1、.4 辅助电源的设计3.4.1 需要制作的电源（1）运放 LM324 电源电压范围：单电源 3V32V，双电源1.5V16V 。又因为 ICP 传感器输出的是模拟信号，为了完整波形输出，选择双电源12V 。而 AD620 电源电压范围：2.3V18V，所以也选用用双电源12V。（2）因为 ICP 加速度传感器的激励电压为 18V-30V，典型值 24V。+12V 不够用，所以需要制作一个电压为 24V 的直流电源。3.4.2 电源总体设计（1）基本原理变压部分 采用变压器来实现。整流部分 一般桥式整流可采用 4 个整流二极管接成桥式，也可以也可用二极管整流桥堆。滤波电路 采用电容滤波即可。稳压
2、电路 可以采用集成稳压电路。（2）设计思想 电网供电交流电压为有效值 220V，频率为 50Hz，为了获得低压直流，首先需要使用电源变压器进行变压，将电压降低，从而获得合适大小的交流电压。 降压后的交流电压，通过整流电路进行整流，编程有脉动成分的直流，不过其幅值变化还是比较大。 有较大脉动成分的直流电压须经过滤波电路进行滤波，变成平滑，脉动较小的直流电，即将交流成分滤掉，有效地保留其直流成分。 滤波后的直流电压，再通过选择合理的稳压电路进行稳压，之后便可得到较为理想的低压直流电源。（3）原理图图 3.17 直流稳压电源框图3.4.3 变压部分设计电网供应的民用单相交流电只有一种电压，即有效值
3、220V、频率 50Hz 的交流电压。这就需要一种器件能够进行变压，将 220V 的交流电变换成我们需要的交流电压，再经过整流、滤波、稳压等步骤就会得到需要的直流电压。电源变压器，是专门用来改变交流电压与交流电流的器件，能够完成变压任务。也就是说，当某一个固定电压的交流电通过一个相应的电源变压器，可以变换成所需要的交流电压，之后再整流、滤波和稳压转换成所需要的直流电压。要得到符合电路要求的交流电压值，就必须使用电源变压器进行变压 17。最简单的单相变压器结构如图 3.18 所示。它是由初级绕组、次级绕组以及铁心三部分组成。其中，初级绕组用来输入电源的交流电压，所需要的交流电压即会输出于次级绕组
4、。本质地讲，变压器是一种进行电-磁-电转换的器件，也就是使初级线圈的交流电转化成铁心形成的闭合交变磁场，次级线圈被磁场的磁力线切割，从而产生交变的电动势,当负载被接上时，电路形成闭合回路，次级电路就有了交流电流通过 15。图 3.18 单相的变压器结构图电源变压器主要由初级线圈、次级线圈和铁心构成。它两侧的电压值正比于初、次级线圈的匝数，反比于初、次级中的电流值。实际上，变压器的初、次级线圈和铁心都会消耗一部分功率，其中包括铜损涡流损失等，也等于说，变压器的效率 不会是 100%。通常，如果变压器的容量越大，效率也会越高，对于功率在 1000W 以下的变压器效率 在 65%-90%之间。3.4
5、.4 整流部分设计 整流电路是把交流电压转变为直流脉动的电压。常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式整流等。之所以能把方向和大小交变的电流变换为直流电，是因为采用了具有单向导电特性的器件。在一般分析中，我们常把二极管当作理想元件处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。下面介绍采用晶体二极管搭建的各种整流电路。半波整流电路整流电路结构最简单的一种，电路如图 3.19 所示。它由整流二极管 D、电源变压器 B 和负载电阻 R 组成。变压器把 220V 电压变换为交变电压 E2 ，D 再把交流电变换为脉动的直流电。图 3.19 半波整流电路图 3.20 的波形图说明了二极管整流的过程。图
6、3.20 半波整流波形全波整流电路是一种整流效率非常高的整流电路。下图 3.21 为原理图。e2a 、 e2b 两个电压是大小相等、极性相反的，构成 e2a 、D1 、R 与 e2b 、D2 、Rfz ，两个通电回路。图 3.21 全波整流电路全波整流的工作原理原理，可用图 3.22 所示的波形图说明。图 3.22 全波整流波形桥式整流电路是使用最为广泛的一种整流电路。它只需要用四只二极管连接成“桥“式结构，不仅具有了全波整流电路的优点，还同时弥补了全波整流电路的部分缺点。其电路如图 3.23 所示。图 3.23 桥式整流电路桥式整流电路的工作原理如下：当 u20 时，D2、 D4 截止，D1
7、、D3 导通，。电流通路为:由+经 D1RLD3-；当 u2uC 时，二极管导通，电源同给给负载 RL 供电和给电容充电，u C 增大，u o= uC。当 u uC 时，二极管截止，电容放电，u C 按指数规律减小，u o= uC 。使用电容进行滤波时，负载变化会干扰输出电压，即带负载能力较差。因此电容滤波适用的场合主要是同时满足输出电压较高、负载电流较小并且负载变化不大的场合。电感滤波是将电感与负载串联，电路如图 3.27 所示。整流二极管管导电角较大，峰值电流非常小小，输出特性非常平坦，适用于低电压大电流即 RL 较小的场合。图 3.27 电感滤波电路若想为进一步改善滤波特性，采取多级滤波
8、，如 LC 滤波电路，RC 型滤波电路。根据课题实验要求，系统采用电容滤波电路。3.4.6 稳压部分设计稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的输出电压的一种电子设备。电网电压、负载及环境温度的变化一般不会干扰稳压电路的输出电压。稳压器是内阻很小的电压源。其内阻越小，稳压性能越好。稳压部分可采用由稳压管组成的稳压电路。电路利用稳压管的反向击穿特性的原理来稳压。鉴于稳压管陡直的反向特性，电流的变化几乎不会带来电压的改变。由稳压管组成的稳压电路如图 3.28 所示。图 3.28 稳压管稳压电路随着科学技术的发展,单片集成稳压电源已经被开发和广泛应用起来，具有体积较小,稳定性很高,使用方便灵活,价
9、格便宜等优点，本恒流源系统设计稳压部分采用三端稳压器。本论文主要介绍常见的 W7800 和 W7900 两个系列的三端集成稳压器，它们的内部是串联型的晶体管稳压电路。该组件的外形如下图 3.29 所示，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部同时具备短路环节和过热保护环节。图 3.29 W7800 系列稳压器 W7900 系列稳压器W7800 和 W7900 系列具有一系列的性能特点：它们不需要外接元件，内部有过热保护和过流保护，调整管设有安全工作区保护，输出电压容差为 4%。并且，系列输出电压为额定值，有 5V、6V、9V、 12V 、15V 、18V 、24V 等。根据课题要求，需要
10、输出的额定值为 12V，所以选用 7812 和 7912 系列。W78 系列为三端集成正稳压电路,TO-220 封装，当附加散热片时，输出电流可达 1.5A。虽然是固定的稳压电路，但是通过使用外接元件，可以获得不同的电压和电流。其结构组成框图如图 3.30 所示。图 3.30 LM7812 系列功能框图7812 系列集成稳压器的典型应用电路如下图 3.31 所示，这是一个输出正12V 直流电压的稳压电源电路。C1 为输入端和滤波电容，电容值较大； C2 是输出端滤波电容，电容值较小；RL 为负载电阻。 RL 两端电压为 12V。图 3.31 LM7812 稳压器的应用电路7912 系列同为 3
11、 端正稳压电路,TO-220 封装，提供-12V 的电压。其内部电路如图 3.32 所示。图 3.32 LM7912 的内部电路图对于课题，需要电路同时输出正负电压，所以电路如图 3.33 所示。图 3.33 电路输出正负电压3.4.7 电源电路图（1）在实际应用中，为了确保桥式整流后的电流波形平直，一般采用大小电容配合使用。如图 3.34：（2）同理，24V 直流电源电路如下：图 3.35 24V 电源电路图（3）最终需要将12V 电源电路和 24V 电源电路整合在一起，最终电路图图 3.34 12V 双电源电路图如下：图 3.36 电源电路图3.5 整体电路图的设计我们采用 protel 软件制作电路图，设计好的完整电路图如下：图 3.37 总电路图3.6 印制电路板 PCB的制作我们采用 protel 制作 PCB（印制电路板） ，因为用到的元件数量较多，选用常见的双面直插式制作，设计好的 PCB 见附图 B 和附图 C。
