低频功率放大器电源电路的设计.doc

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1、低频功率放大器电源及有效值转换电路的设计与实现摘 要本论文介绍制作具有小信号放大能力的低频功率放大器的基本原理、内容、技术路线。整个电路主要有稳压电源、前置放大器、功率放大器、功率测量及显示电路共4个部分构成，电路结构简单，所选器件价格便宜，并给出了测试结果。实验结果表明该功率放大器在带宽、失真度、效率等方面具有较好的指标、较高的实用性，为功率放大器的设计提供广阔的思路。本次主要设计是低频功率放大器的电源电路部分和功率测量的硬件电路部分也就是有效值转换电路。电源电路是多路输出的，它的原理在社会上生产、生活上的运用都十分的广泛；功率测量电路是对交流信号幅度基本的量度，这两者在低频功率放大器中都占

2、有相当的比列。本论文是针对低频功率放大器的电源电路以及有效值转换电路来设计的，下面将思路与设计过程予以深刻详细的介绍。电源电路通过多路输出为整个低频功率放大器提供+5V、-5V、+12V、-12V等的电源信号，有效值转换电路是为测量低频功率放大器信号的幅度电路模块。在这次设计中我们主要运用了输入220V变压交流15V的变压器以及各种芯片如有：1N4007*4、7805 、7915 7905、1117-3.3、AD637还有开关 SW-SPST电阻、 电容等元器件。关键词：功率放大器 失真度 带宽 PROTEL99 SE AD637目 录摘 要1引 言4第一章 概述51.1 设计目的51.2 设

3、计步骤5第二章电源及功率测量硬件电路设计原理及主要元件介绍72.1 电源电路及有效值转换电路设计原理72.2 电阻器72.3 电容器82.4 二极管92.5 7805102.5.1三端稳压IC 7805102.5.2 7805的封装12图2-1 7805封装及引脚图122.5.3 工作特性1313图2-2 7805的工作特性132.6 111713图2-3 1117的封装132.7 7915142.8 AD6371516图2-8 AD637的引脚图16第三章电源电路及及功率测量硬件有效值电路的设计与实现173.1 电源173.1.1 稳压电源173.1.2 线性稳压电源183.1.3 整流电路

4、193.1.4 滤波电路213.1.5 电容滤波电路213.1.6 78xx和79xx电路223.2 真有效值电路23第四章 设计实现274.1 画原理图的步骤274.2 PCB板的布局原则274.3 布线规则284.4 PCB板的制作28第五章 元器件的安装与调试295.1焊接的基本知识2952 元器件的选用及安装2953 电路板的调试305. 4 装配说明31第六章结论32参考文献33袁开军342009年11月34附录35附录1：原理图35电源电路原理图35附录2：PCB图36有效值转换电路PCB附录3：元件清单36附录3：元件清单37引 言伴随着电力电子技术的不断发展，变频调速技术在工业

5、传动领域的应用也越来越广泛，其中尤以交-直-交变频调速应用最为普遍。本论文主要针对电源电路与有效值电路的设计思路与制作过程予以详细的介绍。电源电路是通过220V交流电源变压器变压为交流15V再通过整流转化为直流电源，再通过7812、7912、7905、7805转化成低频功率放大器可用的电源信号。本电源电路主要提供了+15V、-15V、+12V、-12V以及+5V、-5V等电源信号。功率测量，负载网络和取样电阻上采集的是的交流电压信号，如果直接送单片机A/D进行处理，会增大系统误差。为把系统误差控制在题目要求的范围内，我们在每一个信号的输入和输出级都进行有效的处理。为此，为测量交流电平电压有效值

6、的测量，采用RMS-DC变换器集成芯片AD637。AD637是AD公司RMS-DC产品中精度最高、带宽最宽的，对于1VRMS的信号，它的3dB带宽为8MHz,并且可以对输入信号的电平以dB形式指示，另外，AD637还具有电源自动关断功能，使得静态电流众3mA降至45A。可以测出任意波形交变信号的有效值，实验数据表明，在电源为正负5V供电情况下，当输入信号的频率不大于2MHz时，其输入信号的电压有效值在0.7V4V范围内能保证测量误差 。因此，我们在每个量程归一化的最大输出电压应设定为4V（有效值）。本毕业设计通过电路的设计与调试以及测试的结果得出电源电路模块能有效的为低频功率放大电路提供所需要

7、的电源信号，有效值转换电路能很好的测量电路中信号的幅度，虽然最后低频功率放大器放大的信号不是那么理想，但是也证明了我们设计的正确性。论文共分五章，第一章对本次毕业设计的任务和要求做了详细的说明；第二章对文中所用到的元器件的特性、参数作了说明；第三章是对低频功率放大器电源及有效值转换电路的设计步骤的介绍；第四章为本次设计的关键-具体说明了运用Protel 99 SE画原理图和制作PCB板；第五章是对本次设计成品的安装与调试。第一章 概述1.1 设计目的1、 分析电源电路及有效值转换电路的组成、工作原理，并绘制完整的电路原理框图。2、 通过对电源及有效值电路的安装、焊接及调试，掌握电源及有效值电路

8、的生产工艺流程，提高焊接工艺水平。3、 掌握电子元器件的识别及质量检验，学会故障判断及排除。 4、 初步掌握对电路分析和设计的基本方法。 5、 培养一定自学能力和独立分析实际问题、解决实际问题的能力。 6、 掌握用Protel 99 SE软件的使用和电子产品安装、调试等基本技能，巩固常用仪器的正确使用方法。 7、 通过严格的科学训练和工程设计实践，树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并培养学生具有一定的生产观点、经济观点、全面观点及团结协作的精神。1.2 设计步骤 1、 画出电路方框图 。 2、 用Protel 99 SE 软件完成电路原理图和设计 PCB 板 。3、 制作电路板并安装

9、原件和调试电路。4、 按材料清单清点全套零件，并负责保管。5、 用万用表检测元器件，电阻可以用万用表测量，也可以读出来。6、 对元器件引线或引脚进行镀锡处理。注意：镀锡层未氧化（可焊性好）时可以不再处理。7、 检查印制板的铜箔线条是否完好，有无断线及短路，特别要注意板的边缘是否完好。8、 焊接元器件，焊接是安装电路的基础，我们必须重视他的技巧和注意事项。焊锡之前应该先插上电烙铁的插头，给电烙铁加热。焊接时，焊锡与电路板、电烙铁与电路板的夹角最好成45度，这样焊锡与电烙铁夹角成90度。焊接时，焊锡与电烙铁接触时间不要太长，以免焊锡过多或是造成漏锡。也不要过短，以免造成虚焊。元件的腿尽量要直，而且

10、不要伸出太长，以1毫米为好，多余的可以剪掉。焊完时，焊锡最好呈圆滑的圆锥状，而且还要有金属光泽。第二章 电源及功率测量硬件电路设计原理及主要元件介绍在电源电路部分我们运用到输入220V变压交流15V的变压器以及各种芯片如有：1N4007*4、7805 、7815、7915、 7905、1117-3.3还有开关 SW-SPST电阻、 电容等元器件。在功率测量电路中我们主要用到了芯片AD637还有运放以及瓷片电容、电阻R、电解电容、电位器等。2.1 电源电路及功率测量硬件电路的设计原理因为正弦波幅的值为18 V，从提高效率的角度考虑，功放级电源电压越接近17 V越好，但考虑到管压降等因素，选用一个

11、双18 V的变压器，经整流滤波后可得到20 V左右的电压，电源效率要大于55，则要求电源功率为：P15055=28 W。考虑到其它部分的消耗，并留有一定的裕量，选择双18 V/40W输出的变压器。为提高效率，功放级的电源直接由整流滤波电路提供，减小了电源在稳压片处的能量损失。电源经4 700uF电解电容储存电能，0.1uF电容稳压耦合，调整电压的峰值，保证输出电压直流性能好。为前置级和转换电路提供电源的稳压片采用可调的稳压片，保证电路正负两边电路电源电压值的对称，减小失真。为多电路提供不同电压，后级电源电路主要采用双边多级三端稳压管串联构成，串联电路是由前端稳压管输出提供能量，有效的利用，降低

12、并联所产生超负荷现象。有效值转换电路的硬件电路功率测量电路在电路中运用AD637精确的测量交流电平电压的有效值，采用AD637芯片大大减小了负载网络和取样电阻上采集的交流电压信号误差，这使得我们在测量交流电平电压的精度达到我们设计的需求。2.2 电阻器1、 电阻器的主要参数为了满足使用者的要求，工厂生产了各种不同阻值的电阻器，即便如此，也无法做到你要什么样阻值的电阻器就会有什么样电阻器的成品。为了便于生产和满足使用者的需要，国家规定了一系列阻值作为产品的标准，这一系列阻值就叫做电阻的标称阻值。 在实际生产中，加工出来的电阻器的阻值无法做到和标称阻值完全一样，即阻值具有一定分散性。为了便于生产的

13、管理和使用，又规定了电阻器的精度等级，确定了电阻器在不同等级下的允许偏差。 允许偏差可从下式求得：=R-RR/RR100% 式中允许偏差； R电阻器的实际阻值； RR电阻器的标称阴值。 电阻器的阻值范围很宽，一般通用电器的阻值可从1010M。按规定，电阻器的标称阻值应符合阻值系列所列数值。 2、 电阻器的作用电阻器的电阻值接近零欧姆（例如，两个点之间的大截面导线），则该电阻器对电流没有阻碍作用，串接这种的回路被短路，电流无限大。如果一个具有无限大的或很大的电阻，则串接该的回路可看作开路，电流为零。工业中常用的介于两种极端情况之间，它具有一定的电阻，可通过一定的电流，但电流不像短路时那样大。的限

14、流作用类似于接在两根大直径管子之间的小直径管子限制水流量的作用。 2.3 电容器电容器在电路中的作用在直流电路中，电容器是相当于断路的。这得从电容的结构上说起。最简单的电容是由两端的极板和中间的绝缘电介质构成的。通电后，极板带电，形成电压（电势差），但是中间由于是绝缘的物质，所以是不导电的。不过，这样的情况是在没有超过电容器的临界电压（击穿电压）的前提条件下的。我们知道，任何物质都是相对绝缘的，当物质两端的电压加大到一定程度后，物质是都可以导电的，我们称这个电压叫击穿电压。电容也不例外，电容被击穿后，就不是绝缘体体了。不过在中学阶段，这样的电压在电路中是见不到的，所以都是在击穿电压以下工作的，

15、可以被当做绝缘体看。 但是，在交流电路中，因为电流的方向是随时间成一定的函数关系变化的。而电容器充放电的过程是有时间的，这个时候，在极板间形成变化的电场，而这个电场也是随时间变化的函数。实际上，电流是通过场的形式在电容器间通过的。在中学阶段，有句话，就叫通交流，阻直流，说的就是电容的这个性质。 电容器的基本功能充电和放电充电和放电是电容器的基本功能。充电使电容器带电（储存电荷和电能）的过程称为充电。这时电容器的两个极板总是一个极板带正电，另一个极板带等量的负电。把电容器的一个极板接电源（如电池组）的正极，另一个极板接电源的负极，两个极板就分别带上了等量的异种电荷。充电后电容器的两极板之间就有了

16、电场，充电过程把从电源获得的电能储存在电容器中。放电使充电后的电容器失去电荷（释放电荷和电能）的过程称为放电。例如，用一根导线把电容器的两极接通，两极上的电荷互相中和，电容器就会放出电荷和电能。放电后电容器的两极板之间的电场消失，电能转化为其它形式的能。在一般的电子电路中，常用电容器来实现旁路、耦合、滤波、振荡、相移以及波形变换等，这些作用都是其充电和放电功能的演变。 在最低环、境温度和额定环境温度下可连续加在电容器的最高直流电压有效值，一般直接标注在电容器外壳上，如果工作电压超过电容器的耐压，电容器击穿，造成不可修复的永久损坏。 电容在电场作用下，在单位时间内因发热所消耗的能量叫做损耗。各类

17、电容都规定了其在某频率范围内的损耗允许值，电容的损耗主要由介质损耗，电导损耗和电容所有金属部分的电阻所引起的。在直流电场的作用下，电容器的损耗以漏导损耗的形式存在，一般较小，在交变电场的作用下，电容的损耗不仅与漏导有关，而且与周期性的极化建立过程有关。 2.4 二极管二极管是由导电能力介于导体和绝缘体之间的半导体材料制成，由于掺入杂质的不同杂质半导体分为N型半导体（N-type semiconductor）和P型半导体（P-type semiconductor）。当采用特定工艺使半导体两边分别形成N型和P型半导体，交接面就构成PN结，PN结具有单向导电性，既给PN结加正向电压时PN结的电阻很低

18、，流过的电流大，当给PN结加反向电压时则PN呈现大电阻，流过的电流很小。给PN结加上管壳和引脚就构成二极管，因此二极管的主要特性就是单向导电性。按其作用和性能二极管可分为：整流二极管、稳压二极管、发光二极管和光敏二极管等。二极管的主要参数有：1、最大整流电流IF指管子长期工作时所允许的最大正向平均电流，由PN结的面积和散热条件决定。实际应用时流过二极管的平均电流不能超过该值。2、 最高反向工作电压URM指管子工作时允许加的最高反向电压，超过此值二极管就可能被击穿。通常给出的URM约为击穿电压UBR的一半。3 、反向电流IR指二极管未击穿时的反向漏电流。IR越小则管子的单向导电性能越好。4、 最

19、高工作频率主要由PN结结电容的大小确定。信号频率超过此值时，结电容的容抗变小，使二极管的等效阻抗变小，方向电流很大。二极管的单向导电性变坏因此选用二极管时应注意其工作频率。2.5 78052.5.1三端稳压IC 7805三端正向电压调节器: 3-TERMINAL 1A POSITIVE VOLTAGE REGULATORSFEATURES Output current up to 1A Output Voltages of 5V,6V,8V,9V,12V,15V,18V,24V No external components required Internal short circuit cur

20、rent limiting Internal thermal overload protection Output transistor safe-area compensation Output voltage offered in 3% & 5% tolerance 三端固定输出电压式稳压电源H78XXXX系列 运用其器件内部电路来实现过压保护、过流保护、过热保护 这使它的性能很稳定。能够实现1A以上的输出电流 器件具有良好的温度系数 本产品有多种电压输出值5V24V，因此产品的应用范围很广泛 可以运用本地调节来消除噪声影响，解决了与单点调节相关的分散问题 输出电压误差精度分为3%和5%封

21、装形式: TO-220AB 管脚排列: Vin-GND-Vout (Input-Grount-Output) 管脚排列: 输入端-接地端-输出端 中间管脚与散热片导通绝对最大额定值: ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS:输入电压: VI Input voltage: 3540 V 结合温度: Topr Operating junction temperature: 0+150 功 耗: Pd Power Dissipation(Ta=25): 2.7 W 功 耗: Pd Power Dissipation(Tc=25): 10 W 工作温度: Topr Operating tem

22、perature: -30+85 保存结温范围: Tstg Storage temperature: -55+150 结 温: Tj Junction Temperature: 150 热阻数据: Thermal Data: 结至环境热阻: Rth(j-c) Thermal Resistance Junction-Case: 12.5 /W 结至外壳热阻: Rth(j-a) Thermal Resistance Junction-Ambient: 60 /W H7805AE & H7805BE (对照其它工业型号 MC7805CT、L7805CV、LM7805CZ、UTC7805) ELECT

23、RICAL CHARACTERISTICS:(lo=500mA,Vl=10V,Ci=0.33F,Co=0.1F,Unless otherwise specified) 7805的电气特性: 如无特别说明,测试条件Tj=0125,Vl=10V,lo=500mA,Ci=0.33F,Co=0.1F 输出电压: Vo Output voltage(TJ=25, Iout=500mA): 4.85V5.00V5.15V (最小值-典型值-最大值) 输出电压: (5.0mA lout1.0A): 4.85V5.00V5.15V (最小值-典型值-最大值) 输出电压: (7V Vin25V, Pout15W

24、): 4.85V5.00V5.15V (最小值-典型值-最大值) H7805AE: 正向输出电压5V, 电压误差范围: 3% (其中A表示正负误差为3%), 即4.855.005.15 V H7805BE: 正向输出电压5V, 电压误差范围: 5% (其中B表示正负误差为5%), 即4.755.005.25 V 线性调整率: Vo Line Regulation(TJ=25,7VVin25V): 3.0050 mV (典型值最大值) 线性调整率: Vo Line Regulation(TJ=25,8VVin12V): 1.0025 mV (典型值最大值) 负载调整率: Vo Load Regu

25、lation(TJ=25,5mAIout1A): 9100 mV (典型值最大值) 负载调整率: Vo Load Regulation(TJ=25,250mAIout750A): 5 50 mV (典型值最大值) 静态电流: Ib Quiescent Current(TJ=25,Iout=25mA): 3.9 8 mA (典型值最大值) 静态电流改变: lb Quiescent Current Change(TJ=25,lout=500mA,7VVin25V): 1.3 mA (最大值) 静态电流改变: (TJ=25,5mAIout1A,Vin=10V): 0.5 mA (最大值) 输出噪声电

26、压: eN-Output Noise Voltage(Tj=25,B=10100KHz,Iout=50mA): 50 V/Vo (典型值) 纹波抑制RR-Ripple Rejection(Tj=25,f=120Hz,10VVin18V,Iout=50mA): 5773 dB (最小值典型值) 压 差: VD- Dropout voltage(TJ=25,lout=1A,): 2V 2.5 (典型值最大值) 输出电阻: Ro Output Resistance(f=1KHz): 17 m (典型值) 短路电流: lSC-Short Circuit Current(Tj =25): 2.3 2.8

27、A (典型值最大值) 温度系数: Vo/T-Output voltage Drift(0Tj125): 0.6 mV/ (最小值) 型号说明: 型号前缀“H”表示台湾华昕电子HSMC简写 型号中间字母“A表示电压的正负误差为3% 型号中间字母“B表示电压的正负误差为5% 型号后缀“E表示封装外形为 TO-220AB 包装规格：管装，50PCS/管；2000PCS/盒 2.5.2 7805的封装图2-1 7805封装及引脚图2.5.3 工作特性图2-2 7805的工作特性2.6 11171117的实物图和封装以及引脚图 图2-3 1117的封装图2-4 1117的引脚图图2-5 1117的实物图

28、2.7 79151、功能简介7915为三端负稳压器电路,TO-220F封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达1A。一般用78XX和一块79XX三端稳压器对称连接的双电源（正负对称电源）没有连续可调的功能，但是可以外接电阻实现输出电压值可各自单独调节。主要特点:过热保护短路保护输出晶体管SOA 保护输出电压有：79XX系列有5V、6V、8V、9V、10V、11V、12V、15V、18V、24V输出电流可达1A7915极限值（Ta=25）VI 输入电压(VO=-518V) 35V(VO=24V) 40VRJC 热阻（结到壳） 5/WRJA

29、 热阻（结到空气） 65/WTOPR 工作结温范围 0125TSTG 贮存温度范围 -65150引脚示意图 图2-7 7915引脚图2、 管脚图及封装图图2-8 7915的管脚及封装图注：除了上面列出的元器件外，还有 7905、开关、 印刷电路板、导线、螺丝等等元器件。2.8 AD6371、功能简介AD637的精度高，具有扩展的频率响应性能，-3dB带宽可高达8MHz。这款转换器（图下）利用一个反相低通滤波器级来提供缓冲电压输出，其求平均值时间常数与输入信号电平无关。 除了总体性能改进之外，AD637还具有两个独特的特性：第一个特性是提供分母输入，使该器件可用作平方器、均方器或平方根求和器（向

30、量求和），同时还有助于低频( 10Hz)测量；第二个特性是提供片选功能，使用户可以在不使用真有效值转换器时（例如调到直流量程的便携式仪表），将其转入省电状态，以降低功耗。芯片选择一般是“使能”，必须将TTL输入电平拉低至0.8 V以下才能使真有效值转换器进入待机状态，此时其功耗只有原来的1/7。对于不需要片选功能的正常工作模式，此引脚应悬空。当片选电平为低时，输出（引脚9）进入高阻状态。这种模拟“三态”工作方式允许将数个AD637的输出并联起来，并通过将片选拉至高电平来选择所需的通道，由此便构成了一个有源多路复用器。AD637同其前款产品一样，利用绝对值电路对输入信号电压进行全波整流。2、 引

31、脚图图2-8 AD637的引脚图第三章 电源电路及功率测量硬件电路的设计与实现3.1 电源图3-1 电源电路原理图 电源是各种电子系统与设备的源动力，电源系统出故障，会使整个电子备不能正常工作，因此电源性能的好坏直接影响到系统与设备工作质量和效率。在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电，直流稳压电源是一种性能接近理想电压源的直流电源。按调整元件工作状态直流稳压电源分为线性稳压电源和开关稳压电源两大类。小功率电源多用线性稳压电路，其中三端集成稳压器由于使用方便，应用越来越广泛。大功率电源多采用开关稳压电路，一般采用脉冲调制实现稳压。开关型稳压电路又分串联型和并联型，由于并联型开关稳压电路

32、易实现多组电压输出与负载间电气隔离，因而应用较广泛。 3.1.1 稳压电源 稳压电源的性能指标分为两种：一种是特性指标，包括允许输入电压、输出电压、输出电流及电压调节范围等；另一种是质量指标，包括稳压系数(或电压调整率)、输出电压（或电流调整率）、纹波电压（纹波系数）、温度系数及负载稳定度。 稳压系数S：表示在负载电流与环境温度保持不变的情况下，由于输入电压Ui的变化而引起的输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量的比值，即：,S越小电源的稳定性越好，通常S约为。 输出电阻Ro：又叫等效内阻，表示当输入电压和环境温度保持不变时，由于负载电流Io变化而引起的输出电压的变化量与负载电流的变化量的

33、比值，即，可见如果Ro越小，则说明电流的变化量的比值，即可见如果Ro越小，则说明输出电压的变化越小，通常输出电阻可小到1欧，甚至0.01欧。 纹波系数：输出直流电压中的交流分量叫纹波电压，纹波电压占输出直流电压的百分比称之为纹波系数，即显然，越小越好。通常稳压电源的纹波电压只有几毫伏，甚至小于1毫伏。 电压温度系数：当环境温度变化时，引起的输出电压的变化量与温度变化量 的比值，即，良好的稳压电源，应在环境温度变化时，有效地抑制输出电压的漂移，保持输出电压稳定。环境温度变化时，有效地抑制输出电压的漂移，保持输出电压稳定。 负载稳定度：又称负载调整率，指在输入电压不变的情况下，负载电流的变化而引起

34、的输出电压的变化率，通常用输出电压的相对变化量与负载电流变化量之比来表示，即，显然，越小稳压电源的性能越好。3.1.2 线性稳压电源 线性稳压电源指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源，是比较早使用的一类直流稳压电源。其特点是：输出电压比输入电压低；反应速度快、输出纹波较小、工作产生的噪声低、效率较低、发热量波动或负载变换引起输出电压变化时，能自动调整使输出电压维持在原值。 图3-2 直流稳压电源的组成3.1.3 整流电路 利用具有单向导电性能的整流元件如二极管等，将交流电转换称单向脉动直流电的电路称为整流电路。整流电路按输入电源相数可分为单相整流电路和三相整流电路，按输出波形又可分为半波整流

35、电路和全波整流电路。目前广泛使用的是桥式整流电路。 单相半波整流电路 图下为单相半波整流电路的原理图及工作波形。图下（a）中变压器T1将220V的交流电压u1降为整流电路所需要的交流电压u2，整流二极管D将u2变为单相脉动的直流电压。 (a)电路 (b)波形图3-3 单相半波整流电路及工作波形 电路的工作过程简述如下：在u2的正半周时，整流二极管D加正向电压而导通，若忽略二极管本身的压降，则负载两端的输出电压等于变压器二次侧电压，即u0=u2。在u2的负半周时，整流二极管D加反相电压而截止，此时负载上无电流流过，输出电压u0=0，电路工作波形如图下所示。单相半波整流输出电压的平均值为：二极管截

36、止时承受的最高反向电压为u2的最大值Urm=，在选则整流二极管时，应选择耐压大于该值的管子，以免反向击穿。由图上可见，电路只在u2的正半周有输出，所以称为半波整流电路。半波整流电路结构简单，使用元件少，但整流效率低，输出电压脉动大，因此，它只使用于要求不搞的场合。为了克服半波整流电路的缺点，常采用全波整流电路或桥式整流电路。单相全波整流电路 单相全波整流电路如图下（a）所示，波形图如图下（b）所示。 图3-4 单相全波整流电路电路的工作过程与半波整流的分析相类似，在此不再熬述，根据图上（b）可知，全波整流电路输出的直流电压为半波整流电路的两倍，即U0=0.9U2。在u2的一个周期内，变压器的每

37、组只有一半的时间通过电流，整流二极管所承受的最大反向电压为Urm= 单相桥式整流电路 如图下所示，D1、D2、D3、D4四只整流二极管接成一个电桥，故称为桥式整流，通常将其简化为图上（b）的形式。 （b）简化电路 （c）工作波形 图3-5 单相桥式整流电路及工作波形 桥式整流电路与半波整流电路相比较，其输出电压高，脉动成分小；而与全波整流电路相比，每只二极管承受的反向峰值电压低，变压器利用率高，所以它的应用较为广泛。3.1.4 滤波电路 整流电路可以将交流电转换为直流电，但脉动较大，许多电子设备需要平稳的直流电源。这种电源中的整流电路后面还需加滤波电路将交流成分滤除，以得到比较平滑的输出电压。

38、滤波通常是利用电容或电感的能量存储功能来实现的。3.1.5 电容滤波电路 电容滤波电路如图下（a）所示，波形图如图下（b）所示。电容滤波电路是按时间常数规律放电，放电时间常数为RlC,其值较大，所以电容两端电压下降的速度比u2下降的速度慢的多，负载电压等于电容器两端的电压，即Uc降至时，二极管又导通，电容C再次充电。这样循环下去，u2周期性变化，电容C周而复始地进行充电和放电，使输出电压脉动减小，输出电压的波行如图下（b）所示。 图3-6 单相半波整流电容滤波电路 电容C放电的快慢取决于时间常数的大小，时间常数越大，电容C放电越慢，输出电压U0就越平坦，平均值也越高。一般常用如下经验公式估算电

39、容滤波时输出电压平均值。 半波：U0=U2 全波：U0=1.2U2 为了获得较平滑的输出电压，一般要求即： 式中T为交流电压的周期。滤波电容C一般选择体积小，容量大的电解电容。应注意，普通电解电容器有正、负极性，使用时正极必须接正。3.1.6 78xx和79xx电路 在使用78xx与79xx时要注意，采用TO-3金属外壳封装的78xx系列集成电路，其金属外壳为地端；而同样封装的79xx系列的稳压器，金属外壳是负电压输入端，因此，在由二者构成多路稳压电源时若将78xx的外壳接印刷电路板的公共地，79xx的外壳及散热器就必须与印制电路板的公共地绝缘，否则会造成电源短路。 利用7815和7915集成

40、稳压器，可以非常方便地组成输出、电流1.5A的稳压电源，其电路如图下所示，该电源仅用了一组整流电路，节约了成本。 图3-7 正、负对称固定输出的稳压电源 通过介绍和比较以及低频功率放大器电路所需要电源信号，我们从上面介绍的电源电路中选择由交流电源220变压成正、负15V再通过整流器以及7805、7905、7915、7815调节转化成我们低频功率放大器所需要的电源信号。 3.2 功率测量硬件电路 图3-8 有效值电路原理图 所说的真有效值是指“真正有效值”的意思，其英文缩写为TRMS（True Root Mean Square），亦称真均方根值。真有效值变换：负载网络和取样电阻上采集的交流电压信

41、号，如果直接送单片机A/D进行处理，会增大系统误差。为把系统误差控制在题目要求的范围内，我们在每一个信号的输入和输出级都进行有效的处理。为此，为测量交流电平电压有效值的测量，采用RMS-DC变换器集成芯片AD637。AD637是AD公司RMS-DC产品中精度最高、带宽最宽的，对于1VRMS的信号，它的3dB带宽为8MHz,并且可以对输入信号的电平以dB形式指示，另外，AD637还具有电源自动关断功能，使得静态电流众3mA降至45A.，电路连接参考芯片手册如图-7。可以测出任意波形交变信号的有效值，实验数据表明，在电源为正负5V供电情况下，当输入信号的频率不大于2MHz时，其输入信号的电压有效值

42、在0.7V4V范围内能保证测量误差 。因此，我们在每个量程归一化的最大输出电压应设定为4V（有效值）。AD637的精度高，具有扩展的频率响应性能，-3dB带宽可高达8MHz。这款转换器利用一个反相低通滤波器级来提供缓冲电压输出，其求平均值时间常数与输入信号电平无关。 除了总体性能改进之外，AD637还具有两个独特的特性：第一个特性是提供分母输入，使该器件可用作平方器、均方器或平方根求和器（向量求和），同时还有助于低频( 10Hz)测量；第二个特性是提供片选功能，使用户可以在不使用真有效值转换器时（例如调到直流量程的便携式仪表），将其转入省电状态，以降低功耗。芯片选择一般是“使能”，必须将TTL

43、输入电平拉低至0.8 V以下才能使真有效值转换器进入待机状态，此时其功耗只有原来的1/7。对于不需要片选功能的正常工作模式，此引脚应悬空。当片选电平为低时，输出（引脚9）进入高阻状态。这种模拟“三态”工作方式允许将数个AD637的输出并联起来，并通过将片选拉至高电平来选择所需的通道，由此便构成了一个有源多路复用器。AD637同其前款产品一样，利用绝对值电路对输入信号电压进行全波整流。如图下所示，转换器的下一级电路将此直流信号取对数并翻倍，以执行平方操作。然后，此部分的平方输出传递至除法器级，在这一级输入信号平方的对数减去真有效值输出VOUT的对数。然后，指数电路实现反对数功能，得到。 真有效值

44、转换器的最后部分滤波器级获得上述结果后，对处理过的信号求平均值，从而得到：因为在输出处：所以: 根据定义，这就是输入电压的真有效值值。 补充说明： 如图下中虚线所示，分母输入一般连接至VOUT引脚，以执行VIN2/VOUT计算功能。但是，如果控制比例因子的分母输入连接至固定直流电压VEXT，则输出为：EXT2IN/VV。这等于输入的均方值除以（如果使用-VEXT则是乘以）固定比例因子。 AD637的滤波器包含一个运算放大器/积分器，其求平均值时间常数由片内25k反馈电阻和外部求平均值电容CAV设置。RCAV 时间常数应比所测量的最低频率的周期长，同时应使建立时间在合理范围内。由于滤波器级输出阻

45、抗较低，因此不需要进一步的输出缓冲。一般只有在需要有源滤波器来进一步减少输出纹波的应用中，才需要片内缓冲放大器。 图3-9 真有效值电路图第四章 设计实现 电路设计完成后就开始对电路的实际制作。使用计算机辅助设计工具进行电子电路设计绘制电路原理图与印制电路板图是现代电子工程技术人员必备的技能。在我国最普及的辅助设计软件是Protel，我们使用的是Protel 99 SE 。本设计的电原理图和印制电路板图均使用Protel 99 SE完成。使用Protel 99 SE设计流程为： 制板设计思想PCB布局/布线网络表原理图 图4-1设计流程图4.1 画原理图的步骤 1、 建立工作目录； 2、 启动Protel； 3、 设置工作环境：工作区域，字体；