自动化学院电子基础课程设计任务书电子科学与技术系050831 班学生：陈淑萍课题名称：输出可调到0V的基准电压源课题要求：一、具有以下功能：1、输出电压：0-8V连续可调2、输出电流（8V时）：0-40Ma二、完成原理图、PCB图设计三、完成安装及调试。

四、写出设计报告。

课题内容：第一周：查找相关资料；方案设计。

第二周：设计原理图、PCB图。

第三周：完成安装及调试。

撰写报告主要参考资料：[1].王庆主编. Protel99SE & DXP 电路设计教程. 电子工业出版, 2006.6[2].康华光等. 电子技术基础（模拟部分第四版）.高等教育出版社, 1999.6[3].康华光等. 电子技术基础（数字部分第四版）.高等教育出版社, 1999.6系负责人：王庆指导教师：肖慧荣时间：2008年1月12日输出可调到0V的基准电压源学生姓名：陈淑萍班级：050831摘要：基准电压源是一种用来作为电压标准的高稳定度电压源。

目前，它已被广泛用于数字仪表、智能仪表和测试系统中，是一种颇有发展的新型特种电源集成电路。

它的主要特点是电压稳定度高，不受环境温度变化的影响，能通过外部元件作精细调整，获得高准确度的基准电压值。

可采用齐纳稳压管来获取基准电压。

当稳压管被反向击穿时，其稳定电压基本保持恒定。

其主要优点是成本低廉，缺点是稳定性差、高温度漂移、功耗及噪声较高、输出阻抗较高。

此设计应用稳压管及集成运放、三极管来组成稳压电源，可用电位器来实现其可调，电路主要功能是能输出由0V到8V连续可调的电压。

关键字：可调 0V 基准电压源（次页与下一页对调）自动化学院电子基础课程设计评分标准平时表现评分：（20%）优秀：（90-100）遵守纪律，尊敬老师，爱护设备，工作量饱满，动手能力强，无缺勤,很好按课题进度进行。

良好：（80-89）遵守纪律，爱护设备，工作量饱满，动手能力较强，考勤情况良好，较好按课题进度进行。

中等：（70-79）遵守纪律，爱护设备一般，工作量一般，动手能力一般，偶尔缺勤，基本按课题进度进行。

及格：（60-69）遵守纪律一般，人为因素损坏设备，工作量一般，动手能力差，偶尔缺勤，能按课题进度进行。

不及格：（59以下）不遵守纪律，人为因素损坏设备，有技术安全事故，工作量不饱满，动手能力很差，经常迟到，早退，缺勤。

课题完成情况评分：（50%）优秀：（90-100）全部完成任务书要求，完成质量优良、结果正确，所完成的设计有一定的独立见解。

良好：（80-89）全部完成任务书要求，完成情况良好，所完成的设计正确，解决了一些实际问题，结果正确。

中等：（70-79）基本完成任务书要求，完成质量尚好，所完成的设计基本正确，但存在一些不足。

及格：（60-69）基本完成任务书要求，完成质量尚好，所完成的设计基本正确，但有小错误。

不及格：（59以下）未完成任务书要求，所作的设计有严重错误，基本概念不清。

电子基础课程设计报告质量评分（30%）1、文献资料收集、整理、分析；对课题研究意义的阐述；文字精练、流畅、绘图整洁、符合标准规范、字体工整；2、基本概念、基本理论及专业知识掌握扎实，运用灵活；设计思路、设计内容、计算方法及结果、计算机运用正确无误；3、试验数据的获取（软件调试方法及过程）试验过程（调试过程）的正确性；4、电子基础课程设计的结论，存在的问题，研究结果的创新性；目录1 前言 (5)2 设计方案2.1 方案一 (6)2.2 方案二2.2.1设计思路 (7)2.2.2系统框图 (11)2.2.3原理图及工作原理 (11)2.3 方案比较 (14)2.4 PCB板设计2.4.1PCB板图 (15)2.4.2元器件清单 (16)3 电路安装调试3.1 仪器仪表及安装 (17)3.2 测量参数 (17)4 结论 (17)5 参考文献 (18)6 致谢 (19)1 前言可调基准电压源与传统的电源相比，具有电路新颖，功能奇特，性能先进，种类繁多，应用领域及其广泛的特点。

目前我国已成为世界上生产电源及电源模块的大国，国内外生产的基准电压源多达上千种，而的应用领域非常广泛，几乎所有的数字仪表都用到基准电压源，它们可以是独立的、也可集成在芯片种。

它根据电压温度系数的大小，大致可分成三类：精密型基准电压源、准精密型基准电压源、普通型基准电压源。

传统电源成本高、结构复杂、可靠性低、输出没有变压，在使用过程中不方便，设想是否可设计一种输出可调且电压稳定度高，不受环境温度变化的影响的电源。

稳压管的静态工作电流较大，适合对功耗要求不高的应用场合，外部需要接限流电阻，只能流入灌电流及滞后电压大，其存在主要问题是长期稳定性差。

随着科技的发展，带隙基准电压源渐渐发展起来，它可以解决传统的基准电压源的缺点，并实现其可调、稳定等要求。

但带隙基准电压源也存在一些缺点及问题，其电源电压范围较窄且部分器件不能吸入电流，它适合低功耗应用场合。

针对稳压管与带隙基准电压源的优缺点，在未来基准电压的发展道路上，应将其的优点结合，并避免其所产生的缺点，目前基准电压源在其稳定性能差、电源电压范围较窄及精度低等问题上还需进一步研究，来解决此问题。

在实际应用中可用此基准电压源来给MP3、手机等数码产品做充电器，电压较稳定，而且可当作为万能充电器，根据其所需要的电压来调节基准电压源的输出电压来给各产品充电，相比于市场中的普通万能充电器来说，其稳定性好，对手机、MP3等数码产品电池损伤小，且普通万能充电器构造简单，工艺很粗糙，没有一定的规格，基准电压源可根据其需要来达到其要求，使其对产品的损害减小。

根据人们的需要及对技术的要求越来越高，我们可通过创新来使基准电压源实现更多的功能，且基准电压源的成本低，为社会减少不必要的浪费，也符合国家节能要求。

因此，在传统的基准电压电源基础上我们应勇于创新，创造出功能更多，精度较高的电源。

2 设计方案2.1 方案一芯片LM317是集成的稳压芯片，用于正电压调压器，其额定电压的选择只需要一个电阻性的分压器，其主要性能如下：输出电压范围：1.2到37V输出电流可超过1.5A0.1％的输入和负载调节率用于高电压的浮动运行图【1】系统框图稳压管要求其稳压电压为1.25V，则可得输出从0V调起，但由于市场上没找到稳压电压为 1.25V的稳压管，而采用了稳压电压为 2.2V，通过计算得R1=1.0KΩ，R2=10KΩ,R3=22Ω，且稳压管型号为02BZ2.2,可得其输出电压近似为0V，大约为1mV，而最大电压也达到12V。

由以上系统框图及计算设计电路原理图，其整体电路图如下图【2】所示：图【2】方案一原理图用EWB仿真测其输出电压最小只调到了830uV, 而最大达到11.92V，由于买不到所需型号的稳压管，且最小及最大电压没有达到所要求的值即未达到0V~8V连续可调，所以放弃此方案。

2.2方案二2.2.1设计思路根据基准电压源的特点及其原理，可用稳压管来获得基准电压，而用集成运放、电位器、电阻、三极管来构成基准电压源。

当稳压管被反向击穿时，其稳定电压（即击穿电压）基本保持不变。

它在工作时需要串联一只限流电阻。

其主要优点是成本低廉，缺点是稳定性差、高温度漂移、功耗及噪声较高、输出阻抗较高。

但其稳压范围很宽，输出功率很大。

此设计选用三个稳压管，其型号分别为两个2CW61,一个2CW107。

2CW61的稳压电压为12.5~14V，工作电流为16mA，2CW107的稳压电压为8.5-9.5V，工作电流为5Ma.集成运放采用的是芯片F007。

F007属第二代集成运放，采用了有源集电极负载、电压放大倍数高、输入电阻高、共模电压范围大、校正简便、输出有过流保护、不需要外部频率补偿、无阻塞和振荡现象、输入由过压保护等。

它是仿国外μＡ７４１型全补偿通用运放，不需外接补偿，广泛用于模拟运算，电压比较器、程序控制、信号的放大处理交换等电子电路中。

它由偏置电路、输入级、输出级和中间级构成。

其内部框图如图【3】所示：（此图中各信号线都应加箭头）图【3】F007内部框图偏置电路的作用是向各级放大电路提供合适的偏置电流，决定各级的静态工作点。

输入级对集成运放的多项技术指标起着决定性的作用。

它的电路形式几乎都采用各种各样的差动放大电路，以发挥集成电路制造工艺上的优势。

中间级电路的主要任务是提供足够大的电压放大倍数，并向输出级提供较大的推动电流，有时还要完成双端输出变单端输出，电位移动等功能。

输出级的作用是向负载输出足够大的电流，要求它的输出电阻要小，并应有过载保护措施。

输出级大都采用互补对称输出级，两管轮流工作，且每个管于导电时均使电路工作在射极输出状态，故带负载能力较强。

其内部原理电路图如下图【4】所示：图【4】F007内部原理电路其引脚图如下图【5】所示：图【5】F007引脚图其基本接线图如下图【6】所示：图【6】F007基本接线图F007的电参数如下表（1）所示：表（1） F007电参数但由于市场上没买到F007而使用LM741代替。

LM741的管脚图如图【7】的(a)所示，其特点是电压适应范围较宽，可在±5～±18V 范围内选用；具有很高的输入共模、差模电压，电压范围分别为±15V和±30V；内含频率补偿和过载、短路保护电路；可通过外接电位器进行调零，如图【7】的(b)所示。

图【7】管脚图及调零电路图LM741的功能与F007基本相同2.2.2 系统框图稳压管来获得基准电压，用滑动变阻器来实现其可调，其系统框图如下图【8】所示：（此箭头应反向）图【8】方案二系统框图直流电源接电阻（其保护作用）将电压输入集成放大器，并接稳压管，使稳压管产生反向击穿电压而获得基准电压送入运算放大器中，并在输入端接入一个反馈电阻，反馈电阻另一端接滑动变阻器滑头，来改变电位器阻值，而三极管将运放的输出电压放大。

电路根据滑动变阻器阻值的不同而得到不同电压值，使其输出可调。

2.2.3原理图及工作原理设计各单元电路如下 输入电路：输入电路由输入保护电路和输入基准电压电路组成 输入保护电流由稳压管D1和D2及一个限流电阻组成根据D1、D2型号求得限流电阻1R ，取稳压管稳压电压为13V ，工作电流为16Ma,直流电源输 入放 大输 出基准电压可调反 馈则311110161315-⨯-=-=Z Z CC I V U R Ω130=Ω输入基准电压电路由稳压管D3及电阻和滑动变阻器组成k I V U R Z Z CC 1.11052.9153332=⨯-=-=-Ω 所以得其单元电路如图【9】和图【10】图【9】输入保护电路 图【10】输入基准电压电路 放大及反馈电路：此电路由集成运算放大器LM741及三极管组成，三极管起稳定作用 而运算放大器的-+=U U 1I I =+ 3R R R K pf F +=，运放与三极管的工作电压为V 5.13±，根据以上公式求得当0=p R 时，要求0=F K ，则说明f R 应远小于3R ，取3R k 10=Ω；当2'Rpp R =即滑动变阻器的中间值时，要求其输出最大，达到V 8;通过计算的k R f 3.1=Ω，R p 'k 33=Ω)(||34p f R R R R +=k 5.1=Ω根据参数计算的其放大反馈电路如图【11】所示：图【11】放大及反馈电路根据各单元格的设计及系统框图设计其原理图。