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1、 湖南文理学院芙蓉学院 本科生毕业论文(设计)题 目：LED照明开关电源的研究与设计学生姓名：_黄亚_学 号： 08210111 专业班级： 自动化0801 指导教师： 曹玲玲 完成时间： 目 录摘 要3Abstract4第1章 绪 论51.1 课题背景5第2章 白光LED82.1 白光LED发光原理82.2 白光LED的特性8第3章 LED照明系统的设计113.1 电路框图和工作原理11第4章 LED控制电路设计.15 4.1 系统的功能.15 4.2 电源的设计.17 4.3 电源变压器.18 4.4 整流电路.18 4.5 滤波电路.20 4.6 稳压电路.22 4.7 电源总体设计.2
2、5 4.8 总体电路设计.31 4.9软件设计.32第5章 安装调试.345.1开关电源的安装与调试.355.2 LED灯具和控制部分的安装与调试35结 语34第6章 参考文献37第7章 致 谢37附录： 电路原理图39 程序清单.40 摘 要当今社会，节能环保已成为全人类的共识，因而节能环保的半导体照明和照明器件的智能化成为照明领域的发展趋势。多功能高亮度LED照明灯的设计和推广可以达到环保节能目的。多功能高亮度LED照明灯是由开关电源部分，控制部分和白光LED灯三部分构成。在开关电源和控制部分共同作用下使每个LED的工作电压为3.2V，工作电流为17.5mA，并且它不随LED的温度的变化而
3、变化，从而达到稳压限流的效果。在高效率的开关电源的驱动下，LED灯的实际工作总功率为5.6W，但它的实际亮度已达到普通的40W白光灯的亮度。再利用SCT89C51单片机根据外部环境光线亮度自动调节灯光亮度，实现了照明器件的智能化，实验结果表明，本系统设计的开关电源输出电压为20V，输出电流为2A，LED灯可由单片机根据外部环境光线亮度自动调节灯光亮度，较好地实现了照明灯具的有效节能和亮度控制智能化。关键词：半导体照明；白光LED；开关电源；高频变压器 ；驱动电路；STC89C51 AbstractIn contemporary society, energy conservation and
4、environmental protection has become the consensus of all mankind, so energy conservation and environmental protection of semiconductor lighting and lighting devices of intelligence become development trends in the field of lighting. High-Brightness LED lighting design and promotion can reach the pur
5、pose of energy conservation and environmental protection. High-Brightness LED lights consist of three parts, the switching power supply, the control, and the White LED lights. Under the effect of switching power supply and control of the common LED, each of the operating voltage is to 3.2 V, operati
6、ng current 17.5mA and it does not change with the changeable LED temperature, so as to meet current limit and the effect of regulators. In the driving force of a highly efficient switching power supply, LED lights in the practical work for the total power of 5.6 W, but its actual brightness has reac
7、hed 40 W of ordinary white light brightness. Re-used SCT89C51 SCM, in accordance with the external environment lighting brightness, automatically adjusts brightness light, and the lighting of intelligent devices, and then well positioned to enable lighting of the intelligence and energy conservation
8、.Key words：semiconductor illumination ; white light-emitting diode; switching power supply; high frequency transformer；STC89C51 第1章 绪 论1.1课题背景 如今全世界对LED研究已经很成熟了，为什么科学家发明了LED这种光源呢？LED相比于热光源有很多优点：体积小、耗电量低、使用寿命长、高亮度、低热量、环保、坚固耐用、多变幻、高新尖。在城市工业中，城市夜景照明追求的不是亮度，而是艺术的创意设计，小功率的LED产品应该能够找到他的用武之地。LED发光角度小，方向性强，
9、可作局部重点照明。问题是要给设计师提供有足够大的选择范围，外观上也应有美观的要求。可以肯定地说，LED将会在未来引领照明的时尚与新潮。在设施农业中,通常所采用的人工光源是荧光灯与高压钠灯。近年来，随着光电技术的发展,发光二极管(LED)的亮度与效率也大幅度提高,使得这种光源在设施农业生产中的应用变为可行，尤其对封闭可调控的设施农业环境 (如植物工厂，组织培养室、植物生长箱等) 是一种非常合适的人工光源.为此,主要介绍了LED在设施农业中的应用及发展趋势1。市景观照明追求的不是亮度，而是艺术的创意设计，LED产品应该能够找到它的用武之地。发光角度小的LED方向性强，可作局部重点照明；在封装材料中
10、添入散射剂可以实现175度的发光角适合较大范围内的照明，问题是目前城市夜景照明中建设单位过于追求高亮度难以给设计师提供足够大的选择范围，目前在城市夜景照明工程中常用的LED光源主要有：线性发光灯具、装饰草坪灯、景观灯、球泡、水下灯、地面灯具：地埋灯、发光地砖、石灯、利用太阳能电池作为能源的LED灯具2。国际上LED的医学应用研究工作从20世纪90年代开始，1993年美国太空总署（NASA）首先提出LED生物医学应用研究。其研究内容包括：利用LED照射舒缓宇航员运动疲劳、处理伤口，用于肿瘤的光动力治疗和消除皮肤炎症、溃疡，促进创伤愈合以及面部嫩肤、除皱、除斑，治疗座疮等等。相继推出LED医疗应用
11、成果的还有以色列和英国。通过大量临床实践，各国生物医学界专家一致认为LED医疗器械是目前最能替代He-Ne激光器进行光疗的器械，在医学应用领域有着极其广泛的开发前景3。故LED电路的设计显得尤为重要，没有驱动LED永远发不了光。每个厂家所用LED都是一样的，不同之处在于驱动电路的不同，好的驱动电路能使其工作时间更长，发挥更多的作用，节约更多的能源，LED相比于普通的白炽灯所用电量更少，但能发出同样的光芒，使用年限也更长，正因为有各种高性能高质量的电路使得LED能发挥其历史性的作用，来为我们照福，为国家照福，为人类照福。1.2 国内外研究现状及发展趋势1.2.1 国外LED电路发展现状半导体照明
12、技术的开发研究引起了全球研究机构和企业的重视。国外共有近200家公司参与GaN器件、材料和设备的开发，近300所大学和研究所参与GaN的研发。目前，功率型白光LED光视效能（发光效率）已经达到100 lm/W，研究水平达到160 lm/W。经过技术发展和市场竞争，世界主要LED厂商已经形成各自的技术特色。日本日亚化学处于全球技术领先水平，垄断高端白色、蓝、绿色LED的市场，丰田合成在白光LED及车灯照明技术开发据国际前端；美国Cree的碳化硅衬底生长GaN外延片国际领先，传统照明巨头Philips绝对控股的美国Lumileds功率型白光LED国际领先；传统照明巨头Osram欧司朗控股的德国欧司
13、朗光电半导体功率型LED封装和车用LED灯具开发国际领先4。1.2.2 国内LED电路发展现状国内的外延片生长技术主要源于美国、基本上是进口美国的有机金属化学气相沉淀（MOCVD）装备，这些装备在美国就不是一流的装备，在整个LED产业外延片的生长、芯片、芯片封装3个环节中，外延片生长投资要占到70%，外延片成本要占到封装成成品的70%，同时外延片生长技术的人才全世界都缺乏，简单的说，外延片的水平决定了整个LED产业水平，国内近几年也陆续引进了50多台MOCVD装备，均处理大生产工艺摸索阶段，一旦工艺成熟，则会上10倍地增大装备数量形成规模生产，市场需求巨大。国家“863”计划和信息产业发展基金
14、及时支持了国产外延设备如液相外延炉和MOCVD设备的研发（中科院半导体所、中电科技集团公司第四十八所），通过整机消化吸收，关键技术再创新等措施，填补了国内空白，使长期制约我国LED产业发展的装备瓶颈得以突破。随着国家照明工程的起步，国内LED芯片设备的巨大需求再次引起了国外半导体设备生产商的积极响应，他们日益重视中国这个巨大的市场，但是，这里面也存在着一个隐忧，国外芯片设备高昂的价格，相对制约了国内企业的规模化、产业化发展，也消耗了国家大量宝贵的外汇。同样也挤占了国内设备生产商的发展空间。 第2章 白光LED2.1白光LED发光原理LED外施电压后在其内部会产生受激电子跃迁光辐射。按照不同半导
15、体基本材料的物理特性，所产生的光波长是不同的。发光二极管的实质性结构是PN结，在半导体PN结通过正向电流时注入少数载流子，少数载流子的发光复合就是发光二极管的工作机理。半导体PN结发光实质为固体发光，而各种固体发光都是固体内不同能量状态的电子跃迁的结果。半导体材料的发光机理决定了单一LED芯片不可能发出连续光谱的白光，必须以其它的方式合成白光。通常产生白光的方式有两种：一是用单色光激发荧光粉发出其它颜色的光，最终混合成白光；二是采用将几种发不同色光的芯片封装在一起的方法，通过这些色光的混合，构成发白光的LED。这两种方法在实践中都有应用。2.2白光LED的特性在白光LED的设计中，常在发射蓝光
16、的InGaN基料上覆盖转换材料，这种材料在受蓝光激励时会发出黄光，于是得到蓝光和黄光的混合物，在肉眼看来就是白光。白光LED的发射波长，如图2-1中实线所示，包括蓝光和黄光区域的峰值，但是在肉眼看来就是白光。肉眼的相对光敏感性如图2-1中的虚线所示。 正向电流的变化改变了白光LED色坐标，并因此改变了白光的质量。采用InGaN技术的LED并不像标准绿光红光和黄光那样容易控制。InGaN LED的显示波长会随着正向电流 当正向电流高至10mA时，正向电压的变化很大，变化的范围大约为800mV，有些白光LED的变化会更大。改变白光LED工作电压即可改变其发光的色彩，这是因为工作电压变化使LED正向
17、电流发生变化。对于不同的白光LED，其电流电压特性也呈现出很大的差异。图2-4所示是白光LED理想状态下的正向伏安特性曲线，LED伏安特性的数学模型可以表示为： （2-1） 其中，Vturn-on是LED的启动电压，RS表示伏安曲线的斜率，IF表示LED的正向电流，T环境温度，是LED正向电流的温度系数，对于大多数LED而言，它的典型值为。 从LED的伏安特性曲线及数学模型看，LED正向导通后其正向电压的细小变动将引起LED电流的较大变化，并且环境温度、LED老化时间等因素也将改变影响LED的电气性能。而LED的光输出直接与LED电流相关，所以LED驱动电路在输入电压和环境温度等因素发生变动的
18、情况下最好能控制LED电流的大小。否则，LED的光输出将随输入电压和温度等因素变化而变化。 白光LED的正向电流的大小也是随着温度变化而变化，图2-5所示是常用白光LED允许正向电流随温度的变化曲线。当环境温度一旦超过，白光LED的容许正向电流会大幅度降低，在此情况下如果仍旧施加大电流，很容易造成白光LED老化。因此，白光LED工作点的选择非常重要。 第3章 LED照明系统的设计3.1 电路框图和工作原理 图3-1所示为LED照明总控制系统原理方框图，为实现小区或街道路灯智能化，通过总控制器控制多个支路的副控制器从而达到使整个小区或街道路灯LED照明灯智能化。本系统主要是设计一条支路的多功能L
19、ED照明灯，包括开关电源、单片机控制、LED灯。 图3-2所示，为LED照明灯电路组成框图，220V的交流电网输入，经过整流滤波后输入到开关型直流稳压电源，经直流稳压电源降压后输出15V直流电压直接为LED灯和AT89C52供电 ，经AT89C52定时和环境检测电路使用光敏器件检测外界的光线强度，控制LED照明灯的亮度从而实现灯具的智能化控制。3.1.1开关电源虑波器 电源滤波器是针对电源端口电磁骚扰的特点而设计的。滤波器一般是由电感、电容、电阻或铁氧体器件构成的频率选择性二端口网络。这里说的电源滤波器实际是滤波器的一种，按照其工作原理可以称之为反射式滤波器。它可以在滤波器阻带内提供了高的串联
20、阻抗和低的并联阻抗，使它与噪声源阻抗和负载阻抗严重不匹配，从而把不希望的频率分量发射回噪声源，电源滤波器一般设计为低通式，作为双向无源二端口网络，电源滤波器即可以限制电网中的高频进入设备，提高设备的抗干扰性，也可以阻止设备产生的高频干扰进入电网，改善设备的高频电磁发射水平，所以在电路中加入滤波器阻止电网的干扰进入设备和设备电路本身产生的电磁骚扰进入电网就很有必要了。如图3-3所示，电源滤波器为五端器件，它有两个输入端、两个输出端和一个接地端，使用时外壳应接通大地。一般地，C1和C2采用薄膜电容器；C3和C4选用陶瓷电容。C1C4的耐压值均不小于630DC或250AC。C3和C4也可并联在输入端
21、，注意同样也应合理接地。另外，使用时还应注意共模线圈的电容容量，防止磁通饱和以及线圈过度发热。 图3-3 开关电源虑波器电路图 要了解电源滤波器的构造原理，首先需要了解电磁噪声的特性。任何电源线上的高频传导骚扰信号，均可用差模和共模干扰信号来描述。差模干扰在两传输导线之间流动，属于对称干扰；共模干扰在传输导线与地之间传输，属于非对称干扰。所以电源滤波器进行滤波需要从差模和共模两方面入手。如图3-3所示，C1、C2是差模电容器，一般称为X电容，C3、C4是共模电容，一般称为Y电容。C3、C4的电容量不宜选得过大，否则容易引起滤波器漏电的危险。T1为共模扼流圈，它为同向绕在同一个铁氧体环上的一对线
22、圈，电感量约为几毫亨。对于共模干扰电流，两个线圈产生的磁场是同方向的，共模扼流圈表现出较大的阻抗，从而起到衰减干扰信号的作用；而对于差模信号（在这里是低频电源电流），两个线圈产生的磁场抵消，所以不影响电路的电源传输功率。3.1.4.3基于Topswitch芯片的单片开关电源的设计1TOP224P的管脚介绍该芯片由漏极端，控制端，源极端三个管脚组成。漏极端（DRAIN脚）与输出MOSFET漏极连接。启动时，提供内部偏置电流，控制端（CONTROL脚）控制输出占空比，是误差放大器和反馈电流的输入端。正常工作时，由内部并联稳压器提供内部偏置电流，也可以作电流旁路和自动启动/补偿电路电容的接点，源极端
23、（SOURCE脚）和输出MOSFET的源极连接，也是开关电源初级电路的公共点和参考点4。2芯片功能特点介绍TOP224P是一个自编置自保护的电流占空比线性控制转换器。由于采用CMOS工艺，转换效率与采用双集成电路和分立元件相比，偏置电流大大减少，省去了用于电流传导和提供启动编置电流的外接电阻，在正常工作时，内部MOSFET输出脉冲的占空比随着CONTROL脚电流的增加而线性减少。 图3-3 TOP224P的内部框图 3. 20V/40W的开关电源的电路设计 设单片开关电源时,首先要选择合适的芯片,既能满足要求,又不因选型不当而造成资源的浪费.而开关电源的电路快速设计法就可以圆满解决此技术难题.
24、 在设计之前,只需要根据预期的输出功率和电源效率值,即可从曲线上查出最合适的单片开关电源IC 型号及功率损耗值如图3-4所示,这不仅简化了设计,而且为选择散热器提供依据. 最后进入电路设计阶段,包括高频变压器设计、外围元件参数的选择等.又由于知道该精密开关电源的电路属于固定输入(交流230 V35 V),故其步骤参考如下:(1)首先确定哪一幅图适用. 因为当U=220V(即230V35V),VO=20V时,故须选择图3.然后在横坐标上找出欲设计的输出功率点(Po).(2)从输出功率点垂直向上移动,直到选中合适芯片所指的那条实曲线.如不适用,可继续向查找另一条实曲线.(3)再从等值线(虚线)上读
25、出芯片的功耗PD.进而还可求出芯片的结温Tj,以确定散热器的大小.(.其中为从结到器件表面的热阻,IA为环境温度)(4) 最后进入电路设计阶段,包括高频变压器设计、外围元件参数的选择等.图3固定输入且输出12V时PD与、Po的关系曲线.根据已知条件(交流固定输入230V 35V 的20V、40W 开关电源),按上述方法步骤, 从图3-4 中可以查出, TOP224Y 是最佳选择,此时、= 85. 6 %、。4、开关电源的电路工作原理图3-5是以TOP224P为核心构成的输出20V，40W的单片精密开关电源的电路图。TOP204Y在宽范围交流输入电压（85-265V）下的最大输出功率为45W。8
26、5-265V交流输入电压经整流滤波后产生约110V-375V的直流电压，由VDZ和VD1组成漏极钳位保护电路，图3-4 固定输入且输出20V 时PD 与、Po 的关系曲线图3-5 15V，30W的单片精密开关电源的电路图 第4章 LED控制电路设计4.1 系统的功能 系统的总体结构如图3-1所示，在该系统中以5V直流稳压电源为各器件提供电源，采用555定时器定时功能和波形产生功能驱动LED发光。该系统可控制LED发光时间及电源电路定时电路LED显示脉冲波形产生电路 图4-1 系统总体结构图 4.1.1 LED脉冲驱动脉冲驱动方式，采用向LED器件重复通断供电的方法使之点燃就是利用人眼的视觉暂留
27、特性，采用这种方式时应该注意两个问题：脉冲电流幅值的确定和重复颇率的选择。首先，要想获得与直流驱动方式相当的发光强度的话，脉冲驱动电流的平均值Ia就应该与直流驱动的电流值相同。如图5-2所示，平均电流Ia是瞬时电流i的时间积分，对于矩形波来说，其表达式如(5-1)式所图4-2 LED的脉冲驱动脉冲驱动时，脉冲电流的幅值应该比直流驱动电流大。其次是脉冲重复频率的问题，通过视觉暂留特性的分析，己经知道脉冲重复频率必须高于24Hz，否则会产生闪烁现象。脉冲驱动的主要应用有两个方面扫描驱动和占空比驱动。4.2 电源的设计线性电源（5V直流稳压电源）由电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。其流程
28、图如图3-3所示： 交流电网电压tttttVOVFVRV2V1220V50HZVOVFVRV2V1电源变压器整流电路稳压电路滤波电路图4-3 5V直流稳压电源流程图4.3 电源变压器图3-4所示是一种简单的电源变压器降压电路。电路中S1是电源开关，T1是电源变压器，VD1是整流二极管。从T1一次绕组输入的是220V交流市电，二次绕组输出的是电压较低的交流电压，这一电压加到VD1正极。(1)电路分析这一电源变压器降压电路的工作原理是：在开关S1闭合时，220V交流市电经S1（图中未闭合）加到电源变压器T1的一次绕组两端，江流电流经T1一次绕组的上端流入，从一次绕组的下端流出。在T1一次绕组流有交
29、流电流时，T1二次绕组两端输出一个较低的交流电压。这样，T1将220V交流市电电压降到合适的低电压。电路中的电源变压器T1只有一组二次绕组，所以T1输出一个交流电压，这一电压直接加到整流二极管VD1上。如图3-4所示。(2)电路中的电源变压器有几组二次绕组，关系到这一电路能输出几组交流低电压，也关系到对电源电路工作原理的进一步分析（分析整流电路等）。上面的电源变压器降压电路中T1只有二次绕组，所以是最简单的电源变压器降压电路。其输出波形如图3-5所示。图4.4 电源变压器降压电路图3.5 变压后的波形4.4 整流电路整流电路的任务是将交流电变换成直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用
30、，因此二极管是构成整流电路的关键元件。在小功率（1KW以下）整流电路中，常见的几种整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流电路。本文主要研究单相桥式整流电路。以下分析整流电路时，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。(1)工作原理电路如图3-4所示，图中R1是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1-D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。通过负载R1的电流i1以及电压vl的波形如图3-6所示。显然它们都是单方向的全波脉动波形。图3-6 输入输出仿真波形图 (2)负载上的直流电压VL和直流电流IL的计算用傅立叶级数对图3.7中vL的波形进行分解后可得 （3-2）式中
31、恒定分量即为负载电压的平均值，因此有 （3-3）直流电流为 （3-4）由式(3-2)看出，最低次谐波分量的幅值为，角频率为电源频率的两倍，即2w。其他交流分量的角频率为4w、6w偶次谐波分量。这些谐波分量总称为纹波，它叠加于直流分量上。常用纹波系数Kr来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小，即 （3-5）(3)整流元件参数的计算在桥式整流电路中，二极管是两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为 (3-7)一般电网电压波动范围为10%.实际上选用的二极管的最大整流电流IDM和最高反向电压VRM应留有大于10%的余量。桥式整流电路的特点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低
32、，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。因此这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。4.5 滤波电路滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或在整流电路输出端与负载间串联电感器L，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。常用的结构如图3-7所示。（a）C形滤波电路（b）倒L形滤波电路(c)形滤波电路图3-7 滤波电路的基本形式由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容器C在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把电场能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容C具
33、有平波的作用；与负载串联的电感L，当电源供给的电流增加（由电源电压增加引起）时，它把能量储存起来，而当电流减小时，又把磁场能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感L也有平波作用。滤波电路的形式很多，为了掌握它的分析规律，把它分为电容输入式和电感输入式。前一种滤波电路多用于小功率电源中，而后一种滤波电路多用于较大功率电源中（而且当电流很大时仅用一电感器与负载串联）。本设计重点分析小功率整流电源中应用较多的电容滤波电路，然后再简要介绍其他形式的滤波电路。(1)电容滤波电路图3-8所示为单相桥式整流、电容滤波电路。在分析电容滤波时，要特别注意电容器两端电压vc对整流元件导电的影响，整流元件只有受正向
34、电压作用时才导通，否则便截止。图3-8 电容滤波电路总之，电容滤波电路简单，负载直流电压VL较高，纹波也较小，它的缺点是输出特性较差，故适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。滤波后的波形如图3-9所示。由图可看出波动大小由RC决定，RC越大波动越小，RC越小波动越大。 图3-9 滤波后仿真波形图4.6 稳压电路(1)稳压电源的质量指标稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数、电压调整率、输出电阻、温度系数及纹波电压等。这些质量指标的含义，可简述如下10：由于输出直流电
35、压的Vo随输入直流电压Vi、输出电流Io和环境温度T的变动而变动，即输出电压Vo=f(Vi,IO,T),因而输出电压变化量的一般式可表示为 (3-13)式中的三个系数分别定义如下：1)输入调整函数 (3-14)KV反映了输入电压波动对输出电压的影响，实用上常用输入电压变化时引起输出电压的相对变化来表示，称为电压调整率。2)输出电阻RO反映负载电流IO变化对VO的影响。有时也用电流调整率来表示。3)温度系数温度系数愈小，输出电压愈稳定，它们的具体数值与电路形式和电路参数有关。4)纹波抑制比纹波电压是指稳压电路输出端交流分量的有效值，它表示输出电压的微小波动。常用纹波抑制比RR表示： (3-15)
36、式中VIP-P和VOP-P分别表示输入纹波电压峰-峰值和输出纹波电压的峰-峰值。(2)串联反馈式稳压电路1)电路组成和稳压原理图3-10是串联反馈式稳压电路的一般结构图，图中V1是整流滤波电路的输出电压，Q1为调整管，A为比较放大电路，VREF为基准电压，它由稳压管D1与限流电阻R串联所构成的简单稳压电路获得，R2、R3和R5组成反馈网络，是用来反映输出电压表华的取样环节。图3-10 串联反馈式稳压电路结构图这种稳压电路的主回路是起调整作用的BJT与负载串联，故称为串联式稳压电路。输出电压的变化量由反馈网络取样经比较放大电路放大后去控制调整管T的CE极间电压降，从而达到稳定输出电压的目的。从反
37、馈放大电路的角度来看，这种电路属于电压串联反馈电路调整管T连接成电压跟随器。调整管T的调整作用时依靠VF和VREF之间的偏差来实现的，必须有偏差才能调整。所以V0不可能达到绝对稳定，只能是基本稳定。所以图3.10所示系统是一个闭环有差自动调整系统。2)输出电压及调节范围基准电压VREF、调整管T和A组成同相放大电路，输出电压 (3-16)输出电压V0与基准电压VREF近似成正比，反馈系数FV成正比。当VREF及FV一定时，V0也就确定了，因此它是设计稳压电路的基本关系式。输出电压的调节范围：R3动端在最上端时，输出电压最小 (3-17)R3动端在最下端时，输出电压最大 (3-18)(3)三端集
38、成稳压器目前，电子设备中常使用输出电压固定的集成稳压器。由于它只有输入、输出和公共引出端，故称之为三端稳压器。其由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路和调整电路组成。如果在外围添加可变电阻则可改变其稳压值。其电路图3-11 电压可调三端集成稳压器图3-12 稳压后仿真波形图4.7 电源总体设计将前述四种电路连接起来便得到直流稳压电源，其输出电压可由稳压电路调节。根据本设计要求将输出电压设计为5V。得到如图3-13所示电路图，其输出波形图如3-14所示。在上述4种电路连接好的情况下还应该在交流市电端加保险丝，以确保不会因为短路对电路造成的危害。图3-13 5V直流稳压电源电路图图3-14 5
39、V直流稳压电源总输出波形4.7.1 时间控制的设计 555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，其应用极为广泛。它不仅用于信号的产生和交换，还常用于控制与监测电路中。定时器有双极型和CMOS两种类型产品，它们的结构及工作原理基本相同，没有本质区别。一般说来，双极型定时器的驱动能力强，电源电压范围为516V，最大负载电流可达200mA.而CMOS定时器的电源电压范围为318V，最大负载电流在4mA以下，它具有功耗低、输入阻抗高等特点。4.7.2 555定时器(1)电路结构555定时器的内部电路由分压器、电压比较器C1和C2、简单SR锁存器、放电三极管T以及缓冲器G组成，其内部结构图如图
40、3-15所示。图3-15 555定时器的电路结构三个5K的电阻串联组成分压器，为比较器C1、C5提供参考电压。当控制电压端（5）悬空时，比较器C1和C5的基准电压分别为2/3Vcc和1/3Vcc。V11是比较器C1的信号输入端，称为阈值输入端；V12是比较器C2的信号输入端，称为触发输入端。如果控制电压端（5）外接电压VIC，则比较器C1、C2的基准电压就变为VIC和VIC/2。比较器C1和C2的输出控制SR锁存器和放电三极管T的状态。放电三极管T为外接电路提供放电通路，在使用定时器时，该三接管集电极（7）一般都要外接上拉电阻。RD为直接复位输入端，当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出端VO即为低电平。当V112VCC/3,V12VCC/3时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，简单SR锁存器Q端置0，放电三极管T导通，输出端VO为低电平。当V112VCC/3,V12VCC/3时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，简单SR锁存器Q端置1，放电三极管T截止，输出端VO为高电平。当V11VCC/3时，简单SR锁存器R=1,S=1，锁存器状态不变，电路保持原状态不变9。(2)电路功能综上所述分析，可得555定时器功能表，如表3-1所示。(3)用555定时器组成的单稳态触发器用555
