1、欽州學院模擬電子技術課程設計報告串聯型連續可調直流穩壓正電源設計院系專業學生班級姓名學號指導教師單位物理與電子工程學院指導教師姓名 指導教師職稱講師2013年10月串聯型連續可調直流穩壓正電源電子信息工程專業2010級指導教師摘要：根據設計的指標和要求，以集成三端穩壓管為核心，構成穩壓電路，加上電源變壓、整流濾波網絡，設計出集成直流穩壓電源。市電 220V 由電源變壓器變壓為 24V 后，經橋式整流電路整流和電容濾波，便可接三端穩壓管的穩壓電路得到所需的連續可調直流穩壓正電源。 本系統工作可靠， 性能穩定， 電路簡單， 還具有防反接、過流保護功能。經測試，本系統動能完善，很好的實現了各項設計指

2、標。關鍵詞 ：串聯，電源，可調，穩壓設計目的 :（ 1）進一步掌握模電電子技術課程所學的理論知識。（ 2）熟悉幾種常用穩壓電源芯片，并掌握其工作原理，進一步學會使用其進行電路設計。（ 3）掌握Multisim 仿真軟件的使用。（4）學習Altium Designer基本知識，并運用其繪制電源 sch原理圖和PCB圖;（ 5）掌握電子電路板制作的全過程，實現電源的制作；（ 6）懂得測量電源相關各項技術指標，完成系統調試。設計技術指標與要求:（ 1）基本功能設計制作一串聯型連續可調直流穩壓正電源電路。（ 2）基本要求輸出直流電壓1.5S10V可調； 輸出電流Iom=300mA （有電流擴展功能）

3、穩壓系數Sr 0 0.05;目錄前言 11串聯型連續可調直流穩壓正電源11.1 設計方案 11.2 設計所需要元件 22設計原理 22.1 電源變壓部分 32.2 橋式整流電路部分 32.3 電容濾波電路部分 42.4 直流穩壓電路部分 52.5 原理及計算 53 電路仿真 63.1 電路仿真 64電路連接測試 74.1 安裝焊接 74.2 測試 94.2.1 使用儀器 94.2.2 測試結果 95 設計體會 9參考文獻 10欽州學院本科課程設計、, 、 刖百在電子系統（如電視接收機、VCDL、組合音響等）都要求用穩定的直流電源，而 日常生活中使用的都是220Vt流電源，因此，需將交流電變換成

4、直流電.將交流電壓 變換成直流電壓并使之穩定的設備就是直流穩壓電源. 直流穩壓電源一般由電源變壓 器、整流電路、濾波電路和穩壓電路組成，基本框圖如圖1所示。在很多場合，都需要具有足夠調壓范圍和帶負載能力的直流穩壓電源電路，要求輸出電壓連續可調；所選器件和電路必須達到在較寬范圍內輸出電壓可調； 輸出電壓應能夠適應所帶負載的 啟動性能；止匕外，電路須簡單可靠，能夠輸出較大電流。圖1直流穩壓電源1設計思想及原理1.1 設計方案方案一 晶體管串聯式直流穩壓電路。電路框圖如圖1.1a所示，該類電路中，輸 出電壓U有取樣電路取樣后得到取樣電壓，取樣電壓與基準電壓進行比較得到誤差電 壓，該誤差電壓對調整管的

5、工作狀態進行調整，從而使輸出電壓發生變化，該變化與由于供電電壓uI發生變化引起的輸出電壓的變化正好相反， 從而保證輸出電壓Ucfi 定值（穩壓值）。在基準電壓處設計輔助電源，用于控制輸出電壓能夠從 0 V開始調節。 單純的串聯式直流穩壓電源電路很簡單， 但增加輔助電源后，電路比較復雜，由于都 采用分立元件，電路的可靠性難以保證。圖1.1a 串聯式穩壓電源電路方案二 開關穩壓電源電路。功耗小，效率高，但電路復雜，紋波較大，存在開 關干擾，它產生的交流電壓和電流通過電路中的其他元器件產生尖峰干擾和諧振干 擾，此外由于開關穩壓電源振蕩器沒有工頻變壓器的隔離，這些干擾就會用入工頻電網，使附近的其他電子

6、儀器、設備和家用電器受到干擾。方案三 采用三端集成穩壓器電路。電路框圖如圖1.1b所示，一般采用輸出電 壓可調且內部有過載保護的三端集成穩壓器，輸出電壓調整范圍較寬，穩定性高， 紋波小，可靠性高，易做成多路，且電路所用器件較少，成本低，電路簡單，組裝 方便。綜上所述，采用方案三1.2 設計所需的元件(1) LM117/LM317可調式集成三端穩壓管 LM117/LM317有三條引腳輸出，分別是調節端、輸出端和輸入端，采用 TO- 220的標準封裝，外部引腳圖如圖1.2a所示。調節1腳調節端電壓，具輸出端電壓范圍為：1. 2V37V可調，其芯片內有過渡、過熱和安全工作區保護，最大輸出電流為 1.

7、 5A。典型電路如圖4.2所示，通過改變R2的 值改變輸出電壓。圖1.2a LM117/LM317外部引腳圖圖1.2b LM317/LM317 外部電路典型圖2設計原理220V交流市電先被引入變壓器中進行變壓，本系統中采用的是24V變壓器，故得到24V交流電接入圖中，經D、D2、D3、D4組成的橋式整流電路后可得到只有正 半周期的連續波形，經C1、C2大電容濾波，可得到紋波較大的直流電壓，在經過小 電容濾去高頻噪聲后就可分別送至各個三端穩壓管的輸入，在三端穩壓管的輸出端即 可得到對應所需的穩定直流電壓，同理在三端穩壓管的輸出端接入兩個電容分別是為了濾去高頻噪聲和減小紋波，最后在三端穩壓管的輸出

8、端得到電壓穩定，波紋、噪聲很小的直流電。可調式集成三端穩壓管LM317Ts節變阻器R1的值阻即可改變輸出的 電壓值。串聯型連續可調直流穩壓正電源電路圖如圖2.2a所示。圖2.2a 串聯型連續可調直流穩壓正電源電路圖1.1 電源變壓部分電源變壓器的作用是將電網220V的交流電壓Vi變換成整流濾波電路所需要的交 .流電壓V 2 ,如圖11。見公式（1.1）變壓器副邊P2與原邊的功率P1比為應=刈（1.1）P1式中，刀為變壓器的效率。一般小型變壓器的效率如表1所示。表1小型變壓器的效率副邊功率P2 /VA 1/2Io、Ur 1.414U2結構簡單性能優越，絕大多數整流電路采用橋式整 流電路，所以本次

9、工程訓練采用橋式整流。整流電路將交流電壓U變成脈動的直流電壓。再經濾波電路濾除較大的文波成 分，輸出文波較小的直流電壓。常用的整流濾波電路有全正波整流濾波、橋式整流濾波。我們采用的是橋式整流電路。 .四個整流二極管組成單相橋式整流電路，將交流電壓 V 2變成脈動直流電壓， 如圖2.2a所示，得到輸出電壓Ud,波形圖如圖2.2c所示。再經過濾波電容 C濾除波紋，輸出直流電壓7 3。V3與直流電壓V 2的有效值V2的關系如下公式（1.2）(1. 2)(1. 3)V3=(1.1 1.2) V2每只二極管承受的最大反向電壓Vrm如下公式（1. 3）所示Vrm = 2 V2U2 +圖2.2b電源變壓和全

10、橋濾波整流電路圖2.2c 全橋整流電路波形圖1.3 電容濾波電路部分整流濾波的電路的輸出電壓是單一方向的，但是含有較大的交流成分，不能適 應大多數電子電路及設備的需要。 因此在整流后，還需要用濾波電路將脈動的直流電 壓變為平滑的直流電壓，需要濾波電路。濾波電路主要有：電容濾波、RC-n型濾波、LV-n型濾波、L濾波，LC濾波, 其中最簡單的濾波電路是電容器，具優點：電路簡單，負載直流電壓較高，紋波也較 小，適用于小電流。用大電容電解電容并聯即可實現， 所以我們采用的就是電容濾波 電路。電容濾波電路如圖2.2d所示，其功能已經能滿足本系統的需求。uaUo圖2.2d電容濾波電路1.4 直流穩壓電路

11、部分經過濾波后的輸出電流電壓仍然存在較大的波紋，而且交流電網電壓容許 有起伏，隨著電網電壓的起伏輸出電壓也會隨之變動。止匕外，經過濾波后輸出 的直流電壓也負載的大小有關，當負載加重的時候，由于輸出的電流能力有限， 使得輸出的電流電壓下級。因此，當需要穩定的直流電壓的時候，在整流、濾 波電路后通常需要配有穩壓電路。穩壓是該設計方案的主要，也是關鍵部分。 根據設計要求的性能指標，選擇可調試三端穩壓器。可調式三端穩壓管 LM117T,外部典型電路如圖7所示，其中電阻R2與電位器 R1組成輸出電壓調節器，輸出電壓 Uo的表達式如下公式（1. 4）所示：U0=1. 25（1+ Ri/R2）（1. 4）式

12、中R一股取120240, R1為精密可調電位器。改變 R1的值即可改變輸出電 壓。電容G可進一步消除紋波，還可起到相位補償的作用，以防止自激振蕩.D5用IN4148。1.5 原理及計算選擇變壓器時，根據變壓器副邊輸出的功率P2來選取變壓器。由公式（1.2）可得變壓器副邊的輸出電壓 V2與穩壓器輸入電壓V3的關系。V2的值不能取大，V2越大，穩壓器的壓差越大，功耗也就越大。一般取 V2 V3min/1.1 , I2 I omax。本 系統中輸入電壓的范圍是13VMV3M42V。副邊電壓V2之13/1.1V,取V2=12V,副邊電流I 2 Iomax=1A,則變壓器副邊輸出功率P2之V2 I 2

13、=12W由表1可知變壓器 效率為0.7 ,則原邊輸入P1之P2 /4=17.1W）選用的變壓器的功率大于此值即可。整流二極管 D選用1N4007；其承受的最大反向電壓為1000V, I f=1A滿足Vrm，.2 V2o max條件濾波電容C的容量可由紋波電壓 AVop_p和穩壓系數Sv來確定。已知，Vo =11V, V3=13V, AV0P上=5mA, Sv=3X 10、由式（1. 5）計算穩壓器的輸入電壓變化量 AV1-V3 =”3Vo Sv(1. 5)9代入計算得NV3 = 1.97V,由下式（1.6）可得電容C的容量C=(1. 6)Ic tV3其中，t 電容C放電時間，t= T =0.0

14、1s , Ic 電容C放電電流，可取Ic=Iomax=1A 2則C=507血F,電容的耐壓值應大于 41 V2 =16.92V。故取2只3300F/50V電容并聯通過前面的計算，已經得到了所有元件的參數。這樣就得到完整的連續可調穩壓 電源電路圖。這里計算的其實都還只是初步的參數，實際組裝完畢后應該仔細測量電 源的各項指標是否符合要求，各部分元件工作是否正常。如果發現問題，應該根據實 際情況作出調整。根據調整的結果來修正原理圖中的電路參數， 最終完成穩壓電源的 設計。3 電路仿真與PCB3.1 電路仿真在計算機上使用multisim對設計的直流穩壓電源進行仿真，仿真的結果為能實 現最初的設計目標

15、，仿真電路如圖 3.1a, 3.1b, 3.1c所示。圖3.1a串聯型連續可調直流穩壓正電源最大輸出電壓仿真圖圖3.1b串聯型連續可調直流穩壓正電源最小輸出電壓仿真圖圖3.1c串聯型連續可調直流穩壓正電源最大輸出電流仿真圖4 電路連接測試4.1 安裝焊接按圖2.2a連接好線路，檢查電路的電氣連通性能正常。把元器件焊接好。設計 實物的正、反面圖如圖4.1a、圖4.2b所示。圖4.1a設計實物正面圖圖4.2b設計實物反面圖4.2 測試4.2.1 使用儀器使用的儀器有：VC980瞰字萬用表，直流散熱小風扇。4.2.2 測試結果使用數字萬用表+20V檔測量可得的輸出電壓從1.73V到10.15V連續可

16、調。 使 用散熱風扇測試。測試結果為：當風扇兩端電壓為1.73V時，流過風扇的電流為0.01mA當風扇兩端的電壓為4.83V時，流過風扇的電流為0.03mA當風扇兩端的 電壓為6.68V時，流過風扇的電流為0.03mA當風扇兩端的電壓為8.03V時，流過 風扇的電流為0.04mA當風扇兩端的電壓為9.04V時，流過風扇的電流為0.05mA 當風扇兩端的電壓為10.15V時，流過風扇的電流為0.05mA測試結果均滿足設計的 基本要求。5設計體會本次課程設計，我們分工合作，快速的完成了這次任務，蔣聰負責查資料，畫圖； 潘倩玲負責焊電路板；毛平鳳負責論文、在期間我們有相互討論方案和向他人指教。從這次

17、設計中我感到自己提高了電路應用方面的實踐技能，對于模電知識有了更深的了解，尤其是對連續可調直流穩壓電源的工作原理以及它的要求和性能指標方面 的知識有了進一步的研究。，加深了我對模擬電路設計方面的知識理論的認識與理解， 使我有效的結合所學知識，把理論應用于實際。同時實物的制作也提升了我的動手能 力，實踐能力，熟練掌握了焊接技術。通過此次課程設計對該電路的設計、組裝與調試，使我們加深了對橋堆整流電路， 電容濾波電路的了解，學會運用了用選擇器整流二極管、 濾波器、濾波電容及集成穩 壓器來設計直流穩壓電源。雖然在在設計過程遇到一些困難，比如在濾波電容的容量、電阻的阻值選擇上， 但是經過查閱的資料，認真思考，分析數據，總結經驗最后終于解決了各種各樣的困 難。，終于把這個串聯可調直流穩壓電源設計