1、 課 程 設 計課 程 電子技術課程設計 題 目 直流可變穩壓電源的設計 東北石油大學課程設計任務書課程 電 子 技 術 課 程 設 計 題目 直流可變穩壓電源的設計 專業 自動化 姓名 學號 主要內容：根據設計要求，運用所學的模擬電子技術及電路根底等知識，自行設計一種可以供給直流并且可以改變電壓的穩壓電源。根本要求：在輸入電壓為220，50Hz. 電壓變化范圍為-10%+10%條件下；17.51V,+12V,+9V,+5V,-5V；最大輸出電流為:Iomax500mA；紋波電壓(峰-峰值) 5mV(最低輸入電壓下，滿載)；具有過流保護及短路保護功能；主要參考資料：1 ?實用電子電路手冊數字電

2、路分冊?.北京:高等教育出版社,1991 2 郁漢琪.數字電子技術實驗及課題設計. 北京:高等教育出版社,19953 康華光.電子技術根底:模擬局部. 北京:高等教育出版社,1988完成期限 指導教師 專業負責人 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc173744704 1 任務和要求 PAGEREF _Toc173744704 h 1 HYPERLINK l _Toc173744705 2 總體方案設計與選擇 PAGEREF _Toc173744705 h 1 HYPERLINK l _Toc173744709 3 電路總原理框圖設計1 HYPERLINK

3、l _Toc173744710 4 單元電路設計2 HYPERLINK l _Toc173744711 4.1 電源變壓器2 HYPERLINK l _Toc173744712 4.2 整流電路3 HYPERLINK l _Toc173744713 濾波電路 PAGEREF _Toc173744713 h 5 HYPERLINK l _Toc173744714 4.4 穩壓電路7 4.5 數字電壓顯示.9 HYPERLINK l _Toc173744716 5 單元電路的級聯設計10 HYPERLINK l _Toc173744717 6 設計總結10 HYPERLINK l _Toc1737

4、44718 參考文獻11 HYPERLINK l _Toc173744719 附 錄 PAGEREF _Toc173744719 h 11 任務和要求(1)任務：設計一種可以供給直流并且可以改變電壓的穩壓電源(2)直流可變穩壓電源性能要求在輸入電壓為220，50Hz. 電壓變化范圍為-10%+10%條件下；17.51V,+12V,+9V,+5V,-5V；最大輸出電流為:Iomax500mA；紋波電壓(峰-峰值) 5mV(最低輸入電壓下，滿載)；具有過流保護及短路保護功能；2 總體方案設計與選擇方案一：簡單的并聯型穩壓電源并聯型穩壓電源的調整元件與負載并聯，因而具有極低的輸出電阻，動態特性好，電

5、路簡單，并具有自動保護功能；負載短路時調整管截止，可靠性高，但效率低，尤其是在小電流時調整管需承受很大的電流，損耗過大，因此在本實驗中不適合此方案。方案二：由固定式三端穩壓器LM317,7812,7809,7805組成由固定式三端穩壓器LM317,7812,7809,7805輸出腳V0、輸入腳Vi和接地腳GND組成，LM317是可調電壓穩壓芯片，7805，7809，7812，7905那么屬于CW78*,CW79*系列的穩壓器，輸入端接電容可以進一步濾波，輸出端接電容可以改善負載的瞬間影響，此電路比擬穩定。根據后者是集成模塊，前者是分立元件；后者穩壓電壓、功率是按標準生產的，特定的。前者可以是非

6、標的，及其穩定性、損耗、效率等要求，本實驗采用方案二。3 電路總原理框圖設計直流穩壓電源一般由電源變壓器T、整流、濾波電路及穩壓電路所組成，根本框圖如圖1所示圖3電路根本總原理框圖4 單元電路設計在電子電路中，通常都需要電壓穩定的直流電源供電。本次課程設計的穩壓源是小功率穩壓源，它由電源變壓器，整流，濾波和穩壓電路等四局部組成。各局部的介紹如下：電源變壓器變壓器的功能說明電源變壓器T的作用是將電網U1=220v，頻率為50hz的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓U2,變壓器的功率比為P2/P1=，始終為變壓器的效率。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 效率

7、因此，當算出了副邊功率后，就可以根據上表算出原邊功率。并且設計選用TS_POWER_10_TO_1變壓器。設計的參數驗證仿真電路和仿真結果如圖圖.1仿真電路圖.2仿真結果理論值與仿真結果的比擬理論值：U2=U1/10=220/10=22V, u2vpp=31.1V,Multisim仿真所得波形如圖.2所示，仿真值U2u2vpp=整流電路整流電路的功能說明整流電路有多種方式：常用的有單相半波整流，單相橋式整流。單相半波整流電路簡單易行，所用二極管數目最少。但是它只利用了交流電壓的半個周期，所以輸出電壓很低，交流分量很大即脈動大，效率低，因此本設計采用單相橋式整流電路。在穩壓電源中一般用四個二極管

8、組成橋式整流電路，在橋式整流電路中，二極管D1，D3和D2，D4是兩兩輪流導通的，所以流經每個二極管的平均電流為: 3-2-1每只整流二極管承受的最大反向電壓為： 3-2-2一般電網電壓波動范圍為10%。實際上選用的二極管的最大整流電流和最高反向電壓應留有大于10%的余量。橋式整流電路的優點是輸出電壓高，紋波電壓小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時因電源變壓器在正，負半周內都有電流供給負載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。整流電路的作用是將交流電壓u2變換成脈動的直流電壓u3。濾波電路一般由電容組成，其作用是把脈動直流電壓u3中的大局部紋波 加以濾除，以得到較平滑的直流電壓UI。由于本

9、設計需要用到正負電壓，因此將線圈的中心接地。從而輕易的得到需要的正負電壓。整流電路的功能仿真仿真電路及仿真結果如下圖.2圖.1仿真電路圖.2仿真結果理論值與仿真結果的比擬理論值計算： 實際仿真值：U3AV二極管的選取：在單線橋式整流電路中，每只二極管所承受的最大反向電壓為： 流過每只二極管的平均電流為：假設考慮電網電壓的波動范圍為50%，在選擇二極管時：最大整流電流I1.5*IDRM.濾波電路濾波電路的功能說明 濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成。濾波電路的形式很多，為了掌握它的分析規律，把它分為電容輸入式和電感輸入式。前一種濾波電路多用于小功率電源中，而后一種濾波電路多

10、用于較大功率電源中。所以本設計中采用電容輸入式濾波電路。 在表達式4-2-2中電阻R為整流濾波電路的負載電阻，它為電容C提供放電回路，RC放電時間常數應滿足 RC 35T/2 4-3-1式中T為50HZ交流電壓的周期，及20ms。整流電路的功能驗證濾波的電路如圖.1所示，濾波后的波形如下圖。圖.1濾波的電路圖.2濾波后的波形4.3.3理論值與仿真結果的比擬理論值：當負載開路時，即RL=時U4AV= 假設RL取10uf那么取RL=100仿真波形如下圖濾波效果并不明顯假設取 時由圖可以看出濾波后的電壓脈動明顯減小并且平均值得到很大提高。考慮到電網電壓的波動范圍電容的耐壓值應大于。在半波整流中為獲得

11、較好的濾波效果，電容容量應選的大一些，本設計采用100uf的電容足以滿足需要。濾波電路及濾波后的波形如圖.2所示參數選取為了獲得比擬好的濾波效果，在設計中應選取濾波電容的容量滿足RC=(35)T/2的條件。其中：T = 20ms是50Hz交流電壓的周期。穩壓電路穩壓電路的功能說明穩壓電路的作用是當電網電壓波動，負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓穩定。 電路采用三端集成穩壓器電路方案，電路原理圖如圖4所示。其中IC為三端集成穩壓器。晶體管T，阻R3，和電容器C組成軟啟動電路。電阻R4和二極管D組成電壓補償電路。電容C2為輸出濾波電容。三端集成穩壓器LM317及其調壓原理。圖4中IC采用了LM31

12、7系列三端集成穩壓器，其輸出電壓調節范圍可達1.2537 V，輸出電流可達1.5 A，內部帶有過載保護電路，具有穩壓精度高、工作可靠等特點。其輸出電壓的調節原理如圖5所示。由于LM317的2，3腳之間的電壓U32為一穩定的基準電壓(1.25 V)，故有：其中，R1為固定電阻，故調節R2可以調節輸出電壓UO，并且UO的最小值為1.25 V。圖.1輸出電壓可調的直流穩壓電源電路原理圖實際電路與上圖有一點區別，不過原理都是一樣。4.4.2二極管穩壓電路和串聯型穩壓電路由穩壓管和限流電阻組成的穩壓電路是一種最簡單的直流穩壓電源，如下圖.1所示：圖.1它利用穩壓管所起的電流調試作用，通過限流電阻上電壓或

13、電流的變化進行補償，來到達穩壓的目的。但是穩壓管輸出電流小，輸出電壓不可調，不能滿足很多場合的需要。串聯型穩壓電路以穩壓管穩壓電路為根底，利用晶體管的電流放大作用，增大反應電流，在電路中引入負反應是輸出電壓更加穩定，并且通過改變反應網絡參數使輸出電壓可調。電路如圖.2所示圖.2LM317 的工作原理本設計采用的是集成穩壓器LM317， LM317作為輸出電壓可變的集成三端穩壓塊，是一種使用方便、應用廣泛的集成穩壓塊。317系列穩壓塊的型號很多：例如LM317HVH、W317L等。電子愛好者經常用317穩壓塊制作輸出電壓可變的穩壓電源。穩壓電源的輸出電壓可用下式計算，Vo1.251R2/R1。僅

14、僅從公式本身看，R1、R2的電阻值可以隨意設定。然而作為穩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。317穩壓塊的輸出電壓變化范圍是Vo1.25V37V高輸出電壓的317穩壓塊如LM317HVA、LM317HVK等，其輸出電壓變化范圍是Vo1.25V45V，所以R2/R1的比值范圍只能是028.6。在應用中，為了電路的穩定工作，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。數字電壓顯示LED/LED顯示A/D轉換器。ICL7107是高性能、低功耗的三位半A/D轉換電路。它包含有七段譯碼器、顯示驅動、參考源和時鐘系統。ICL7107可直接驅

15、動發光二極管LED。采用兩個MAN6710數碼管進行數字電壓顯示。在本電路中，數字電壓顯示表接在可變電壓輸出端，可以直接讀出所調電壓的值，節省了再利用萬用表測量電壓的過程。它方便、簡潔，而且具有廣泛的利用面。圖3 LM7107外形5 單元電路的級聯設計將電源變壓器，整流，濾波和穩壓電路依照圖3所示的順序，采用直接耦合的方式連接，就構成了完整的直流可變穩壓電源的原理圖，如附錄圖1所示。6 設計總結通過為期一周的課程設計，我深刻體會到了自己知識的匱乏。我深深的感覺到自己知識的缺乏，自己原來所學的東西只是一個外表性的，理論性的，而且是理想化的。根本不知道在現實中還存在有很多問題。真正的能將自己的所學

16、知識轉化為實際所用才是最大的收獲，也就是說真正的能夠做到學為所用才是更主要的。設計一個很簡單的電路，所要考慮的問題，要比考試的時候考慮的多的多。 本設計主要利用電源變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩壓器可調式來設計同時輸出5V，9V，12V電壓直流穩壓電源和可變電壓輸出電源。其結構簡單，使用元器件較少；系統的可靠性好，其精度高，本錢低，便于維修，且可作為一個獨立的模塊為其他電子設備提供電能。在本設計中還利用了LM7107作為模數轉換器，對LM317調出來的電壓進行測量。由于現在的集成芯片的集成度都很高，整個模數轉換的電路都很簡單，主要由一片LM7107和兩個MAN6710數碼管組成。它可以對

17、人們所需電壓進行直接觀察、調變，這樣就節省了調電壓和測電壓之間的很多過程，而且它可以在一定范圍內變動電壓，擁有很廣泛的實際用途。總之，通過這次課程設計，不僅使我對所學過的知識有了一個新的認識。而且提高了我考慮問題，分析問題的全面性以及動手操作能力。使我的綜合能力有了一個很大的提高。參考文獻1 ?實用電子電路手冊數字電路分冊?.北京:高等教育出版社,19912 康華光.電子技術根底:模擬局部. 北京:高等教育出版社,19883 郁漢琪.數字電子技術實驗及課題設計. 北京:高等教育出版社,1995附 錄一、設計電路圖1設計電路二、三端穩壓器的外形和方框圖三、三端穩壓器的簡介三端穩壓器，主要有兩種，

18、一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩壓器，另一種輸出電壓是可調的，稱為可調輸出三端穩太器，其根本原理相同，均采用 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1544753.htm t _blank 串聯型穩壓電路。在線性集成穩壓器中，由于三端穩壓器只有三個引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩定，價格低廉等優點，因而得到廣泛應用。固定三端穩壓器的類別三端穩壓器的通用產品有78系列下電源和79系列負電源，輸出電壓由具體型號中的后面兩個數字代表，有5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V等檔次。輸出電流以78或79后面加字母來區分L表示0.1；AM表示0.5

19、A，無字母表示1.5A，如78L05表求5V 0.1A。三端可調電壓穩壓器 1主要特點：三端可調電壓穩壓器可分為正壓輸出和負壓輸出兩種。 使用方便，只需外接兩個電阻就可以在一定范圍內確定輸出電壓。 各項性能指標都優于三端固定電壓成穩壓器。 具有全過載保護功能，包括限電流、過熱和平安穩壓器區域的保護。即使調節端懸空，所有的保護電路依然有效。 總之，三端可調電壓穩壓器是一種使用方便、應用廣泛的穩壓集成電路。四、三端穩壓器使用考前須知在使用時必須注意：(VI)和(Vo)之間的關系，以7805為例，該三端穩壓器的固定輸出電壓是5V，而輸入電壓至少大于7V，這樣輸入/輸出之間有23V及以上的壓差。使調整

20、管保證工作在放大區。但壓差取得大時，又會增加集成塊的功耗，所以，兩者應兼顧，即既保證在最大負載電流時調整管不進入飽和，又不致于功耗偏大。另外一般在三端穩壓器的輸入輸出端接一個二極管，用來防止輸入端短路時,輸出端存儲的電荷通過穩壓器,而損壞器件。五、三端穩壓器用途及常見型號一般穩壓管和穩壓三級管的用途是一樣的，都用于控制板電路的穩壓以便使電壓過高燒毀電路。電子產品中常見到的三端 穩壓 集成電路有正電壓輸出的78 系列和負電壓輸出的79系列。故名思義，三端IC是指這種穩壓用的集成電路 只有三條 引腳輸出，分別是輸入端、 接地端 和 輸出端。它的樣子象是普通的三極管，TO- 220 的標準封裝，也有9013樣子電子產品中常見到的三端 穩壓 集成電路有正電壓輸出的78 系列和負電壓輸出的79系列。故名思義，三端IC是指這種穩壓用的集成電路 只有三條 引腳輸出，分別是輸入端、 接地端 和 輸出端。它的樣子象是普通的三極管，TO- 220 的標準封裝，也有9013樣子的TO-92 封裝。 用 78/79系列三端穩壓IC 來組成穩壓電源所需的外圍元件極少，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路，使用起來可靠 、方便 ，而且價格廉價。該系列集成穩壓IC型號中的78或79后面的數字代表該三端集成穩壓電路的輸出電壓，如7806表示輸出電壓為正6V，7909