V，最大輸出電流1.5A。為使電路正常工作，要求輸入電壓U1比輸出電壓U0至少大2.5～3V。輸入端電容C1 用以抵消輸入端較長接線的電感效應(yīng)，以防止自激振蕩，還可抑制電源的高頻脈沖干擾，一般?。?.1～1）μF。輸出端電容C2、C3用以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，消除電路的高頻噪聲，同時(shí)也具有消振的作用。C1 、C2最好采用漏電流小的鉭電容。V是保護(hù)二極管，用來防止在輸入端短路時(shí)輸出電容C3所存儲電荷通過穩(wěn)壓器放電而損壞器件，CW7900系列的接線與CW7800系列基本相同。

　　圖4 CW7800基本應(yīng)用電路

　　圖中IQ為穩(wěn)壓靜態(tài)工作電流，一般為5mA，最大可達(dá)8mA;UXX為穩(wěn)壓器的標(biāo)稱輸出電壓，要求I1= UII/R1 5 IQ。整個(gè)穩(wěn)壓器的輸了電壓UO由圖可得：

　　UO=UII+（ I1+IQ） R2=UII+（UII/ R1+ IQ）/ R2=（1+ R2/ R1） UII+ IQ R2

　　若忽略IQ的影響，則

　　UO（1+ R2/ R1） UII

　　由此可見，提高R2、R1的比值，可提高UO。這種皎潔的缺點(diǎn) 是當(dāng)輸入電壓變化時(shí)，IQ也變化，將降低穩(wěn)壓器的精度。

　　圖5 提高輸出電壓的電路

　　下圖為采用CW7815和CW7915三端穩(wěn)壓器各一塊組成的具有同時(shí)輸出＋15V、－15V電壓的穩(wěn)壓電路。

　　集成穩(wěn)壓器輸出端串入阻值合適的電阻，就可以構(gòu)成輸出恒定電流的電源，如下圖所示 ，

　　圖6 恒流源電路

　　圖中，RL為輸出負(fù)載電阻，電源輸出電壓U1＝10V，CW7805為金屬封裝，輸出電壓UB＝5V，因此由圖可求得向RL輸出電流IO為：

　　IO=U23+IQ

　　式中，IQ是穩(wěn)壓器靜態(tài)工作電流，由于它受U1及溫度變化的影響，所以只有當(dāng)U23/R》》 IQ時(shí)，輸出電流IQ才比較穩(wěn)定，由下圖可知，U23/R=5V/10=0.5A顯然比IQ大得多，幫IQ0.5A，受IQ的影響很小。

　　第5章 印刷電路板制作

　　5.1 電源電路的原理圖設(shè)計(jì)

　　印刷電路板設(shè)計(jì)的過程可以分三大補(bǔ)，其一是電路原理圖的繪制，其二是根據(jù)電路圖生成網(wǎng)絡(luò)表，最后是設(shè)計(jì)印刷電路板圖。電路原理圖的設(shè)計(jì)好壞，直接影響到以后印制電路板的設(shè)計(jì)。

　　5.1.1 原理圖的繪制

　　首先打開原理圖的工作界面，將所有元?dú)舛紡膸熘刑崛〕鰜?，放在圖紙上，變調(diào)整好位置。元?dú)饧胖猛戤?，將開始連接線路，導(dǎo)線是指元件電氣點(diǎn)之間的連線Wire。Wire具有電氣特性，而繪圖工具中的Line不具有電氣特性，不要把兩者搞混。

　　圖7 完成導(dǎo)線連接的原理圖

　　5.1.2 生成網(wǎng)絡(luò)表

　　網(wǎng)絡(luò)表是描述電路元件的編號、封裝及元件管腳之間連接關(guān)系的列表。是PCB設(shè)計(jì)中自動布線的向?qū)砸罁?jù)，它是由電路原理圖創(chuàng)建而得到的。執(zhí)行菜單Tools中的Cteate Netlist命令，系統(tǒng)自動生成以.net為后綴名的網(wǎng)絡(luò)表。

　　元件的布局有自動布局和手工布局兩種方式，可以根據(jù)自己的習(xí)慣和設(shè)計(jì)需要可以選擇自動布局，也可以選擇手工布局。在一般情況下需要兩者結(jié)合才能達(dá)到很好的效果。先利用PCB編輯器所提供的自動布局功能自動布局。在自動布局完成后，再進(jìn)行手工調(diào)整，這樣可以更加快速、便捷地完成元件的布局工作。

　　5.1.3 設(shè)計(jì)印刷電路板圖

　　由電路原理圖生成網(wǎng)絡(luò)報(bào)表（因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)報(bào)表是原理圖與印制電路板之間的一座橋梁，是印制電路板的靈魂），然后在新建的PCB文件中（新建的PCB板由PCB向?qū)桑黜?xiàng)參數(shù)都已設(shè)定好了）導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)報(bào)表和元器件封裝庫，最后自動生成PCB板圖，自動生成的板圖。為了使板圖上個(gè)元器件的布局更為合理和美觀，同時(shí)又為了元器件之間的走線更加清晰，還要利用Protel提供的手動布線功能重新布線對PCB板圖進(jìn)行手工調(diào)整，調(diào)整后的PCB板圖如下圖所示。

　　圖8 最后的布線結(jié)果PCB

　　5.2 輸出直流電壓信號仿真

　　首先給電路加頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓在設(shè)置完所以的參數(shù)后，運(yùn)行仿真程序，執(zhí)行菜單命令Design→Simulation→Mixed Sim，執(zhí)行該命令后，系統(tǒng)彈出仿真方式設(shè)置對話框，在設(shè)置完所有的參數(shù)后，單擊OK按紐，則系統(tǒng)進(jìn)行電路仿真，

　　圖9 仿真電路圖

　　圖10 輸出直流電壓的仿真結(jié)果

　　結(jié)論

　　通過這次設(shè)計(jì)可以說獲益非淺，經(jīng)過這段時(shí)間的設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)，我基本了解和掌握了利用Mutisim 2001和Protel DXP 2004來設(shè)計(jì)電路并進(jìn)行仿真，Mutisim 2001和Protel DXP 2004擁有豐富的元件庫，他不僅擁有實(shí)際生活中所存在的元器件同時(shí)還擁有在線更新的功能，及時(shí)的添加更新元件，更深刻的體會到兩種應(yīng)用型軟件在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)中的重要作用。利用它們內(nèi)可以輕松的完成設(shè)計(jì)﹑仿真﹑制版一系列過程，為我們完成電路設(shè)計(jì)提供了極大的方便。