1、可調集成直流穩壓電源課程設計報告目錄1 .設計任務與要求32 .方案設計與論證33 .單元電路設計與參數計算84 .整體電路圖.105 .總原理圖及元器件清單116 .性能測試與分析13七課程設計報告總結1818八.參考文獻一、設計任務與要求1 .設計一集成穩壓電路要求：(1)輸出電壓可調：Uo=+3V+9V(2)最大輸出電流：Iomax=800小輸出電壓變化量：(4)穩壓系數：5<0.0032 .通過設計集成直流穩壓電源,要求掌握：(1)選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩壓器來設計直流穩壓電源.(2)掌握直流穩壓電源的調試及主要技術指標的測試方法.二、方案設計與論證1.直流穩壓電

2、源的根本原理直流穩壓電源是一種將220V工頻交流電轉換成穩壓輸出的直流電的裝置,它需要變壓、整流、濾波、穩壓四個環節才能完成.一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩壓電路所組成,根本框圖如下：(a)穩壓電源的組成框圖(b)整流與穩壓過程)其中,(1)電源變壓器：是降壓變壓器,它的作用是將220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui.變壓器的變比由變壓器的副邊按確定,變壓器副邊與原邊的功率比為P2/Pl=n,式中n是變壓器的效率.(2)整流電路：利用單向導電元件,將50Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電.2、整流電路(1)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.圖3單相橋式

3、整流電路(2)工作原理設變壓器副邊電壓u2=2U2sinot,U2為有效值.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于輸出電流的平均值的一半,即電路中的每只二極管承受在橋式整流電路中,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的最大反向電壓為(U2是變壓器副邊電壓有效值).(3)濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大局部濾除.濾波電路濾除較大的波紋成分,輸出波紋較小的直流電壓U1.常用的整流濾波電路有全波整流漉波、橋式整流濾波等.采用漉波電路

4、可漉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.在整流電路的輸出端,即負載電阻RL兩端并聯一個電容量較大的電解電容C,那么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.從圖4可以看出,當U2為正半周時,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tlt2,輸出電壓uo=ucQ112；110達峰值后u2減小,當uou2時,VD1、VD3提前截止,電容C通過RL放電,輸出電壓緩慢下降如t2t3,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己開始

5、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t3t4,如此周而復始.電路進入穩態工作后,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.顯然,放電時間常數RLC越大、輸出電壓越平滑.假設負載開路RL=8,電容無放電回路,輸出電壓將保持為U2的峰值不變.1輸出電壓的估算顯然,電容濾波電路的輸出電壓與電容的放電時間常數t=RLC有關,T應遠大于U2的周期T,分析及實驗說明,當t=RLC>35T/2時,濾波電路的輸出電壓可按下式估算,即UO1.2U22整流二極管導通時間縮短了,

6、存在瞬間的浪涌電流,要求二極管允許通過更大的電流,管子參數應滿足IFM>2IV=IO3在負載電阻RL的情況下,根據式子選擇濾波電容C的容量,即CN35T/2RL假設容量偏小,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112的峰值,同時要考慮電網電壓波動的因素,留有足夠的余量.電容濾波電路的負載水平較差,僅適用于負載電流較小的場合.4穩壓電路:穩壓管穩壓電路其工作原理是利用穩壓管兩端的電壓稍有變化,會引起其電流有較大變化這一特點,通過調節與穩壓管串聯的限流電阻上的壓降來到達穩定輸出電壓的目的.由于穩壓電路發生波動、負載和溫度發生變化,淀波電路輸出的直流電壓會隨著變化.

7、因此,為了維持輸出電壓穩定不變,還需加一級穩壓電路.穩壓電路的作用是當外界因素電網電壓、負載、環境溫度等發生變化時,使輸出直流電壓不受影響,而維持穩定的輸出.穩壓電路一般采用集成穩壓器和一些外圍元件組成.采用集成穩壓器設計的電源具有性能穩定、結構簡單等優點.集成穩壓器的種類很多,在小功率穩壓電源中,普遍使用的是三端穩壓器.按照輸2 .設計方案：擴展應用：LM317的輸出電壓可以從1.25V連續調節到37Vo其輸出電壓可以由下式算出：輸出電壓=L25x1+ADJ端到地的電阻/ADJ端到+Vout端的電阻.如果你需要其它的電壓值,即可自選改變有關電阻的阻值來得到.值得注意的是,LM317T有一個最

8、小負載電流的問題,即只有負載電流超過某一值時,它才能起到穩壓的作用.這個電流隨器件的生產廠家不同在38mA不等.這個可以通過在直流穩壓電源負載端接一個適宜的電阻來解決.LM317是常見的可調集成穩壓器,最大輸出電流為2.2A,輸出電壓范圍為1.2537V其接法如下：D21,2腳之間為1.25V電壓基準.為保證穩壓器的輸出性能,R1應小于240歐姆.改變R2阻值即可調整穩壓電壓值.DI,D2用于保1,2腳之間為L25V電壓基準.為保證穩壓器的輸出性能,R1應小于240歐姆.改變R2阻值即可調整穩壓電壓值.DLD2用于保Uo=(l+R2/Rl)*l.25三、單元電路設計與參數計算L集成三端穩壓器選

9、擇集成穩壓器:集成穩壓器選用CW317,其輸出電壓范圍為：%=1.2371/,最大輸出電小、為L5A.所確定的穩壓電源電路如圖41所示.集成穩壓器的輸出電壓Uo應與穩壓電源要求的輸出電壓的大小及范圍相同.穩壓器的最大允許電流lomvlomax,穩壓器的輸入電壓范圍為:Uomax+CUi-Uo)ininUiUomin+(Ui-Uo)maxDO圖4-1輸出電壓可謂的穩壓電源選擇電源變壓器Uomax+(Ui-Uo)minWUiWUoniin+(Ui-Uo)max即9V+3VWUiW3V+40V取12VWUiW43VU2Uimin/l.1=12/1.1=10.91V取U2=12V變壓器副邊電流：L?I

10、omax=0.2A取I2=0.5A那么變壓器的副邊輸出功率P2為P22l2U2=6W由表1知,變壓器的效率i=0.7,那么原邊輸入功率P12P2/n=8.57W.為留有余地,應選用功率為10W的變壓器.所以變壓器選用12V/10W的即可.L2.選擇電源變壓器1)確定副邊電壓U2：根據性能指標要求：Uomin=3VUomax=9V又Ui-Uomax>(Ui-Uo)millUi-Uomin<(Ui-Uo)max其中：(Ui-Uomax)min=3K(Ui-Uomin)max=40V.-.12V</<43V此范圍可任選：Ui=14V=Uo根據UR=(L1L2)U2可得變壓的副

11、邊電壓：U2=詈=12V2)確定副邊電流/2：=又副邊電流12=(1.5-T)Io取/o=Iomax=800l4那么/2=L5*0.8A=L2A3)選擇變壓器的功率變壓器的輸出功率：Po>I2U2=4AW3 .選擇整流電路中的二極管變壓器的伏變電壓U2=12V,橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為：6U1=17V橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為：=0.4A22查手冊選整流二極管IN4007,其參數為：反向擊穿電=1000V»17V最大整流電流If=A>0.4A4 .濾波電路中濾波電容的選擇1)求2X5：根據穩壓電路的穩壓系數的定義：S,二瑞辭設計要求、Uo&

12、lt;5mVSv<0.003Uo=+3V+9VUi=14V代入上式,那么可求得Su=(4*0.005)/(9*0.003)=3.3V；2)求濾波電容C設定Io=/omax=0.8AJ=0.01S小土為/<?max*r0.8*0.01個4czi所以鹿波電容：C=-=一=2424戶.Au/3.3電路中濾波電容承受的最高電壓為同2=17V,所以所選電容器的耐壓應大四整體電路五、總原理圖及元器件清單2.元件清單原件序型號主要參數數量備注號J1變壓器12V1實際輸入電壓大于12V編號名稱型號數量LN31T外型閡D1-D5二極管1N40075T1變壓器3W9V1oC1電解電容25V47011F

13、1C2電解電容O.lpF1LM31?C3電解電容1QV100|1F1IC三端穩壓集成電路1M317T1rR1電阻470a1TVVR2電阻150Q1PR1可調電阻200Q1IM保陶管0.5A11233.安裝與調試按PCB圖所示,制作好電路板.安裝時,先安裝比擬小的原件,所以先安裝整流電路,在安裝穩壓電路,最后再裝上電路電容.安裝時要注意,二極管和電解電容的極性不要接反.檢查無誤后,才將電源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LM317輸入端電壓Ui的極性,假設Ui的極性為負,那么說明整流電路沒有接對,此時假設接入穩壓電路,就會損壞集成穩壓器.然后接通電源,調節Rw的值,假設輸

14、出電壓滿足設計指標,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.電位器RV1取最大時,Uo=8.95V電位器RV1滑到最小時,Uo=2.94V電位器在0至!J1K之間,輸出電壓連續可調：約為3V9V五、性能測試與分析1 .輸出電壓與最大輸出電流的測試測試電路如下圖.一般情況下,穩壓器正常工作時,其輸出電流I.要小于最大輸出電流lomax,取Io=0.7A,可算出&=12Q,工作時“上消耗的功率為馬=9*0.7=6.3W故&取額定功率為10W,阻值為20Q的電位器.測試時,先將勺=20.,交流輸入電壓為220V,用數字電壓測量的電壓指示UOo然后慢慢調小&a

15、mp;,直到UO的值下降5%o此時流經號的電流就是,max記下/“max后,要馬上調大勺的值,以減小穩壓器的功耗.-rCX1UF0fD3DICOED25W-UOEOER3次)-TEXf=RV1ss=Cl&XJ05Spl220山“ECC2RV2=20歐姆,Uo=8.95,Io=0.45AC12XQTEXTr©VIVO-D2八.OCOE.217L.在,一.D1OLEDtBY.I-C5a不瞪RV1Uo下降5%時(8.52V),Io=0.69A2 .波紋電壓的測試用示波器觀察U.的峰峰值,測量AU,衿0的值約幾mV.有示波器得出：A%_p=2992W3 .穩壓系數的測量在Ui=220

16、V時,測出穩壓電源的輸出電壓Uo,然后調節自耦變壓器是輸入電壓Ui=198V,測出穩壓電源的輸出電壓Uo2.那么穩壓系數為：0Uo220Uo-Uol0c4*Uo-Uo2o1/=：=個3y=2bUo/Ui269-184UoUo由于在調試中,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=184V,Ui=9.84Ul=220V,Ui=ll.8VU1=269V,Ui=14.4VUi=12.4V時,Uo=8.95VU14.4V時,Uo=8.96VUI=9.84V時,Uo=8.95V所以,穩壓系數：Sy=2.6*'96_&處=000298.95設計要求測試結果誤差

17、分析Uo=+3V+9V2.94V-8.95V1%Iomax=800mA690mA14%V.一p<5mV299.2uV299.2uV«5mVSv<3*10-30.00293%在允許的誤差范圍內,本設計已到達要求.六、結論與心得通過此次課程設計,使我更加扎實的掌握了有關模擬電子技術方面的知識,在設計過程中雖然遇到了一些問題,但經過一次又一次的思考,一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在,也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經驗缺乏.實踐出真知,通過親自動手操作,使我們掌握的知識不再是紙上談兵.過而能改,善莫大焉.在課程設計過程中,我們不斷發現錯誤,不斷改正,不斷領悟,不斷獲取.最

18、終的檢測調試環節,本身就是在踐行“過而能改,善莫大焉的知行觀.這次課程設計終于順利完成了,在設計中遇到了很多問題,最后在老師的指導下,終于游逆而解.在今后社會的開展和學習實踐過程中,一定要不懈努力,不能遇到問題就想到要退縮,一定要不厭其煩的發現問題所在,然后一一進行解決,只有這樣,才能成功的做成想做的事,才能在今后的道路上劈荊斬棘,而不是知難而退,那樣永遠不可能收獲成功,收獲喜悅,也永遠不可能得到社會及他人對你的認可！課程設計誠然是一門專業課,給我很多專業知識以及專業技能上的提升,同時又是一門講道課,一門辯思課,給了我許多道,給了我很多思,給了我莫大的空間.同時,設計讓我感觸很深.使我對抽象的理論有了具體的熟悉.通過這次課程設計,我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用儀器、儀表;了解了電路的連線方法；以及如何提升電路的性能等等,掌握了可調直流穩壓電源構造及原理.我認為,在這學期的實驗中,不僅培養了獨立思考、動手操作的水平,在各種其它水平上也都有了提升.更重要的是,在實驗課上,我們學會了很多學習的方法.而這是日后最實用的,真的是