1、精選優質文檔-傾情為你奉上課 程 設 計 任 務 書題 目 直流穩壓電源設計（寫自己的） 一、 設計的目的電源技術是一門很重要的技術，服務于各行各業。直流穩壓電源是電子技術中常用的儀器設備之一，廣泛應用于教學、科研等領域，是電子科技人員及電路開發部門進行實驗操作和科學研究不可缺少的電子儀器。整個電源系統是由變壓、整流、濾波、穩壓四部分組成。家用電器和其它各類電子設備都需要電壓穩定的直流電源供電，但實際生活中是由220V的交流電網供電，這就需要通過電源系統將交流電轉換成低電壓直流電。（寫自己的） 二、設計的內容及要求1) 輸入電壓為220V AC，輸出為直流電壓 2) 輸出電壓可調：Uo=+3V

2、+9V；最大輸出電流：Iomax=800mA；輸出電壓變化量：Vop_p5mV；4. 穩壓系數：SV 3) 學會直流穩壓電源的設計方法和性能指標測試方法 4) 培養實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力（寫自己的） 三、指導教師評語 四、成 績 指導教師 (簽章) 2017 年 06 月 16 日專心-專注-專業承 諾本人鄭重承諾：所呈交的設計（論文）是本人在導師的指導下獨立進行設計（研究）所取得的成果，除文中特別加以標注引用的內容外，本文不包含任何其他個人或集體已經發表或撰寫的設計（研究）成果。對本設計（研究）做出貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。如被發現設計（論文）中存在抄襲、造

3、假等學術不端行為，本人愿承擔一切后果。 學生簽名：摘 要在電子電路及電子設備中，通常都需要電壓穩定的直流電源供電。本文實現了串聯反饋調整型穩壓電源的設計，依據功能劃分，文中論述了組成該穩壓電源的各個部分。最后給出了總原理圖及元器件清單，對整體電路用multisim軟件進行了仿真分析。結果表明，該穩壓電源電路能夠達到預期目的，結構比較簡單，有較高的精度，是一種比較實用的電路，具有較高的實用價值。關鍵詞：直流穩壓電源；串聯反饋；保護電路撰寫說明：摘要要簡明扼要，寫大概100200字，3-8個關鍵詞。客觀反映論文的主要內容和研究方法，具有相對獨立性和完整性。關鍵詞：關鍵詞； 關鍵詞； 關鍵詞； 關鍵

4、詞（關鍵詞之間分號隔開，并加一個空格）AbstractIn the electronic circuit and electronic device, usually need a DC power supply voltage stability. This paper realizes the design of series feedbackregulated power supply. By functional division, this paper enlarged on ever

5、y parts of the stabilized voltage. Finally, the generalschematic and component list is given, the whole circuit is simulated with Multisim software. The results show that the stabilized voltage supply circuit can achieve the expected purpose. It has simple str

6、ucture and high accuracy, and it's a more practical circuit with high practical value.Keywords: DC Stabilized Voltage Supply; Series Feedback; Protection Circuit目 錄第1章 緒 論1.1 設計背景電源技術是一門很重要的技術，服務于各行各業。直流穩壓電源是電子技術中常用的儀器設備之一，廣泛應用于教學、科研等領域，是電子科技人員及電路開發部門進行實驗操作和科學研究不可缺少的電子儀器。整個電源系統是由變壓、整流、濾波、穩壓四部分組成

7、。家用電器和其它各類電子設備都需要電壓穩定的直流電源供電，但實際生活中是由220V的交流電網供電，這就需要通過電源系統將交流電轉換成低電壓直流電。1.2 直流穩壓電源概述在電子電路及電子設備中，通常都需要電壓穩定的直流電源供電，作為電子電路中必不可少的組成部分，它的作用之一是為各級電路中的三極管提供合適的偏置，其次是作為整個電子電路能量來源。常見的供電方式有兩種，一種是采用干電池、蓄電池或其他形式如光電池等向電路供電，這種供電方式是用化學能或其他形式的能量轉化為電能之后，向電路提供能量，其缺陷在于能量的使用要受實際條件（如電池的容量）的限制；另一種是利用電網向電路供電，這種供電方式是把電網的交

8、流電經過降壓、整流、濾波和穩壓之后，轉化為直流電向電路提供能量，其優勢在于電網所提供的能量是源源不斷的。小功率穩壓電源的組成可以用圖1. 1表示，它是由電源變壓器、整流、濾波和穩壓電路等四部分組成。圖1.1 直流穩壓電源結構圖和穩壓過程電源變壓器是將交流電網220V的電壓變為所需要的電壓值，然后通過整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網電壓波動（一般有±10%左右的波動）、負載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩壓電路。穩壓電路的作用是當電網電壓波動、負載和溫

9、度變化時，維持輸出直流電壓穩定。 當負載要求功率較大、效率高時，常采用開關穩壓電源。 在電子設備中，所需的直流電能比較小，一般在千瓦以下，但要求電壓的穩定性較高。通常對直流電源的要求是：輸出電壓穩定、紋波小、負載能力強等。直流電源的性能指標主要有如下幾個參數： （1）輸入電壓Ui。 電源所要求的（交流）輸入電壓，在我國一般是220V、50Hz 的交流電。（2）額定輸出電壓U0 。電源輸出的直流電壓值，可變電源為某個范圍值。 （3）最大輸出電流IM 。電源在額定輸出電壓U0 ，所能提供的最大輸出電流。有時也用最大輸出功率PM 來表示。（4）紋波系數S。電源輸出電壓所含有的基波分量的峰值與輸出直流

10、電壓之比，它反應了輸出電壓的穩定程度。 本設計主要討論的是把電網電壓的單相交流電轉換為直流電源的方法、實現的電路及直流電源的性能指標。最后簡單介紹開關型穩壓電源的電路組成原理及分析方法。1.3 本文研究的主要內容通過集成直流穩壓電源的設計，安裝和調試，學會選擇變壓器、整流二極管、濾波電容、集成穩壓器及相關元器件設計直流穩壓電源；掌握直流穩壓電路的調試及主要技術指標的測試方法。設計基本要求：1、根據設計要求確定直流穩壓電源的設計方案，計算和選取元件參數。2、完成各單元電路和總體電路的設計，并用計算機繪制電路圖。3、完成電路的安裝、調試，使作品能達到預定的技術指標。4、給出測試各項技術指標的方法（

11、包括所使用的儀器），撰寫測試報告及使用說明書。撰寫說明：緒論一般應包括：本研究課題的背景及理論與實際意義；國內外研究現狀和進展；研究的基本思路與采用的方法等。由于是課程設計，有些選題的研究背景和實際意義不大的話，也可以按照上面寫下所用的相關理論和軟件簡介也可以。正文要求用小四，首行空兩個，1.5倍行距，后面正文同此。標題一律用1.1、1.1.1、1.2、1.2.1等，全部用阿拉伯數字，不能出現中文數字，標題格式設置最多到三級（即到1.1.11.2.1等），后面章節標題也是同樣如此。出現新的一章要另起一頁。標題格式已經設置好，大家按照所給的格式來進行。緒論寫2-3頁即可。其他緒論寫法參考：第1章

12、 緒 論1.1 ×××××的研究目的與意義1.2 ×××××的研究現狀與發展趨勢1.3 ×××××的研究方法1.4 設計的思路和實現方法第1章 緒 論1.1 本論文的背景和意義1.2 本論文的主要方法1.3 本論文的主要內容1.4 本論文的結構安排第2章 設計介紹2.1 設計任務與要求設計任務（1）輸出電壓可調：Uo=+3V+9V（2）最大輸出電流：Iomax=800mA（3）輸出電壓變化量：Vop_p5mV（4）穩壓系數：SV設計要求 （1）根

13、據設計要求確定直流穩壓電源的設計方案，計算和選取元件參數。（2）完成各單元電路和總體電路的設計，并用計算機繪制電路圖。（3）完成電路的安裝、調試，使作品能達到預期的技術指標。（4）給出測試各項技術指標的方法，撰寫測試報告。2.2 方案設計與論證方案1：可調式三端穩壓電源設計該方案需使用三端穩壓芯片作為穩壓電路可調部分，其輸出電壓調整范圍寬。優點：該方案結構簡單，使用方便，干擾和噪音小缺點：數字電位器誤差較大，控制精度不夠高。方案2：采用A/D或D/A采用A/D和D/A構成直流電源的電路如圖2.1和所示。利用AVR單片機自帶的D/A口DAC0輸出02.5V的電壓，然后經一級反相放大器和跟隨器，此

14、時可以輸出0到5V電壓。但是因為A/D變換器只能采集0到+2.56V的電壓，所以再在跟隨器后面加一級反相放大器器然后送回到A/D采樣，MCU比較發現DAC0輸出為正確電壓時，則從跟隨器后直接輸出電壓，這樣就可以輸出0到-5V的電壓了。當需要正相電壓時從DAC1口輸出電壓，這時就不需要反相，其它原理與DAC0相似。圖2.1 采用D/A和A/D方案的電路原理圖優點：精確度高，紋波小，效率和密度比較高，可靠性也不錯。缺點：電路相對復雜，AVR單片機的IO口不能容忍負電壓，否則會被損壞。方案3：晶體管串聯式直流穩壓電路晶體管串聯式直流穩壓電路。電路框圖如圖2.2所示，該電路中，輸出電壓UO經取樣電路取

15、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UO為恒定值(穩壓值)。圖2.2 晶體管串聯式直流穩壓電路框圖優點：單純的電路很簡單，易于連接缺點：增加輔助電源后電路結構復雜，多采用分立式原件，電路可靠性低直流穩壓電源是電子設備能量的提供者，對直流電源要求是：輸出電壓的幅值穩定，平滑，變換頻率高，負載能力強，溫度穩定性好。 綜合以上3種方案，得出結論，第1種方案最可行。總體設計應該簡單耐用。撰寫說明：從第2章開始是課程設計（論文）主體，應結構合理

16、，層次清楚，重點突出，文字簡練、通順。主體的內容應包括以下各方面：本研究內容的總體方案設計與選擇論證；本研究內容各部分（包括硬件與軟件）的設計計算；本研究內容試驗方案設計的可行性、有效性以及試驗數據處理與分析；本研究內容的理論分析。對本研究內容及成果應進行較全面、客觀的理論闡述，應著重指出本研究內容中的創新、改進與實際應用之處。理論分析中，應將他人研究成果單獨書寫，并注明出處，不得將其與本人提出的理論分析混淆在一起。對于將其他領域的理論、結果引用到本研究領域者，應說明該理論的出處，并論述引用的可行性與有效性。第3章 電路設計與器件選擇3.1 電路設計整流電路采用橋式整流電路，電路如圖3.1所示

17、。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。電路的輸出波形如圖3.2所示。圖3.1整流電路圖3.2 輸出波形圖在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內導電，所以流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，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)。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=

18、(1.11.2)U2，直流輸出電流：Io1=I2/(1.52)（I2是變壓器副邊電流的有效值。），穩壓電路可選集成三端穩壓器電路。總體原理電路見圖3.3。圖3.3穩壓電路原理圖3.2 器件選擇3.2.1 集成三端穩壓器因為要求輸出電壓可調，所以選擇三端可調式集成穩壓器。可調式集成穩壓器，常見主要有CW317、CW337、LM317、LM337。317系列穩壓器輸出連續可調的正電壓，337系列穩壓器輸出連可調的負電壓，可調范圍為1.2V37V，最大輸出電流為1.5A。穩壓內部含有過流、過熱保護電路，具有安全可靠，性能優良、不易損壞、使用方便等優點。其電壓調整率和電流調整率均優于固定式集成穩壓構成

19、的可調電壓穩壓電源。LM317系列和lM337系列的引腳功能相同，管腳圖和典型電路如圖3.4和圖3.5。圖3.4管腳圖圖3.5典型電路輸出電壓表達式為：式中，1.25是集成穩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電位器，電阻常取值，在這里，因為只買到10K的電位器，再串聯一個R2，根據LM317輸出電壓表達式，取：R1=2.2k,R2=2k。我們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。圖中加入了二極管D，用于防止輸出端短路時10µF大電容放電倒灌入三端穩壓器而被損壞。LM317其特性參數：輸出電壓可調

20、范圍：1.2V37V輸出負載電流：1.5A輸入與輸出工作壓差U=Ui-Uo：340V由于能滿足設計要求，故選用LM317組成穩壓電路。3.2.2 電源變壓器電源變壓器的作用是將來自電網的220V交流電壓u1變換為整流電路所需要的交流電壓u2。電源變壓器的效率為：其中：是變壓器副邊的功率，是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率如表2.1所示：表3.1 小型變壓器的效率 副邊功率 效率0.60.70.80.85 因此，當算出了副邊功率后，就可以根據上表算出原邊功率。由于LM317的輸入電壓與輸出電壓差的最小值，輸入電壓與輸出電壓差的最大值，故LM317的輸入電壓范圍為： 即 ， 取 變壓器副邊電

21、流： ，取，因此，變壓器副邊輸出功率： 由于變壓器的效率，所以變壓器原邊輸入功率，為留有余地，選用功率為的變壓器。3.2.3 整流二極管由于：，。IN4001的反向擊穿電壓，額定工作電流，故整流二極管選用IN4001。3.2.4 濾波電容根據 ，和公式可求得： 所以，濾波電容： 電容的耐壓要大于，故濾波電容C取容量為，耐壓為的電解電容。3.3 總原理圖及元器件清單3.3.1 總原理圖、PCB圖圖3.6 總原理圖總原理圖如圖3.6所示。PCB圖如圖3.7所示。圖3.7 PCB圖3.3.2 元件清單元件清單如表3.2所示。表3.2 元件清單元件序列型號元件參數值數量備注Ji變壓器12V1實際輸入電

22、壓大于12VD1 D2 D3 D4 D5 D6二極管1N4001，1A6也可用1N4007D7發光二極管1FUSH熔斷絲1A1C1 C2電解電容4700uF/25V2C5電解電容01uF1C9電解電容1uF/25V1C7電解電容10uF/25V1SW開關1R3電阻22k1R4電阻1K1R1電阻2k1R2電位器10K1U三穩壓器LM317可調范圍1.2V37V1撰寫說明：以上只是結合本設計題目的設計列出了部分標題層次，大家可以結合自己的題目自行安排有關內容和層次。層次的安排和劃分要求有一定的邏輯性和條理性。要把所設計的圖形進行截圖，并且寫上圖號和圖注（圖號要寫出如圖3.1、圖3.2等以此寫下去，

23、要根據章節號來寫，第3章的圖，就寫3.×，等，圖注就寫上相應內容，比如前面圖號和圖注就是“圖3.1整流電路” ），并且對圖的內容和功能大概有個說明和介紹，起什么作用等。出現的一些非軟件截圖，比如用到的有些硬件組成圖或其他輔助圖一律重畫，有些同學在網上找的圖除非是實物圖片什么的可以不用畫，其他的凡是電路圖、組成圖、流程圖等都要重新繪制。第4章 仿真運行和調試4.1 仿真搭建按PCB圖制作好電路板。安裝時，先安裝較小的元件，故先安裝整流電路，再安裝穩壓電路，最后再裝上濾波電路。安裝時二極管和電解電容的極性不要接反。檢查無誤后，將變壓器與整流濾波電路連接，通電后，用萬用表檢查整流后輸出LM

24、317輸入端電壓UI的極性，若UI的極性為負，則說明整流電路沒有接對，此時若接入穩壓電路， 就會損壞集成穩壓器。然后接通電源，調節RW的值，若輸出電壓滿足指標，說明穩壓電源中各級電路都能正常工作，此時就可以進行各項指標的測試。因在multisim沒有LM317元件，故用同一系列的LM117代替。使用multisim 仿真調試圖如圖4.1所示。電位器在0到10K之間，輸出電壓連續可調：約為3V9V。(a) 電位器R2取最大值時，Uo=9.088V(b) 電位器R2取最大值時，Uo=2.983V圖4.1仿真搭建4.2 仿真運行4.2.1 輸出電壓與最大輸出電流的測試測試電路如圖4.2所示。一般情況

25、下，穩壓器正常工作時，其輸出 被測電流要小于最大輸出電流，取，可算出RL=20，工作時上消耗的功率為：故取額定功率為10W，阻值為20的電位器。圖4.2穩壓電源性能指標的測試電路測試時，先使，交流輸入電壓為220V，用數字電壓表測量的電壓值就是Uo。然后慢慢調小，直到Uo的值下降5%，此時流經的電流就是，記下后，要馬上調大的值，以減小穩壓器的功耗。仿真運行結果如圖4.3和4.4所示。圖4.3 R5（RL）=20歐姆，Uo=8.78V, Io=438.979mA圖4.4 Uo下降5%（8.332V）時，Io=846.644mA,即Iomax=Io.4.2.2 紋波電壓的測試用示波器觀察Uo的峰峰

26、值，（此時Y通道輸入信號采用交流耦合AC），測量Uop-p的值（約幾mV）。仿真運行結果如圖4.5所示。圖4.5 紋波電壓的測試結果由示波器得出：Uop-p=106。845uV4.2.3 穩壓系數的測量按圖4.2所示連接電路， 在時，測出穩壓電源的輸出電壓Uo。然后調節自耦變壓器使輸入電壓，測出穩壓電源對應的輸出電壓Uo1 ；再調節自耦變壓器使輸入電壓，測出穩壓電源的輸出電壓Uo2。則穩壓系數為： 因為，在本調試中，無法得到自耦變壓器，所以只能把電壓歸算到降壓器的輸出電壓(Ui)：U1=198V, Ui=10.8VU1=220V, Ui=12.0VU1=242V, Ui=13.2V（a）Ui=

27、12時，Uo=8.726V （b）Ui=10.8V時，Uo=8.72V （c）Ui=10.8V時，Uo=8.72V 圖4.6 穩壓系數的測量所以，穩壓系數：=0.0022根據上面分析，可以給出按設計要求，測試結果及誤差分析參見表4.1所示。表4.1 測試結果及誤差分析設計要求測試結果誤差分析Uo=+3V+9V2.983V 9.088V 0.01%Iomax=800mA846.644mA0.05%Vop_p5mV106。845uV106845uV 5mVSV0.00222%撰寫說明：說明仿真運行情況，以及實現的功能等。除過第1章叫“緒論”和最后叫“結論”固定外，其余各章根據每個人情況自行命名。比

28、如，本章也可以叫“測試和結果分析”等等。結論與心得經過一個多月的努力，終天完成的這個設計。從選題到畫圖制板花了差不多一個星期的時間，后面的調試占了大部分的時間。由于沒有找到示波器，所以調試時，除了測試電壓電流用到實物外，其他參數測試只能在仿真軟件下進行的。在這里選用了multisim進行仿真，雖然multisim不是很難學，但由于自己對multisim還沒有熟練的掌握，仿真過程中還是會有一定的誤差。在實際做成的電路板中,由于買不到等值參數的元件，測量出來的性能指標參數難免會有一定的誤差,對元件封裝的不了解，也造成了銅板的浪費。第一次做成的板子，由于沒有注意到protel給出的LM317的原理圖

29、管腳，花費了大量的時間去調試。正確的管腳為:1腳為調整，2腳為輸出，3腳為輸入。焊板的時候，不要對著3D來焊，應以PCB為基準。3D圖雖然形象的把電路板模擬出來了，但與實物還有有很大的差別的，特別是二極管，電解電容，極性錯亂，而且有很多圖沒有樣板。還有，12V的變壓器輸入的電壓會比12V高一些的。雖然輸出電壓增加或減少由LM317的調整腳上的串聯電位器（R2）來控制，但是并聯在LM317調整腳和輸出腳上的電阻R1也可改變輸出電壓的最小值。本次的課程設計，培養了我們綜合應用課本理論解決實際問題的能力；我覺得課程設計對我們的幫助是很大的，它需要我們將學過的理論知識與實際系統地聯系起來，加強我們對學過的知識的實際應用能力！在設計的過程中還培養出了我們的團隊精神，同學們共同協作，解決了許多個人無法解決的問題；在今后的學習過程中我們會更加努力和團結。回顧起此課程設計，至今我仍感慨頗多，從理論到實踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所