可调直流稳压电源模拟电子技术课程设计

1、电子技术课程设计直 流 稳 压 电 源 设 计目 录第一章、设计任务与要求11.1输出电压可调11.2最大输出电流11.3输出电压变化量11.4稳压系数1第二章、方案设计与论证22.1方案一：单相半波整流电路：22.2方案二：单相全波整流电路：22.3方案三：单相桥式整流电路：2第三章、单元电路设计与参数计算33.1选择集成三端稳压器33.2选择电源变压器43.3选用整流二极管和滤波电容53.4滤波电容5第四章、总原理图及元器件清单74.1总原理图、PCB图74.2元件清单7第五章、安装与调试(使用multisim 调试)9第六章、性能测试与分析116.1输出电压与最大输出电流的测试116.2

2、纹波电压的测试126.3稳压系数的测量13第七章、结论与心得15参考文献16致 谢1617第一章、设计任务与要求1.1输出电压可调：Uo=+3V+9V1.2最大输出电流：Iomax=800mA1.3输出电压变化量：Vop_p5mV1.4稳压系数：SV第二章、方案设计与论证稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，图1. 1所示。 + 电 源 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 + u1 u2 u3 uI U0 _ 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _图1. 1稳压电源的组成框图 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t （b）整流与稳

3、压过程图1. 2稳压电源的组成框图及整流与稳压过程2.1方案一：单相半波整流电路：单相半波整流简单，使用器件少，它只对交流电的一半波形整流，只要横轴上面的半波或者只要下面的半波。但由于只利用了交流电的一半波形，所以整流效率不高，而且整流电压的脉动较大，无滤波电路时，整流电压的直流分量较小，Vo=0.45Vi，变压器的利用率低。2.2方案二：单相全波整流电路：使用的整流器件较半波整流时多一倍，整流电压脉动较小，比半波整流小一半。无滤波电路时的输出电压Vo=0.9Vi，变压器的利用率比半波整流时高。变压器二次绕组需中心抽头。整流器件所承受的反向电压较高。2.3方案三：单相桥式整流电路：使用的整流器

4、件较全波整流时多一倍，整流电压脉动与全波整流相同，每个器件所承受的反向电压为电源电压峰值，变压器利用率较全波整流电路高。综合3种方案的优缺点:决定选用方案三。第三章、单元电路设计与参数计算整流电路采用桥式整流电路，电路如图3. 1所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。电路的输出波形如Error! Reference source not found.所示。图3. 1整流电路图3. 2输出波形图在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电

5、流等于输出电流的平均值的一半，即 。电路中的每只二极管承受的最大反向电压为(U2是变压器副边电压有效值)。在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.11.2)U2，直流输出电流： （I2是变压器副边电流的有效值。），稳压电路可选集成三端稳压器电路。总体原理电路见图3. 3。 图3. 3稳压电路原理图3.1选择集成三端稳压器因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。可调式集成稳压器，常见主要有CW317、CW337、LM317、L

6、M337。317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连可调的负电压，可调范围为1.2V37V，最大输出电流为1.5A。稳压内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。LM317系列和lM337系列的引脚功能相同，管脚图和典型电路如图3. 4和图3.5。图3. 4 脚图 图3. 5典型电路输出电压表达式为:式中，1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压，此电压加于给定电阻两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器，电阻常取值，在这里，因为只买到10K的电位器，再串

7、联一个R2，根据LM317输出电压表达式，取：R1=2.2k,R2=2k。我们一般使用精密电位器，与其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波。图中加入了二极管D，用于防止输出端短路时10F大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。LM317其特性参数：输出电压可调范围：1.2V37V输出负载电流：1.5A输入与输出工作压差U=Ui-Uo：340V能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。3.2选择电源变压器 电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效率为：其中：是变压器副边的功率，是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表3. 1所示

8、：表3. 1 小型变压器的效率 副边功率 效率0.60.70.80.85 因此，当算出了副边功率后，就可以根据上表算出原边功率。由于LM317的输入电压与输出电压差的最小值，输入电压与输出电压差的最大值，故LM317的输入电压范围为： 即 ， 取 变压器副边电流： ，取，因此，变压器副边输出功率： 由于变压器的效率，所以变压器原边输入功率，为留有余地，选用功率为的变压器。3.3选用整流二极管和滤波电容由于：，。IN4001的反向击穿电压，额定工作电流，故整流二极管选用IN4001。3.4滤波电容根据 ，和公式可求得： 所以，滤波电容： 电容的耐压要大于，故滤波电容C取容量为，耐压为的电解电容。

9、第四章、总原理图及元器件清单4.1总原理图、PCB图图4. 1 总原理图图4. 2 PCB图4.2元件清单表4. 1 元件清单元件序列型号元件参数值数量备注Ji变压器12V1实际输入电压大于12VD1 D2 D3 D4 D5 D6二极管1N4001，1A6也可用1N4007D7发光二极管1FUSH熔断丝1A1C1 C2电解电容4700uF/25V2C5电解电容01uF1C9电解电容1uF/25V1C7电解电容10uF/25V1SW开关1R3电阻22k1R4电阻1K1R1电阻2k1R2电位器10K1U三稳压器LM317可调范围1.2V37V1第五章、安装与调试(使用multisim 调试) 按P

10、CB图所示，制作好电路板。安装时，先安装比较小的元件，所以先安装整流电路，再安装稳压电路，最后再装上滤波电路（电容）。安装时要注意，二极管和电解电容的极性不要接反。经检查无误后，才将电源变压器与整流滤波电路连接，通电后，用万用表检查整流后输出LM317输入端电压UI的极性，若UI的极性为负，则说明整流电路没有接对，此时若接入稳压电路， 就会损坏集成稳压器。然后接通电源，调节RW的值，若输出电压满足设计指标，说明稳压电源中各级电路都能正常工作，此时就可以进行各项指标的测试。因在multisim没有LM317元件，故用同一系列的LM117代替。图5. 1 电位器R2取最大值时，Uo=9.088V

11、图5. 2电位器R2取最小值时,Uo=2.983V电位器在0到10K之间，输出电压连续可调：约为3V9V。第六章、性能测试与分析6.1输出电压与最大输出电流的测试 图6. 1稳压电源性能指标的测试电路测试时，先使，交流输入电压为220V，用数字电压表测量的电压值就是Uo。然后慢慢调小，直到Uo的值下降5%，此时流经的电流就是，记下后，要马上调大的值，以减小稳压器的功耗。图6. 2 R5（RL）=20欧姆，Uo=8.78V, Io=438.979mA 图6. 3Uo下降5%（8.332V）时，Io=846.644mA,即Iomax=Io.6.2纹波电压的测试 用示波器观察Uo的峰峰值，（此时Y通

12、道输入信号采用交流耦合AC），测量Uop-p的值（约几mV）。 由示波器得出：Uop-p=106。845uV6.3稳压系数的测量 按图5所示连接电路， 在时，测出稳压电源的输出电压Uo。然后调节自耦变压器使输入电压，测出稳压电源对应的输出电压Uo1 ；再调节自耦变压器使输入电压，测出稳压电源的输出电压Uo2。则稳压系数为： 因为，在本调试中，无法得到自耦变压器，所以只能把电压归算到降压器的输出电压(Ui):U1=198V, Ui=10.8VU1=220V, Ui=12.0VU1=242V, Ui=13.2V 图6. 4Ui=12时，Uo=8.726V 图6. 5 Ui=10.8V时，Uo=8.

13、72V 图6. 6Ui=13.2V时，Uo=8.740V所以，稳压系数：=0.0022表6. 1设计要求测试结果误差分析Uo=+3V+9V2.983V 9.088V 0.01%Iomax=800mA846.644mA0.05%Vop_p5mV106。845uV106845uV 5mVSV0.00222%在允许的误差范围内，本设计已达到要求。第七章、结论与心得1、通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。2、在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。3、我认为做课程设计同时也是对课本知识的

14、巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。4、平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件印象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以课程设计对我们的作用是非常大的。4、在学习PCB和制作PCB图时时，发现细心、耐心、恒心一定要有才能做好事情，首先是线的布局上既要美观又要实

15、用和走线简单，兼顾到方方面面去考虑是很需要的，否则只是一纸空话。5、在画好原理图后的做PCB板时，由于我对板不熟悉，导致布线后元件出现在另一边，增加了布线难度，也产生很多不曾注意的问题，今后要牢记这个教训，使以后布线更加顺利。6、通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。7、由于我的水平有限、本学期学习任务较重，我去尝试