電子技術課程設計---可調試直流穩(wěn)壓電源

1、<p><b>　　電氣學院</b></p><p><b>　　可</b></p><p><b>　　調</b></p><p><b>　　直</b></p><p><b>　　流</b></p>&l

2、t;p><b>　　穩(wěn)</b></p><p><b>　　壓</b></p><p><b>　　電</b></p><p><b>　　源</b></p><p><b>　　設</b></p><p&g

3、t;<b>　　計</b></p><p><b>　　姓名： </b></p><p><b>　　學號：</b></p><p><b>　　專業(yè)：</b></p><p><b>　　班級： </b></p&g

4、t;<p><b>　　指導教師：</b></p><p>　　一、 課程設計目的4</p><p>　　二 功能電路整體思路4</p><p><b>　　三 制作和調試4</b></p><p>　　四、總體設計思路5</p><p>　　4.1．

5、直流穩(wěn)壓電源設計思路5</p><p>　　4.2．直流穩(wěn)壓電源原理6</p><p>　　4.2.1、整流電路6</p><p>　　4.2.2、濾波電路——電容濾波電路7</p><p>　　4.2.3、穩(wěn)壓電路8</p><p><b>　　五、設計步驟9</b></p&g

6、t;<p>　　1．電路圖設計方法9</p><p>　　2．設計方法簡介10</p><p><b>　　六、心得體會11</b></p><p><b>　　七、實物展示12</b></p><p><b>　　八、參考文獻12</b></p&

7、gt;<p><b>　　內容摘要</b></p><p>　　在家庭用電中我們使用的是220V、50HZ的交流電可是很多器件不能直接使用220V、50HZ的交流電需要將交流電轉換成直流電后才能使用。集成直流穩(wěn)壓電源具有穩(wěn)定性、結構簡單、滿足設計要求的優(yōu)點它廣泛用于電子技術領域中。本文介紹了如何將220V、50HZ的交流電（在經過交流變壓器電路、整流電路、濾波電路、集成穩(wěn)壓電路

8、四個部分后）轉換成直流電，設置各部分元件的參數就可以得到所需要直流電的電壓。采用指定集成穩(wěn)壓器，選擇變壓器、整流橋、濾波電容及其它元器件來設計直流可調穩(wěn)壓電源。首先用一個220V/9V的變壓器先進性降壓，接著通過整流橋進行整流，和電解電容進行濾波。最后將其中的1.26~12V可調部分用LM317進行穩(wěn)壓，設計一直流可調穩(wěn)壓電源，即滿足：當輸入電壓在220V±10%時，輸出電壓從1.26~12V可調。自擬設計方法、完成設計原理圖

9、、器件清單、裝配草圖。 在面包板上進行組裝、調試，用萬用板焊接，并測試其主要性能參數。</p><p>　　關鍵詞：直流穩(wěn)壓技術，整流橋，濾波器，LM317。</p><p><b>　　一、 課程設計目的</b></p><p>　　本次設計的題目為“可調試直流穩(wěn)壓電源”。在設計過程中應實現以下幾點要求：</p><p&g

10、t;　　1.輸入電壓為220V AC， 輸出為直流電壓 </p><p>　　2.電壓變化范圍：1.26~12V </p><p><b>　　3.連續(xù)可調</b></p><p>　　二 功能電路整體思路</p><p>　　若實現穩(wěn)壓電源，首先就要就電路進行穩(wěn)壓。在穩(wěn)壓方面可選用變壓器來完成。由輸入交流電壓變?yōu)橹?/p>

11、流則須對電路進行整流。本次設計選用全波橋式整流電路進行整流。然后要對輸入的電壓進行調節(jié)。在調節(jié)方面。可選用可調節(jié)三端正電壓穩(wěn)壓器進行調節(jié)（LM317）。通過整流后得電流幅值變化很大，所以需要用電容對電流進行濾波。然后輸出即可。</p><p><b>　　電路模塊：</b></p><p>　　穩(wěn)壓——>整流——>調壓——>濾波——>輸出<

12、;/p><p><b>　　三 制作和調試</b></p><p><b>　?。?）元件說明</b></p><p><b>　?、匐娊怆娙?lt;/b></p><p>　　電解電容是電容的一種，介質有電解液，涂層有極性，分正負，不可接錯。電容(Electric capacity)由

13、兩個金屬極，中間夾有絕緣材料（介質）構成，如圖（1）：</p><p>　　圖（1）電解電容示意圖</p><p>　　有極性電解電容器通常在電源電路或中頻、低頻電路中起電源濾波、退耦、信號耦合及時間常數設定、隔直流等作用。一般不能用于交流電源電路，在直流電源電路中作濾波電容使用時，其陽極（正極）應與電源電壓的正極端相連接，陰極（負極）與電源電壓的負極端相連接，不能接反，否則會損壞電容器。

14、</p><p>　?、贚M317三端正電壓穩(wěn)壓器</p><p><b>　　圖（2）LM317</b></p><p>　　LM317如圖（2）是可調節(jié)3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)壓塊，是一種使用方便、應用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。<

15、;/p><p>　　穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計算，Vo＝1.25（1＋R2/R1）。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Vo＝1.25V—37V（高輸出電壓的317穩(wěn)壓塊如LM317HVA、LM317HVK等，其輸出電壓變化范圍是Vo＝1.25V—4

16、5V），所以R2/R1的比值范圍只能是0—28.6。 </p><p>　　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1.5mA。由于317穩(wěn)壓塊的生產廠家不同、型號不同，其最小穩(wěn)定工作電流也不相同，但一般不大于5mA。當317穩(wěn)壓塊的輸出電流小于其最小穩(wěn)定工作電流時，317穩(wěn)壓塊就不能正常工作。當317穩(wěn)壓塊的輸出電流大于其最小穩(wěn)

17、定工作電流時，317穩(wěn)壓塊就可以輸出穩(wěn)定的直流電壓。如果用317穩(wěn)壓塊制作穩(wěn)壓電源時（如圖所示），沒有注意317穩(wěn)壓塊的最小穩(wěn)定工作電流，那么你制作的穩(wěn)壓電源可能會出現下述不正?，F象：穩(wěn)壓電源輸出的有載電壓和空載電壓差別較大。 </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><b

18、>　　四、總體設計思路 </b></p><p>　　4.1．直流穩(wěn)壓電源設計思路</p><p>　?。?）電網供電電壓交流220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網電壓降低獲得所需要交流電壓。</p><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>

19、;<p>　?。?）脈動大的直流電壓須經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，供給電壓表。</p><p>　　4.2．直流穩(wěn)壓電源原理</p><p>　?。?）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網220V交流電

20、壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。</p><p>　?。?）整流電路：利用單向導電元件，把50Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電</p><p>　?。?）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。</p><p>　?。?）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，

21、不隨交流電網電壓和負載的變化而變化。</p><p>　　4.2.1、整流電路</p><p>　?。?）直流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖3所示。</p><p>　　圖（3）單相橋式整流電路</p><p><b>　　（2）工作原理</b></p><p>　　設變壓器副邊電壓u

22、2=√2U2sinωt，U2為有效值。</p><p>　　在u2的正半周內，二極管D1、D2導通，D3、D4截止；u2的負半周內，D3、D4導通，D1、D2截止。正負半周內部都有電流流過的負載電阻RL，且方向是一致的。如圖4</p><p>　　圖（4）單相橋式整流電路簡易畫法及波形圖</p><p>　　在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內導電，所以流過

23、每個二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即 電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為 (U2是變壓器副邊電壓有效值)。</p><p>　　4.2.2、濾波電路——電容濾波電路</p><p>　　采用濾波電路可濾除整流電路輸出電壓中的交流成分，使電壓波形變得平滑。常見的濾波電路有電容濾波、電感濾波和復式濾波等。 </p><p>　　在整流電路的輸出端，即負

24、載電阻RL兩端并聯一個電容量較大的電解電容C，則構成了電容濾波電路，如圖（5）所示電路，由于濾波電容與負載并聯，也稱為并聯濾波電路。</p><p>　　(a) (b)</p><p>　　圖（5）單相橋式整流電容濾波電路</p><p>　　從圖（4）可以看出，當u2為正半周時,

25、電源u2通過導通的二極管VD1、VD3向負載RL供電，并同時向電容C充電（將電能存儲在電容里，如t1～t2），輸出電壓uo＝uc ≈ u2；uo達峰值后u2減小，當uo≥u2時，VD1、VD3提前截止，電容C通過RL放電，輸出電壓緩慢下降（如t2～t3），由于放電時間常數較大，電容放電速度很慢，當uC下降不多時u2已開始下一個上升周期，當u2＞uo時，電源u2又通過導通的VD2、VD4向負載RL供電，同時再給電容C充電（如t3～t4），

26、如此周而復始。電路進入穩(wěn)態(tài)工作后，負載上得到如圖中實線所示的近似鋸齒的電壓波形，與整流輸出的脈動直流（虛線）相比，濾波后輸出的電壓平滑多了。</p><p>　　顯然，放電時間常數RLC越大、輸出電壓越平滑。若負載開路（RL=∞），電容無放電回路，輸出電壓將保持為u2的峰值不變。</p><p>　　（1）輸出電壓的估算</p><p>　　顯然，電容濾波電路的輸出

27、電壓與電容的放電時間常數τ=RLC有關，τ應遠大于u2的周期T，分析及實驗表明，當 </p><p>　　τ=RLC≥（3～5）T /2</p><p>　　時，濾波電路的輸出電壓可按下式估算，即</p><p>　　UO≈1.2U2 </p><p>　?。?）整流二極管導通時間縮短了，存在瞬間的浪涌電流，要求二極管允許通過更大的電流，管

28、子參數應滿足 </p><p>　　IFM＞2IV=IO </p><p>　?。?）在已知負載電阻RL的情況下，根據式子選擇濾波電容C的容量，即</p><p>　　C≥（3～5） T /2RL</p><p>　　若容量偏小，輸出電壓UO將下降，一般均選擇大容量的電解電容；電容的耐壓應大于u2的峰值，同時要考慮電網電壓波動的

29、因素，留有足夠的余量。</p><p>　　電容濾波電路的負載能力較差，僅適用于負載電流較小的場合。</p><p>　　4.2.3、穩(wěn)壓電路</p><p>　　在設計中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點，將電容器和負載電容并聯或電容器與負載電阻串聯，以達到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo1=(1.1～

30、1.2)U2，直流輸出電流：（I2是變壓器副邊電流的有效值），穩(wěn)壓電路可選集成三端穩(wěn)壓器電路。穩(wěn)壓電路原理電路見圖6</p><p>　　圖（6）穩(wěn)壓電路原理圖</p><p>　　3、設計的電路原理圖</p><p><b>　　圖（7）電路原理圖</b></p><p><b>　　五、設計步驟</b

31、></p><p><b>　　1．電路圖設計方法</b></p><p>　?。?）確定目標：設計整個系統是由那些模塊組成，各個模塊之間的信號傳輸，并畫出直流穩(wěn)壓電源方框圖。</p><p>　?。?）系統分析：根據系統功能，選擇各模塊所用電路形式。</p><p>　?。?）參數選擇：根據系統指標的要求，確定各

32、模塊電路中元件的參數。</p><p>　?。?）總電路圖：連接各模塊電路。</p><p>　?。?）將各模塊電路連起來，整機調試，并測量該系統的各項指標。</p><p>　?。?）采用三端集成穩(wěn)壓器電路，用輸出電壓可調且內部有過載保護的三端集成穩(wěn)壓器，輸出電壓調整范圍較寬，設計一電壓補償電路可實現輸出電壓從 0 V起連續(xù)可調，因要求電路具有很強的帶負載能力，需

33、設計一軟啟動電路以適應所帶負載的啟動性能。該電路所用器件較少，成本低且組裝方便、可靠性高。</p><p><b>　　2．設計方法簡介</b></p><p>　?。?）根據設計所要求的性能指標，選擇集成三端穩(wěn)壓器。</p><p>　　因為要求輸出電壓可調，所以選擇三端可調式集成穩(wěn)壓器，可調式集成穩(wěn)壓器，常見主要有CW317、CW337、L

34、M317、LM337。317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調的正電壓，337系列穩(wěn)壓器輸出連可調的負電壓，可調范圍為2.5V~36V，最大輸出電流 為1.5A。穩(wěn)壓內部含有過流、過熱保護電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點。其電壓調整率和電流調整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構成的可調電壓穩(wěn)壓電源。</p><p><b>　　輸出電壓表達式為：</b></p><p&g

35、t;　　式中，1.25是集成穩(wěn)壓塊輸出端與調整端之間的固有參考電壓 ，此電壓加于給定電阻兩端，將產生一個恒定電流通過輸出電壓調節(jié)電位器 ， 一般使用精密電位器，與其并聯的電容器C可進一步減小輸出電壓的紋波。</p><p>　　輸出電壓可調范圍：2.5V～36V</p><p>　　輸出負載電流：1.5A</p><p>　　能滿足設計要求,故選用LM317組成穩(wěn)壓

36、電路。</p><p>　　（2）選擇電源變壓器</p><p>　　1）確定副邊電壓U2:</p><p>　　根據性能指標要求：=3V =9V</p><p><b>　　又 ∵，</b></p><p><b>　　其中：，</b></p><p&g

37、t;<b>　　∴</b></p><p><b>　　此范圍中可任選 ：</b></p><p>　　根據 Uo1=(1.1～1.2)U2</p><p>　　可得變壓的副邊電壓：</p><p>　　2）確定變壓器副邊電流I2</p><p><b>　　∵=&

38、lt;/b></p><p>　　又副邊電流=(1.5～2) 取==800mA</p><p>　　則=1.5*0.8A=1.2A</p><p>　　3）選擇變壓器的功率</p><p>　　變壓器的輸出功率：>=14.4W</p><p>　?。?）選擇整流電路中的二極管</p><

39、;p>　　查手冊選整流二極管IN4001，其參數為：反向擊穿電壓UBR=50V>17V</p><p>　　最大整流電流IF=1A>0.4A</p><p>　?。?）濾波電路中濾波電容的選擇</p><p>　　濾波電容的大小可用下式求得。</p><p><b>　　1）求</b></p>

40、;<p>　　根據穩(wěn)壓電路的的穩(wěn)壓系數的定義：</p><p>　　設計要求≤15mV ，SV≤0.003</p><p><b>　　=+3V～+9V</b></p><p><b>　　=14V</b></p><p><b>　　代入上式，則可求得</b>&

41、lt;/p><p><b>　　2）濾波電容C</b></p><p>　　設定==0.8A，t=0.01S</p><p><b>　　則可求得C。</b></p><p>　　電路中濾波電容承受的最高電壓為 ，所以所選電容器的耐壓應大于17V。</p><p>　　注意： 因

42、為大容量電解電容有一定的繞制電感分布電感，易引起自激振蕩，形成高頻干擾，所以穩(wěn)壓器的輸入、輸出端常 并入瓷介質小容量電容用來抵消電感效應，抑制高頻干擾。</p><p><b>　　六、心得體會</b></p><p>　　設計過程中碰到的困難</p><p>　　1. 不了解三端穩(wěn)壓器管腳的輸入和輸出情況致使接線錯誤導致部分元件燒壞。 <

43、;/p><p>　　2. 元件金屬管腳伸出電路板過長在測試過程中極容易導致部分線路短路 解決方案及時將部分過長管腳剪短部分管腳當成導線接入電路中 </p><p>　　3. 電路在開始焊接的時候沒有規(guī)劃好需要較長的導線繞過元件同時焊錫過多地堆在電路板上 解決方案用焊錫吸錫器將多余的焊錫吸掉并將接入復雜的原件重新接入再接元件的時候事先在電路板上比劃一下 </p><p>

44、　　4. 電路在焊接過程中部分焊錫點接觸不良。 解決方案及時查找出接觸不良的點重新焊接。</p><p>　　5. 具體哪些節(jié)點需要接地不明確怎樣接地不清楚。 解決方案及時查閱相關資料了解清楚哪些節(jié)點需要節(jié)點</p><p>　　6. 滑動變阻器阻值過大輸出電壓在電阻變化過程中開始沒有變化回來急劇變化。 解決方案調換滑動變阻器使阻值適中。</p><p><b

45、>　　七、實物展示</b></p><p><b>　　圖（8）實物圖</b></p><p><b>　　八、參考文獻</b></p><p>　　[1]陳大釗 電子技術基礎實驗 高等教育出版社2000 </p><p>　　[2]路勇 電子電路實驗及仿真 北京交通大學出版社 清