雙輸出可調(diào)穩(wěn)壓電源設計畢業(yè)論文

1、<p>　　2013屆畢業(yè)設計（論文）</p><p>　　雙輸出可調(diào)穩(wěn)壓電源設計</p><p><b>　　2013年5月 </b></p><p>　教 學 部：</p><p>　專 業(yè)：</p><p>　學 生 姓 名：</p><

2、p>　班 級：學號 </p><p>　指導教師姓名：職稱 </p><p>　最終評定成績</p><p>　　湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設計（論文）</p><p>　　雙輸出可調(diào)穩(wěn)壓電源設計</p><p>　　教 學 部：</p><p>　　專

3、 業(yè)：</p><p>　　學 號：</p><p><b>　　學生姓名：</b></p><p><b>　　指導教師：</b></p><p><b>　　2013年5月</b></p><p><b>　　摘

4、 要</b></p><p>　　電子設備給人們?nèi)粘Ｉ顜順O大便利，所有的電子設備只有在電源電路的支持下才能正常工作。電子設備對電源電路的要求是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是穩(wěn)壓電源。</p><p>　　論文描述了穩(wěn)壓電源的發(fā)展概況、主要組成部分以及常用器件，揭示了穩(wěn)壓電源的工作原理。詳細介紹了

5、設計方案，變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓和保護電路等各個組成部分的參數(shù)設計。給出了設計原理圖，并用proteus軟件進行仿真和調(diào)試，給出了具體的調(diào)試過程、調(diào)試結果，以及調(diào)試過程中遇到的問題和解決方法，最終達到了設計要求。</p><p>　　關鍵詞：直流電源，雙輸出，proteus</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>

6、　　The Electronic equipments have been brought great convenience to People's Daily life,all of the electronic equipments equipments are working properly only in the support of the power circuit .The Electronic equipme

7、nt have the requirements for the power circuit which are able to provide the load power that continuous, stable, and meet the requirements.And usually it have been required to to provide the stability of dc can. So the p

8、ower supply which can provide this kind of stability of electric e</p><p>　　This paper describes the development, the main part and common devices of the voltage stabilizer, which reveals the principles of t

9、he power supply voltage.The thesis introduces the design scheme, variable pressure, rectifier voltage, filter, and the protection circuit and each part of the design parameters. And it presents the principle diagram, and

10、 use the software of the proteus to simulating and debugging, and also give a specific debugging process and debugging results,along with the problem</p><p>　　Keywords:DC power, Double output, Proteus</

11、p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 概述1</b></p><p><b>　　1.1 引言1</b></p><p>　　1.2 直流電源的簡介1</p><p>　　1.2.1 線性電源1<

12、/p><p>　　1.2.2 開關電源1</p><p>　　1.3 穩(wěn)壓電源的發(fā)展2</p><p>　　1.4 課題的研究背景及意義3</p><p>　　1.5 本論文所完成的內(nèi)容4</p><p>　　第2章 穩(wěn)壓電源的分類、組成及技術指標5</p><p>　　2.1

13、 穩(wěn)壓電源的分類5</p><p>　　2.2 直流穩(wěn)壓電源的基本組成5</p><p>　　2.3 直流穩(wěn)壓電源的技術指標7</p><p>　　2.3.1 特性指標7</p><p>　　2.3.2 質(zhì)量指標7</p><p>　　2.3.3 極限指標8</p><p>

14、;　　第3章 雙輸出可調(diào)穩(wěn)壓電源電路設計9</p><p>　　3.1 設計思想9</p><p>　　3.2 電路設計9</p><p>　　3.2.1 直流穩(wěn)壓電源的基本組成9</p><p>　　3.2.2 電源變壓器10</p><p>　　3.2.3 整流電路10</p>

15、<p>　　3.2.4 濾波電路11</p><p>　　3.2.5 穩(wěn)壓電路13</p><p>　　3.2.6 過熱保護17</p><p>　　第4章 調(diào)試及其仿真結果19</p><p>　　4.1 仿真軟件介紹19</p><p>　　4.2 調(diào)試與仿真20</p&g

16、t;<p><b>　　結論23</b></p><p><b>　　參考文獻24</b></p><p><b>　　致謝25</b></p><p><b>　　第1章 概述</b></p><p><b>　　1.1引言

17、</b></p><p>　　當今社會人們極大的享受著電子設備帶來的便利，但是任何電子設備都有一個共同的電路—電源電路。大到超級計算機、小到袖珍計算機，所有的電子設備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。當然這些電源電路的樣式、復雜程度千差萬別。超級計算機的電源電路本身就是一套復雜的電源系統(tǒng)。通過這套電源系統(tǒng)，超級計算機各部分都能夠得到持續(xù)穩(wěn)定、符合各種復雜規(guī)范的電源供應。袖珍計算機則是簡單多的電池電

18、源電路。不過你可不要小看了這個電池電源電路，比較新型的電路完全具備電池能量提醒、掉電保護等高級功能。可以說電源電路是一切電子設備的基礎，沒有電源電路就不會有如此種類繁多的電子設備，我們的生活也就不會這么豐富多彩了。由于電子技術的特性，電子設備對電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負載要求的電能，而且通常情況下要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源在電源技術中占有十分重要的地位。</p

19、><p>　　1.2直流電源的簡介</p><p>　　1.2.1 線性電源</p><p>　　電源是電子設備的心臟部分，其質(zhì)量的好壞直接影響著電子設備的可靠性，而且電子設備的故障60%來自電源，因此作為電子設備的基礎元件，電源受到越來越多的重視?，F(xiàn)代電子設備使用的電源大致有線性穩(wěn)壓電源盒開關電源兩大類。所謂線性穩(wěn)壓電源，是指在穩(wěn)壓電源電路中的調(diào)整管是工作在線性放大區(qū)

20、。將220V、50HZ的工頻電壓經(jīng)過線性變壓器降壓以后，經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓，輸出一個直流電壓。線性穩(wěn)壓源的優(yōu)點是：電源穩(wěn)定度及負載穩(wěn)定度較高；輸出紋波電壓小；瞬態(tài)響應速度快；線路結構簡單，便于維修；沒有開關干擾。缺點是：功耗大、效率低，其效率一般只有35%~60%；體積大、質(zhì)量重、不能微小型化；必須有較大容量的濾波電容。其中，交換效率低下是線性穩(wěn)壓電源的重要缺點，造成了資源的嚴重浪費。在這種背景下，開關電源應運而生。</p>

21、;<p>　　1.2.2 開關電源</p><p>　　任何電子設備均需直流電源來供給電路工作。特別是采用電網(wǎng)供電的電子產(chǎn)品。為了適應電網(wǎng)電壓波動的電路的工作狀態(tài)變化，更需要具備適應這種變化的直流穩(wěn)壓電源。隨著電子技術的發(fā)展，人們對如何提高電源的轉(zhuǎn)換效率，增強對電網(wǎng)的適應性，縮小體積，減輕重量進入了深入的研究。七十年代，便應用于電視機的接收，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛用于彩電，錄像機，計算機等行業(yè)。開關穩(wěn)壓的優(yōu)越

22、性還體現(xiàn)在：功耗小、效率高。晶體管在激勵信號的激勵下，交替的工作在導通-截止的開關狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度很快，頻率一般為50kHz左右。開關晶體管的功耗很小，電源的效率可以大幅度的提高，達到80%以上。體積小、重量輕。開關穩(wěn)壓電源里沒有采用笨重的工頻變壓器。調(diào)整管上的耗散功率大幅度降低以后，省去了較大的散熱片。穩(wěn)壓范圍寬。開關電源的輸出電壓是由激勵信號的占空比來調(diào)節(jié)的，輸入信號電壓的變化可以通過調(diào)頻或調(diào)寬來控制，在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時，它仍能

23、保證有效的穩(wěn)定輸出電壓。開關穩(wěn)壓電源實現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也比較多，可以根據(jù)實際應用的要求，靈活的選用各種類型的開關穩(wěn)壓電源。電路形式靈活多樣。開關穩(wěn)壓電源的主要問題是電路比較復雜。輸出紋波電壓較高，瞬態(tài)響應差，并且存在較</p><p>　　1.3穩(wěn)壓電源的發(fā)展</p><p>　　說到穩(wěn)壓問題，可以追溯到19世紀，愛迪生發(fā)明電燈時，就曾考慮過穩(wěn)壓電源。到20世紀初，就已經(jīng)出現(xiàn)了鐵磁穩(wěn)壓電源及相

24、應的技術文獻。電子管問世不久，就有人設計了電子管直流穩(wěn)壓電源。在20世紀40年代后期，電子器件與磁飽和元件相結合，構成了電子控制的磁飽和交流穩(wěn)壓電源，全今還在應用。20世紀50年代，隨著半導體工業(yè)的飛速發(fā)展，晶體管的誕生使串聯(lián)調(diào)整型晶體管穩(wěn)壓電源構成了直流穩(wěn)壓電源的中心，這種局面一直維持到20世紀60年代中期。這種電源雖然性能優(yōu)良，但它最大的缺點是由于功率調(diào)整管與負載串聯(lián)，并且—晶體管工作在線性區(qū)域，穩(wěn)壓電源的輸出電壓調(diào)節(jié)與穩(wěn)定借助于功

25、率晶體管上電壓降的調(diào)整來實現(xiàn)，因而在輸出電壓低、電流大的場合，效率非常低且功率晶體管發(fā)熱也很厲害，散熱便成了很大的問題。隨著半導體技術的進步，電子設備開始從分立元器件進入集成電路時代，體積日益減小，裝機密度不斷提高，規(guī)模容量逐漸增大。這種晶體管串聯(lián)型常規(guī)電源難以滿足形勢發(fā)展的問題日益暴露。20世紀60年代后期，科技工作者對穩(wěn)壓電源技術進行了一次新的總結，使開關電源和可控硅電源得到了快速發(fā)展。于此同時，將穩(wěn)壓電源的大部分元器件都集成在一塊

26、硅基片</p><p>　　1.4課題的研究背景及意義</p><p>　　穩(wěn)壓電源是各種電子電路的動力源，被人譽為電路的心臟。人所皆知，所有用電設備，包括電子儀器儀表、家用電器等，對供電電壓都有一定的要求。例如：有些電視機要求220V的電網(wǎng)電壓變化不能超過正負20%，即從198V到242V之間，如果超出這個范圍，電視機就不能正常收看，甚至會因電壓過高而燒壞電視機。至于精密電子儀器，對供電

27、電壓保持穩(wěn)定不變的要求就更加嚴格。為解決用電設備要求供電穩(wěn)定，而市電電網(wǎng)電壓又難以保證的供求矛盾，人們便研制了各種各樣的穩(wěn)壓電源。</p><p>　　事實上，穩(wěn)壓電源的輸出，是相對穩(wěn)定而并非絕對不變的，它只是變化很小，小到可以允許的范圍之內(nèi)。產(chǎn)生這些變化的原因主要有以下幾個方面：</p><p>　?。?）由于電網(wǎng)輸入電壓不穩(wěn)定所導致。電網(wǎng)供電有高峰期和低谷期，不可能始終穩(wěn)定如初；<

28、;/p><p>　?。?）由于供電對象引起的，即由負載變化引起。如果負載短路，負載電流會很大，電源的輸出電壓會趨近于零，時間一長還會燒壞電源；如果負載開路，沒有電流流過負載，輸出電壓將會升高。即使不是這兩種極端情況，負載電阻的變化也會引起穩(wěn)壓電源輸出電壓的變化；</p><p>　?。?）由于穩(wěn)壓電源本身造成的，構成穩(wěn)壓電源的元器件質(zhì)量不好，參數(shù)有變化或完全無效，就不可能有效的調(diào)節(jié)前兩種原因引

29、起的波動；</p><p>　?。?）由于元器件受溫度、濕度等環(huán)境影響而性能改變也會影響穩(wěn)壓電源輸出不穩(wěn)定。</p><p>　　一般來說，穩(wěn)壓電源電路的設計首先考慮前兩種因素，并針對這兩種因素設計穩(wěn)壓電源中放大器的放大量等。在選擇元器件時，要重點考慮第三個因素。但在設計高精度穩(wěn)壓電源時，必須要高度重視第四個因素。因為在高穩(wěn)定度電源中，溫度系素和溫漂這兩個關鍵的技術指標的好壞都由這個因素決

30、定。</p><p>　　1.5 本論文所完成的內(nèi)容</p><p>　　本論文主要研究了以LM317/LM337芯片為核心的雙輸出可調(diào)穩(wěn)壓電源設計，畫出了雙輸出可調(diào)穩(wěn)壓電源的電路圖，并對其用proteus軟件進行仿真，本文的主要內(nèi)容安排如下：</p><p>　?。?）第一章介紹了直流電源的發(fā)展，以及課題的研究背景和意義。</p><p>

31、　?。?）第二章介紹了穩(wěn)壓電源的分類、組成及技術指標。</p><p>　?。?）第三章完成雙輸出可調(diào)穩(wěn)壓電源的結構和電路設計，給出了變壓電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路的具體電路。</p><p>　　（4）第四章是用proteus仿真軟件對整個電路進行仿真和分析，并給出了仿真結果。</p><p>　　第2章 穩(wěn)壓電源的分類、組成及技術指標</p>

32、;<p>　　2.1 穩(wěn)壓電源的分類</p><p>　　穩(wěn)壓電源的分類沒有明確的含義和界限，一般都是按照習慣或通用的方法進行，在此簡單介紹幾種。以穩(wěn)壓電源穩(wěn)定的對象來分類，可以分為交流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)壓電源兩種。交流穩(wěn)壓電源的輸出電壓是交流的，直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓是直流的，兩者通常都用交流電網(wǎng)供電。</p><p>　　以穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定方式來分類，可以分為參數(shù)穩(wěn)壓電源和反

33、饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源兩種。參數(shù)穩(wěn)壓電源主要是利用元器件的非線性實現(xiàn)穩(wěn)壓。例如，僅用一只電阻和一只硅穩(wěn)壓管二極管就能夠參數(shù)穩(wěn)壓電源。反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源是一個負反饋閉環(huán)自動調(diào)整系統(tǒng)，它把穩(wěn)壓電源輸出電壓的變化量，經(jīng)過取樣、比較放大、再反饋給控制調(diào)整元器件，使輸出電壓得到補償而趨近于原值，從而達到穩(wěn)壓。</p><p>　　以穩(wěn)壓電源的調(diào)整元器件與負載的連接方式來分類，可以分為并聯(lián)穩(wěn)壓電源和串聯(lián)穩(wěn)壓電源兩種。調(diào)整元器件與負

34、載并聯(lián)的叫做并聯(lián)穩(wěn)壓電源或分流式穩(wěn)壓電源。它通過調(diào)整元器件流過電流的多少來適應輸入電網(wǎng)電壓的變化及負載電流的變化，以保持輸出電壓的穩(wěn)定。這種穩(wěn)壓電源效率較低，只有某些專用場合才適用。調(diào)整元器件與負載串聯(lián)的穩(wěn)壓電源叫做串聯(lián)穩(wěn)壓電源。在這種穩(wěn)壓電源中，調(diào)整元器件串接于輸入端和輸出端之間，輸出電壓就依靠調(diào)整元器件改變自身的等效電阻來維持恒定。調(diào)整元器件如果是晶體管，就是我們通常所說的晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓型穩(wěn)壓電源。</p><p

35、>　　以調(diào)整元器件的工作狀態(tài)來分類，可以分為線性穩(wěn)壓電源和開關穩(wěn)壓電源。調(diào)整狀態(tài)元器件工作在線性狀態(tài)的是線性穩(wěn)壓電源，調(diào)整狀態(tài)元器件工作在開關狀態(tài)的是開關穩(wěn)壓電源。開關穩(wěn)壓電源又有很多分類，例如自激式、它激式、斬波式、推挽式、半橋式和全橋式等。</p><p>　　2.2 直流穩(wěn)壓電源的基本組成</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源要將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓，它需要經(jīng)

36、過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成，基本框圖如圖2.1所示:</p><p>　　圖2.1直流穩(wěn)壓電源的基本框圖</p><p>　　四個環(huán)節(jié)工作原理如下：</p><p>　?。?）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變化由電壓器的副邊電壓確定。</p><p>　?。?

37、）整流電路：整流電路將交流電壓變換成脈動的直流電壓。常用的整流電路有全波整流、橋式整流等。橋式整流電路是由四個二級管構成的一個整流電路，電壓提供可以是一組交流電源輸出為全波的脈動直流電。其優(yōu)點是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時因電源變壓器在正負半周內(nèi)部有電流供給負載，電源變壓器得到了允分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導體整流電路中得到了頗為廣泛的應用。</p><p>　?。?）

38、濾波電路：整流電路是將交流電變成直流電的一種電路，但其輸出的直流電的脈動成分較大，而一般電子設備所需直流電源的脈動系數(shù)要求小于0.01。故整流輸出的電壓必須采取一定的措施．盡量降低輸出電壓中的脈動成分，同時要盡量保存輸出電壓中的直流成分，使輸出電壓接近于較理想的直流電，這樣的電路就是直流電源十的濾波電路。盡管經(jīng)過整流濾波后電壓接近于直流電壓，但是其電比值的穩(wěn)定性很差，它受溫度、負載、電網(wǎng)電壓波動等因素的影響很大，因此，還必須有穩(wěn)壓電路，

39、以維持輸出直流電壓的基本穩(wěn)定。</p><p>　　（4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流維持穩(wěn)定，基本不隨交流電網(wǎng)電壓和負載的變化而變化。</p><p>　　2.3 直流穩(wěn)壓電源的技術指標</p><p>　　穩(wěn)壓電源的技術指標可以分為兩大類：一類是特性指標，反映直流穩(wěn)壓電源的固有特性，如輸出電壓、輸出電流及電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類是質(zhì)量指標，反映一個直流穩(wěn)壓

40、電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻(輸出電阻)、紋波電壓及溫度系數(shù)等。</p><p><b>　　2.3.1特性指標</b></p><p><b>　?。?）輸出電壓范圍</b></p><p>　　輸出電壓范圍是指符合直流穩(wěn)壓電源工作條件情況下，能夠正常工作的輸出電壓范圍。該指標的上限是由最大輸入電壓和最小輸入—輸出電

41、壓差所規(guī)定，而其下限由直流穩(wěn)壓電源內(nèi)部的基準電壓值決定。</p><p>　?。?）最大輸入一輸出電壓差</p><p>　　該指標表征在保證直流穩(wěn)壓電源正常上作條件下，所允許的最大輸入一輸出之間的電壓差值，其值主要取決于直流穩(wěn)壓電源內(nèi)部調(diào)整晶體管的閘壓指標。</p><p>　　（3）最小輸入一輸出電壓差</p><p>　　該指標表征在保

42、證直流穩(wěn)壓電源正常工作條件下，所需的最小輸入—輸出之間的電壓差值。</p><p>　?。?）輸出負載電流范圍</p><p>　　輸出負載電流范圍又稱為輸出電流范圍，在這一電流范圍內(nèi)，直流穩(wěn)壓電源應能保證符合指標規(guī)范所給出的指標。</p><p>　　2.3.2 質(zhì)量指標</p><p><b>　?。?）電壓調(diào)整率</b&

43、gt;</p><p>　　電壓調(diào)整率是表征直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓性能的優(yōu)劣的重要指標，又稱為穩(wěn)壓系數(shù)或穩(wěn)定系數(shù)，它表征當輸入電壓Vi變化時直流穩(wěn)壓電源輸出電壓V0穩(wěn)定的程度，通常以單位輸出電壓下的輸入和輸出電壓的相對變化的百分比表示。</p><p><b>　?。?）電流調(diào)整率</b></p><p>　　電流調(diào)整率是反映直流穩(wěn)壓電源負載能力的一

44、項主要自指標，又稱為電流穩(wěn)定系數(shù)。它表征當輸入電壓不變時，直流穩(wěn)壓電源對由于負載電流(輸出電流)變化而引起的輸出電壓的波動的抑制能力，在規(guī)定的負載電流變化的條件下，通常以單位輸出電壓下的輸出電壓變化值的百分比來表示直流穩(wěn)壓電源的電流調(diào)整率。</p><p><b>　?。?）紋波抑制比</b></p><p>　　紋波抑制比反映了直流穩(wěn)壓電源對輸入端引入的市電電壓的抑

45、制能力，當直流穩(wěn)壓源輸入和輸出條件保持不變時，紋波抑制比常以輸入紋波電壓峰一峰值與輸出紋波電壓峰一峰值之比表示，一般用分貝數(shù)表示，但是有時也可以用百分數(shù)表示，或直接用兩者的比值表示。</p><p><b>　?。?）溫度穩(wěn)定性</b></p><p>　　集成直流穩(wěn)壓電源的溫度穩(wěn)定性是以在所規(guī)定的直流穩(wěn)壓電源工作溫度Ti最大變化范圍內(nèi)()直流穩(wěn)壓電源輸出電壓的相對變

46、化的百分比值。</p><p>　　2.3.3 極限指標</p><p><b>　?。?）最大輸入電壓</b></p><p>　　最大輸入電壓是保證直流穩(wěn)壓電源安全工作的最大輸入電壓。</p><p><b>　?。?）最大輸出電流</b></p><p>　　最大輸出電

47、流是保證穩(wěn)壓電源安全工作所允許的最大輸出電流</p><p><b>　　第3章 設計步驟</b></p><p><b>　　3.1 設計思想</b></p><p>　?。?）電網(wǎng)供電電壓交流220V(有效值)頻率為50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。</p&g

48、t;<p>　?。?）降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。</p><p>　?。?）脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。</p><p>　?。?）濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負載RL。</p><p>

49、;<b>　　3.2 電路設計</b></p><p>　　3.2.1 直流穩(wěn)壓電源的基本組成</p><p>　　本設計中所用到的直流穩(wěn)壓電源是將頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定、輸出電流為幾十安以下的直流電源，其基本組成如圖3.1所示：</p><p>　　圖3.1 直流穩(wěn)壓電源的方框圖</p>

50、<p>　　直流穩(wěn)壓電源的輸入為220V的電網(wǎng)電壓，一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需要通過電源變壓器降壓后，再對交流電壓進行處理。變壓器副邊電壓有效值決定于后面電路的需要。</p><p>　　變壓器副邊電壓通過整流電路從交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，即正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動電壓，半波整流電路和全波整流電路的輸出波形如圖所示?？梢钥闯?，他們均含有較大的交流分量，會影響負

51、載電路的正常工作。</p><p>　　為了減小電壓的脈動，需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。理想情況下，應將交流分量全部濾掉，使濾波電路的輸出電壓僅為直流電壓。然而，由于濾波電路為無源電路，所以接入負載后勢必影響其濾波效果。對于穩(wěn)定性要求不高的電子電路，整流、濾波后的直流電壓可以作為供電電源。</p><p>　　交流電壓通過整流、濾波后雖然變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓，但是當電網(wǎng)電

52、壓波動或者負載變化時，其平均值也將隨之變化。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動和負載電阻變化的影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性。</p><p>　　3.2.2 電源變壓器</p><p>　　電源變壓器的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui。實際上，理想變壓器滿足，因此有。變壓器副邊與原邊的功率比為，式中是變壓器的效率。根據(jù)輸出電壓的范圍，可

53、以令變壓器副邊電壓為22V，即變壓系數(shù)為0.1。</p><p>　　3.2.3 整流電路</p><p>　　為了克服單相半波整流電路的特點，在使用電路中多采用單相全波整流電路，最常用的是單相橋式整流電路。單相橋式整流電路如圖3.2所示：</p><p>　　圖3.2單相橋式整流電路</p><p>　　正半周時，a點點位高于b點點位，二

54、極管、承受正向電壓而導通，、承受反向電壓而截至。此時電流的路徑為；為負半周時，b點電位高于a點電位，二極管、承受正向電壓而導通，、承受反向電壓而截至。此時電流的路徑為：。</p><p>　　單相橋式整流電壓的平均值為：</p><p><b>　　(3.1)</b></p><p>　　流過負載電阻的電流平均值為：</p>&l

55、t;p><b>　　(3.2)</b></p><p>　　流經(jīng)每個二極管的電流平均值為負載電流的一半，即：</p><p><b>　　(3.3)</b></p><p>　　每個二極管在截至時承受的最高反向電壓為的最大值，即：</p><p><b>　　(3.4)</b&

56、gt;</p><p>　　3.2.4 濾波電路</p><p>　　電容濾波電路是最常見的也是最簡單的濾波電路，在整流電路的輸出端并聯(lián)一個電容即構成電容濾波電路，電容濾波電路及波形圖如圖3.3所示：</p><p>　　圖3.3電容濾波電路</p><p>　　圖3.4電容濾波波形圖</p><p>　　假設電路接

57、通時恰恰在由負到正過零的時刻，這時二極管D開始導通，電源在向負載供電的同時又對電容C充電。如果忽略二極管正向壓降，電容電壓緊隨輸入電壓按正弦規(guī)律上升至的最大值。然后繼續(xù)按正弦規(guī)律下降，且，使二極管D截至，而電容C則對負載電阻按指數(shù)規(guī)律放電。將至大于時，二極管又導通，電容C再次充電……。這樣循環(huán)下去，周期性變化，電容C周而復始地進行充電和放電，使輸出電壓脈動減小，如圖3.4所示。電容C放電的快慢取決于時間常數(shù)（）的大小，時間常數(shù)越大，電容

58、C放電越慢，輸出電壓就越平坦，平均值也越高。</p><p>　　電容濾波電路的輸出特性曲線如圖3.5所示。從圖中可見，電容濾波電路的輸出電壓在負載變化時波動較大，說明它的帶負載能力較差，只適用于負載較輕且變化不大的場合。</p><p>　　圖3.5電容濾波電路的輸出特性曲線</p><p>　　一般常用如下經(jīng)驗公式估算電容濾波時的輸出電壓平均值：</p&g

59、t;<p><b>　　半波：</b></p><p><b>　　全波：</b></p><p>　　為了獲得較平滑的輸出電壓，一般要求,即：</p><p><b>　　(3.5)</b></p><p>　　式中T為交流電壓的周期。濾波電容C一般選擇體積小，

60、容量大的電解電容器。應注意，普通電解電容器有正、負極性，使用時正極必須接高電位端，如果接反會造成電解電容器的損壞。</p><p>　　加入濾波電容以后，二極管導通時間縮短，且在短時間內(nèi)承受較大的沖擊電流（），為了保證二極管的安全，選管時應放寬裕量。</p><p>　　3.2.5 穩(wěn)壓電路</p><p>　　雖然整流濾波電路能將正弦交流電壓變換為較為平滑的直流

61、電壓，但是，一方面，由于輸出電壓平均值取決于變壓器副邊電壓有效值，所以當電網(wǎng)電壓波動時，輸出電壓平均值將隨之產(chǎn)生相應的波動；另一方面，由于整流濾波電路內(nèi)阻的存在，當負載變化時，內(nèi)阻上的電壓將產(chǎn)生相反的變化，于是輸出電壓平均值也將隨之產(chǎn)生相反的變化。因此，整流濾波電路輸出電壓會隨著電網(wǎng)電壓的波動而波動，隨著負載電阻的變化而變化。為了獲得穩(wěn)定性好的直流電壓，必須采取穩(wěn)壓措施。</p><p>　　集成穩(wěn)壓器與簡單穩(wěn)壓

62、電路相比其電路結構簡單，它可以通過外接元件使輸出電壓得到很寬的調(diào)節(jié)范圍。并且內(nèi)部有過熱保護、過流保護等保護電路，可以很安全的保護電路的正常工作，本設計是采用LM317和LM337芯片來實現(xiàn)的。</p><p>　　LM317是可調(diào)節(jié)三端正電壓穩(wěn)壓器，在輸出電壓范圍1.2伏到37伏時能夠提供超過1.5安的電流，此穩(wěn)壓器非常易于使用。LM317作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓快，是一種使用方便、應用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。3

63、17系列穩(wěn)壓塊的型號很多：例如LM317HVH、W317L等。電子愛好者經(jīng)常用317穩(wěn)壓塊制作輸出電壓可變的穩(wěn)壓電源。</p><p>　　穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計算，。僅僅從公式本身看，R1、R2的電阻值可以隨意設定。然而作為穩(wěn)壓電源的輸出電壓計算公式，R1和R2的阻值是不能隨意設定的。</p><p>　　首先317穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是（高輸出電壓的317穩(wěn)壓塊如LM317H

64、VA、LM317HVK等，其輸出電壓變化范圍是），所以R2/R1的比值范圍只能是。其次是317穩(wěn)壓塊都有一個最小穩(wěn)定工作電流，有的資料稱為最小輸出電流，也有的資料稱為最小泄放電流。最小穩(wěn)定工作電流的值一般為。由于317穩(wěn)壓塊的生產(chǎn)廠家不同、型號不同，其最小穩(wěn)定工作電流也不相同，但一般不大于。當317穩(wěn)壓塊的輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流時，317穩(wěn)壓塊就不能正常工作。317穩(wěn)壓塊的輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流時，317穩(wěn)壓塊就可以輸出

65、穩(wěn)定的直流電壓。如果用317穩(wěn)壓塊制作穩(wěn)壓電源時（如圖3.6所示），沒有注意317穩(wěn)壓塊的最小穩(wěn)定工作電流，穩(wěn)壓電源可能會出現(xiàn)穩(wěn)壓電源輸出的有載電壓和空載電壓差別較大的問題。</p><p>　　在應用中，為了電路的穩(wěn)定工作，在一般情況下，還需要接二極管作為保護電路，防止電路中的電容放電時的高壓把317燒壞。</p><p>　　圖3.6 LM317構成的穩(wěn)壓電源</p>&

66、lt;p>　　圖3.7 LM317</p><p>　　圖3.7所示是LM317元件圖。LM317系列是應用非常廣泛的三端可調(diào)穩(wěn)壓集成電路。LM317系列是正穩(wěn)壓集成電路，LM337系列是負穩(wěn)壓集成電路，其特點是： </p><p>　?。?）輸出電壓，LM317為；LM337為。</p><p>　　（2）只需兩只外接電阻以設定輸出和一

67、只電容作頻率補償元件。</p><p>　?。?）線路電壓調(diào)整率和負載調(diào)整率都優(yōu)于標準固定穩(wěn)壓器。</p><p>　?。?）內(nèi)部保護措施完善。有內(nèi)部電流限制、熱關閉和輸出晶體管安全補償，即使調(diào)節(jié)所有超載保護電路也可完全保留其功能，提供超載保護。</p><p>　　圖3.8時由LM317組成的基準電壓源電路，電容Co用于消除輸出電壓中的高頻噪音，可取小于的電容。輸

68、入端和調(diào)整端之間的電壓時非常穩(wěn)定的電壓，其值為1.25V。輸出電流可達1.5A。</p><p>　　圖3.8由LM317組成的穩(wěn)壓電路</p><p>　　由于調(diào)整端的電流可忽略不計，輸出電壓為</p><p><b>　　(3.6)</b></p><p>　　為了減少R2上的紋波電壓，可在其上并聯(lián)一個電容C。但是，

69、在輸出開路時，C將向穩(wěn)壓器調(diào)整管發(fā)射結反偏，為了保護穩(wěn)壓器，可加二極管D2，提供一個放電回路，D1,D2起保護作用。如圖3.9所示：</p><p>　　圖3.9 LM317的外加保護電路</p><p>　　由于設計要求電壓從零開始調(diào)起，LM317集成穩(wěn)壓器不能直接滿足要求，需要設計一個電壓補償電路來抵消LM317的1.25V最小輸出電壓，如圖3.11所示，電壓補償電路由和二極管D組成，

70、其輸出電壓,其中，U為LM317的輸出端電壓，UD為二極管D的正向壓降。即為補償電壓。其值略大于LM317的基準電壓（1.25V），這里用兩只串聯(lián)的硅材料整流二極管的導通壓降來實現(xiàn)。當調(diào)節(jié)減少,使達到與相等時,輸出電壓即為之后,當調(diào)節(jié)R2逐漸增大時, U0即由0V 開始增大。由于負載電流流過D ,故D 的最大工作電流應能適應負載電流的要求。</p><p>　　圖3.10輸出電壓可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源電路原理圖<

71、;/p><p>　　最后由單路推廣到雙路（得到一個由地線為中軸線的對稱電路）</p><p>　　圖3.11雙輸出可調(diào)穩(wěn)壓電源電路圖</p><p>　　根據(jù)計算公式可以得出電路中各個元器件的數(shù)值，如表3.1所示。</p><p>　　表3.1元器件數(shù)值表</p><p>　　3.2.6 過熱保護</p>&

72、lt;p>　　由于穩(wěn)壓電源是為各種電子設備提供能量的，散熱更顯得重要。所謂散熱就是采用熱傳遞將穩(wěn)壓電源中所用元器件自身的溫度控制到所要求的范圍內(nèi)。</p><p>　　在穩(wěn)壓電源中，熱量都是由電轉(zhuǎn)換來的，電流流過元器件和連接線、連接點產(chǎn)生的熱量損失；變壓器鐵芯所產(chǎn)生的磁滯損耗；位于變壓器附近的導電材料和絕緣材料，由于交變磁場和交變電場的存在分別產(chǎn)生渦流損耗和介質(zhì)損耗。</p><p>

73、;　　在散熱設計過程中，一般要根據(jù)具體情況，選擇適當?shù)耐緩綄崃總鬟f出去，達到元器件降溫的目的，從而提高電源的可靠性并延長其使用壽命。為此，應做到以下幾點：</p><p>　　（1）選用耐熱性和熱穩(wěn)定性好的元器件和材料，以提高其允許的工作溫度；</p><p>　?。?）減小電源內(nèi)部的發(fā)熱量；</p><p>　?。?）用冷卻的方法降低環(huán)境溫度，加快散熱速度。&l

74、t;/p><p>　　對于元器件的熱設計中必須保證其最高工作溫度低于其允許溫度。為了提高元器件可靠性，應通過降額設計來降低元器件的使用溫度。 </p><p>　　第4章 調(diào)試及其仿真結果</p><p>　　4.1 仿真軟件介紹</p><p>　　本設計用的仿真軟件是proteus。Proteus軟件是英國Labcenter electron

75、ics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，20

76、10年增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。</p><p>　　Proteus與其它單片機仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機CPU的工作情況，也能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時，關心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機寄存器和存儲器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運行和電路工

77、作的過程和結果。對于這樣的仿真實驗，從某種意義上講，是彌補了實驗和工程應用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。</p><p>　　運行proteus的ISIS程序后，進入該仿真軟件的主界面。在工作前，要設置view菜單下的捕捉對齊和system下的顏色、圖形界面大小等項目。通過工具欄中的P（從庫中選擇元件命令）命令，在pick device窗口中選擇電路所需的元件，放置元件并調(diào)整其相對位置，元件參數(shù)設置，元器件間連線，編寫程序

78、；在source菜單的Definecode generation tools菜單命令下，選擇程序編譯的工具、路徑、擴展名等項目；在source菜單的Add/removesource files命令下，加入單片機硬件電路的對應程序；通過debug菜單的相應命令仿真程序和電路的運行情況。</p><p>　　Proteus軟件所提供的軟件資源Proteus軟件所提供了30多個元件庫，數(shù)千種元件。元件涉及到數(shù)字和模擬

79、、交流和直流等。對于一個仿真軟件或?qū)嶒炇?，測試的儀器儀表的數(shù)量、類型和質(zhì)量，是衡量實驗室是否合格的一個關鍵因素。在Proteus軟件包中，不存在同類儀表使用數(shù)量的問題。Proteus還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器相似但功能更多。</p><p>　　Proteus提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。對于單片機硬件

80、電路和軟件的調(diào)試，Proteus提供了兩種方法：一種是系統(tǒng)總體執(zhí)行效果，一種是對軟件的分布調(diào)試以看具體的執(zhí)行情況。對于總體執(zhí)行效果的調(diào)試方法，只需要執(zhí)行debug菜單下的exeute菜單項或F12快捷鍵啟動執(zhí)行，用debug菜單下的pause animation菜單項或pause鍵暫停系統(tǒng)的運行；或用debug菜單下的stop animation菜單項或shift-break組合鍵停止系統(tǒng)的運行，其運行方式也可以選擇工具欄中的相應工具進

81、行。對于軟件的分布調(diào)試，應先執(zhí)行debug菜單下的start/restart debugging菜單項命令，此時可以選擇stepover、step into命令執(zhí)行程序，執(zhí)行的效果是單句執(zhí)行、進入子程序和跳出子程序執(zhí)行。在執(zhí)行了start/restart debugging菜單項命令后，在debug菜單的下面要出現(xiàn)仿真中所涉及到的軟件列表和單片機的系統(tǒng)資源等，可供調(diào)試時分析和查看。</p><p><b&g

82、t;　　4.2 調(diào)試與仿真</b></p><p>　　對所做設計用proteus進行仿真，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器RV1和RV2的大小，可以基本實現(xiàn)輸出電壓從0～±12V的變化。圖4.1是用proteus虛擬示波器采集電路各個部分的電壓波形圖。</p><p>　　圖4.1各部分電路電壓波形圖</p><p>　　圖4.2表示的是經(jīng)過變壓器變壓后的

83、電壓波形圖，圖中每一格表示的幅值是10V。</p><p>　　圖4.2變壓后的電壓波形圖</p><p>　　圖4.3表示的是經(jīng)過單相橋式整流后的電壓波形圖，圖中每一格表示的幅值是0.2V。</p><p>　　圖4.3整流后的電壓波形圖</p><p>　　圖4.4表示的是當輸出為5V時，正電壓輸出負載上的電壓波形圖，圖中每一格表示的幅值

84、是5mv，所以達到了論文輸出為5V時，帶載紋波電壓峰-峰值＜5mV的要求。</p><p>　　圖4.4正電壓輸出負載上的電壓波形圖</p><p>　　圖4.6表示的是負電壓輸出負載上的電壓波形圖。圖中每一格表示的幅值是5mv。</p><p>　　圖4.5負電壓輸出負載上的電壓波形圖</p><p>　　表4.1是正電壓的變化參數(shù)，表4.

85、2是負電壓的變化參數(shù)。當調(diào)節(jié)滑動變阻RV1時，正輸出負載上的電壓發(fā)生變化；當調(diào)節(jié)滑動變阻RV2時，負輸出負載上的電壓發(fā)生變化。</p><p>　　表4.1正電壓數(shù)值表</p><p>　　表4.2負電壓數(shù)值表</p><p>　　圖4.6最大輸出功率圖</p><p>　　由圖4.6可以看出，當輸出為12V時，電流值達到1A，達到了任務要求

86、。</p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源在日常生活中的應用是非常廣泛的，其性能的穩(wěn)定性是保證設備正常運行的重要前提，所以如何設計高性能、高指標的穩(wěn)壓電源具有重要意義。</p><p>　　本論文介紹了以LM317/LM337芯片為主的雙輸出可調(diào)穩(wěn)壓電源的設計，主要研究工作如下：</p>&

87、lt;p>　?。?）確定了系統(tǒng)的結構與方案，其中主要包括變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個部分。</p><p>　?。?）完成了各部分的電路設計及具體的參數(shù)計算。</p><p>　　（3）利用proteus軟件對整個電路進行仿真分析，并得到了有效的仿真結果。</p><p>　　本論文完成了雙輸出可調(diào)穩(wěn)壓電源的設計，取得了一定的研究成果，但還有不少地方值得進一步的

88、研究和改善。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] Marty Brown.開關電源設計指南［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2004:30-62.</p><p>　　[2] 康華光.電子技術基礎［M］.北京：高等教育出版社，1999:11-84.</p><p>　　[3] 陳堅.電力

89、電子學［M］.北京：高等教育出版社，2004:28-79.</p><p>　　[4] 王增福，魏永明.新編線性直流穩(wěn)壓電源［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2005:7-53.</p><p>　　[5] 曲學基，王增福.穩(wěn)定電源基本原理與工藝設計［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2005:21-64,79-103.</p><p>　　[6] 全新實用電路集萃叢書編輯委

90、員會.電源應用電路集萃［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2005.</p><p>　　[7] 李東生，張勇.Protel DXP電路設計教程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007:20-68.</p><p>　　[8] 張慶雙.LED應用電路精選［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010:19-97,113-124.</p><p>　　[9] 王吳，謝文閣，杜穎，呂義

91、.線性集成電源應用電路設計［M］.北京：清華大學出版社，2009:51-97.</p><p>　　[10] 曲學基.電力電子濾波技術及其應用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2008:41-85.</p><p>　　[11] 周志敏，周紀海，紀愛華.先行集成穩(wěn)壓電源實用電路［M］。北京：中國電力出版社，2006:59-132.</p><p>　　[12] 閻石.數(shù)

92、字電子技術［M］.北京：高等教育出版社，2006:69-142.</p><p>　　[13] 邱關源.電路［M］.北京：高等教育出版社，2006:16-83,105-137.</p><p>　　[14] 董詩白，華成英.模擬電子技術［M］.北京：高等教育出版社，2006:7-138.</p><p>　　[15] 張萍華.0~30V可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源的設計［J］

93、.吉林：吉林廣播電視大學學報（自然科學研究），2011.</p><p>　　[16] 周愛華.基于Multisim的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設計［J］.南京：南京職業(yè)技術學院學報，2011.</p><p>　　[17] 李國峰，王寧會.電源技術［M］.大連：大連理工大學出版社，2010.</p><p><b>　　致 謝</b></p&g

94、t;<p>　　本論文是在導師陳穎老師的悉心指導和支持下完成的。值此論文完成之際，特向?qū)熤乱宰钪孕牡母兄x。在四年的本科學習生涯中，我不僅學到了豐富的專業(yè)理論和實踐知識，更重要的是掌握了獨立學習的方法和態(tài)度。陳老師淵博的知識、求實的工作作風、孜孜不倦的科學鉆研精神和勇于創(chuàng)新的科學態(tài)度深深的感染了我，使我終身受益!</p><p>　　在論文撰寫期間，感謝眾多給與我?guī)椭?、分享知識與經(jīng)驗的老師及朋友。感