数字电位器的可变电压电源设计.doc

1、II本科生毕业论文(设计)数字电位器的可变电压电源设计院系名称姓名学号专业指导教师 年04月20日- 18 -数字电位器的可变电压电源设计摘 要随着电子技术的不断发展，电子产品种类越来越齐全，电子设备的应用也越来越广泛，并且时刻与人们生活息息相关，任何电子设备都离不开可靠的稳定的电源，这些设备对电源的要求也越来越高，电子设备的小型化和低成本化是电源以轻、薄、小和高效率为发展方向的动力。本文介绍了一种利用晶体管组成的滞留稳压电源，这种电源能够给电子设备提供稳定的电源，通过数字电位器调节使输出电压在3-15V，且在输出电压为15V时输出电流为500mA,由于串联型直流稳压电源可以输出大的电流和高的

2、电压，又采用负反馈电路，能够克服由于负载变动而产生输出电压的变化，从而能够经常保持一定值的输出电压。测试结果表明，所设计的可变电压电源在输出端可以输出3-9V的电压，并且是稳定的，各点的参数也符合要求，能够为电子设备提供稳定可靠的直流电压。 【关键词】可变电压，数字电位器，晶体管Digital potentiometer variable voltage of power supply designAbstractWith the continuous development of electronic technology, electronic products is more and m

3、ore complete. the application of electronic equipment is becoming more and more widely, and is closely related to peoples life .Any electronic equipment is inseparable from the reliable and stable power supply, these devices become more and more high to the requirement of power supply, the miniaturi

4、zation of electronic devices and low cost is the power to light thin small and high efficiency for development direction of power. this article describes a use of transistor stranded regulated power supply, this power supply can provide stable power for electronic devices, through digital potentiome

5、ter to adjust the output voltage in 3-15v,and the output voltage of 15v output current is 500 ma. Because of the large series dc regulated power supply can output current and high voltage. and the negative feedback circuit can overcome due to the changes of load changes and produce the output voltag

6、e, which can often keep a certain value of output voltage .test results show that the designed variable voltage power on the output side can output 3-9v voltage .and stable the parameters of each point also meets the requirements. able to provide stable and reliable electronic equipment of dc voltag

7、e.【Key Words】：Variable voltage ，the transistor ，Digital potentiometer目 录1 引言11.1 选题的目的及意义11.2 研究背景11.3 可变电压电源研究的现状12 数字电位器的特点及其工作原理32.1 数字电位器32.2数字电位器的特点42.3 数字电位器的工作原理53 数字电位器的应用技术及直流电压73.1 减小额定阻值误差和温度系数的影响73.2 通频带的选择83.3 大电流线性分压器83.4 输出正、负电压的分压器93.5控制信号波形畸变94 数字电位器可变电源电压设计104.1稳压电源的组成104.2电源的结构104

8、.2.1选择输出晶体管114.2.2 误差放大器的设计114.2.3稳压工作用的电容器124.3电容滤波电路134.4测试方法13结束语15参考文献16致谢17附录181 引 言1.1 选题的目的及意义 在这二十一世纪信息高速发展的时代，基于市场对设备集成化，微型化的要求，越来越需要用数字电位器代替机械电位器，以提高系统的可靠性和可控性。数字电位器是采用CMOS工艺制成的数模混合信号处理集成电路也称数控可编程电阻器 采用是数控方式调节电阻值大小多用多晶硅或薄膜电阻材料，从而有使用灵活调节精度高无触点低噪声等特点，同时又有体积小节省印制板空间、易于安装、不易污损、抗振动、抗干扰、寿不易受环境温度

9、影响等优点，基于上述内容数字电位器已被广泛用于通信设备，工业控制，家用电器数码产品等各领域。而电子设备的飞速发展又越来越需要更可靠的稳定的可变电压电源，因此设计一种数字电位器的可变电压电源已成为一种普遍的发展势。1.2 研究背景 在这个21世纪信息时代，电子设备产品更新换代快，应用的领域也越来越广泛，人们的生活越来越离不开电子产品，任何电子产品都需要稳定的电源，这些设备对电源的要求也越来越高，电子设备的小型化和低成本化是电源以轻、薄、小和高效率为发展方向的动力而数字电位器据有灵活调节精度，使用简单方便灵活等优点广泛应用各领域，所以越来越需要研究一种基于数字电位器的可变电压电源，这种电源能够为电

10、子设备提供稳定的电压，并且能够灵活方便的调节输出电压，本文研究的这种电压电源是利用晶体管组成的滞留稳压电源，通过数字电位器调节使输出电压在3-15V，且在输出电压为15V时输出电流为500mA。晶体管电路是根据调整管与负载的连接方式分为串联型和并联型。所谓串联型就是调整管与负载串联，这种电路应用较多。由于用晶体管作为调整管，晶体管串联稳压电路能在较大的工作电流下工作，可以克服稳压二极管电路的输出电流受稳压二极管电流限制的缺点。可见设计一种数字电位器的可变电压电源是很有意义和发展前景的。1.3 可变电压电源研究的现状目前国内的可变电压电源经过许多年的研究，已经形成了比较成熟的可靠性评估模型、不同

11、方法以及各种技术指标体系，但大部分产品还有很多缺点，比如可调范围小，操作复杂，损耗大，制造成本高等等。目前直流稳压电源行业市场竞争也比较激烈，其主体企业包括企业的产品、业务状况、财务状况、竞争策略、市场份额、竞争力分析等，但各行各业都急需这种可变的电压电源，可见它的生命周期还是十分长久的。综上所述，当今背景下，研究一种基于数字电位器的可变电压电源是十分有必要的，它能够给电子设备提供稳定的电压，能在多领域发挥巨大的作用，并且其性能好，操作简单方便，易于掌握，发展前景广阔。2 数字电位器的特点及其工作原理2.1 数字电位器数字电位器是一种颇具发展前景的新型电子器件，在许多领域可取代传统的机械 电位

12、器，其优点为调节精度高无噪声工作寿命极长无机械磨损数据可读写，具有配置寄存器及数据寄存器多电平量存储功能。它广泛应用于仪器仪表计算机及通信设备家用电器医疗保健产品工业控制等领域 任何需要用电阻来进行参数调整和控制的场合都可使用数字电位器构成可编程模拟电路但是在实际使用中应特别注意数字电位器的电阻调整误差由于不同应用场合时的误差影响因素有所不同，因此在实际应用时最好利用A/D转换路对其进行精确测量并采用单片机对其补偿。图（2.1）数字电位器等效电路图。数字电位器一般由角度传感器电路、数据处理电路、信号转换电路组成。角度传感器电路是数字电位器的重要组成部分，它将角度变化量采集转换成随角度变化的模拟

13、信号。数据处理电路是一种特殊的模/数转换电路，转换后的数字量代表0360的角度值。信号转换电路根据需要将角度值转换成模拟量（电压/电流）信号或串行数字信号输出。数字电位器数字控制部分包括加减计数器 译码电路保存与恢复控制电路和非易失性存储器等4个电路模块将个阻值相同或不同电阻串联在 端之间 每个电阻两端分别经过一个由CMOS管而构成模拟开关连在一起，作为数字电位器抽头在数字信号控制下每次只能有一个模拟开关闭合从而将串联电阻的一个节点连接到滑端亦即。当外部计数脉冲信号停止或片选信号无效后译码电路输出端只有一个有效故只选择一个MOS管。数字控制部分的存储器是一种断电非易失性存储器电路再次上电时数字

14、电位器中仍保存着原有控制数据其中间抽头到两端点之间的电阻值仍是上一次的调整结果。 图2.1 数字电位器等效电路 图2.2 数字电位器内部电路原理数字电位器优点及通过简单电路实现其应用这使得它能与数字电路及其他单片机简易结合在一起，导致数字电位器应用领域越来越来广泛进而取代机械电位器。由于每片数字电位器芯片内部的布局技术架构，这导致其抽头数有限常见的单片芯片最多可达1024个抽头即相当于最高分辨率为10bit DAC10现在DAC位数和价格呈正比因此低成本架构从而提高数字电位器抽头数的电路设计更为经济实用。可以用单片较低分辨率数字电位器芯片通过多路选择器单片机的设计电路实现提高电阻值或分辨率 这

15、些设计都可以实现并验证低成本架构电路的实用性经济性的特点。2.2数字电位器的特点1数模混合信号产品是一种特殊形式数模转换器DAC，由数字控制电路存储器和RDAC电路组成其中RDA是数字电位器重要组成部分，由电阻数-模转换器电路构成。2 分辨率与内部RDAC位数，RDAC位数越多分辨率越高。3 自身有控制接口存储器和电阻系统同时内部有非易失性Nonvolatile 存储器EEPROM用户可对其进行读写操作并通过软件控制接口对其阻值进行编程4 利用数字电位器可实现模拟电路中对电阻电压或电流的数字控制及调整5 允许将几个数字电位器进行串并联或混联6 受制作工艺影响总电阻一致性较差一般有15%30%偏差7 低电压低功耗超小型化工作温度范围宽2.3 数字电位器的工作原理数字电位器一般由RDAC(Resistanee Dlgialto Analogy onverter),电路和数字输入控制电路两部分组成。RDAC电路是数字电位器的重要组成部分,这是因为数字电位器是一类特殊的模数转换器DAC，只是它的模拟量输出不是电压或电流，而是电阻，所以称之为RDAC。 图2.3 RDAC电路在相同标称值的条件下,抽头越多,分辨率也越高。AD84oZ/AD84o3的电阻阵列为