直流稳压电源设计试验报告材料

1、标准文档直流稳压电源设计实验报告姓名：张翔班级：信息26学 号：2120502146同组者：毛天羽（信息26）刘伟鹏（信息26）目录一、摘要 1二、设计要求 1三、原理分析与设计步骤1. 直流稳压电路结构的选择 12. 交流变压器 23. 整流电路 24. 滤波电路 25. 集成稳压电路5.1集成稳压器件LM317 35.2 LM317典型接法 46. 参数计算与器件选择 46.1电路参数计算 46.2元器件清单 5四、实验步骤与测试结果1. 电路搭接与仪器调试 62. 性能参数测试2.1稳压系数的测量 62.2输出电阻的测量 62.3纹波电压的测量 72.4测量结果分析 7五、 实验小结 7

2、一、摘要随着电子技术的快速发展，高性能的电子电路对于电源供电质量的要求越来越高，如何设计出能满足高性能电路要求的高精度电源便成为一大课题。直流稳压源为电路提供直流电压和能量，其输出电压的品质直接决定的电源性能的好坏。 本实验旨在利用交流变压器、整流环节、滤波环节和集成元件LM317稳压电路将 220V交流电压转化为5V直流电压输出，并且对衡量稳压电路性能的几种主要参 数进行了测试和分析。关键词：半波整流 电容滤波 稳压电路 稳压系数 纹波电压二、设计要求 如下表所示：输出电压5V、9V、12V、土 5V、土 9V、土 12V,固定、可调均可输出电流最大600mA其他要求依据具体电路参数确定三、

3、原理分析与设计步骤1. 直流稳压电路结构选择直流稳压电源的基本结构如图1.1所示，分为四个基本环节，即电源变压器、 整流电路、滤波电路和稳压电路。据此确定欲设计的电路结构如图1.2所示（具 体阻容参数已经标出，在6.1参数计算中给出计算过程）。220 V50 Hz图1.1C2-O.lufCJ-lOul图1.2I-*R110KLCi 22O0UE-2. 交流变压器将220V交流电压降低至一定幅度以使后级稳压电路正常工作。3. 整流电路将交流电压转换成脉动直流电压，分为半波整流、全波整流和桥式整流。本 实验采用二极管桥式整流电路，电路结构如图 3.1所示。Uo输出电压平均值Io输出电流平均值I D

4、 0二极管电流平均值I D二极管电流有效值I 2变压器副边电流有效值U drm二极管最大反向电 压整流原理如下:Uo1 二0 u°d(，t)兀二丄 0 迁U2sin td( t) 二込5I。1 D0兀二 U0/Rl 二 0.9U 2 / RlU drm1= 2I0 Id = 1.57Id0 I2二云2月1.571D04. 滤波电路本实验采用电容滤波电路，如图4.1所示。电容滤波电路充电时间常数£ = me（ rd为二极管正向导通电阻）很小而放电时间常数壬=RC较大，充电 快而放电慢，达到滤波效果。该电路有如下特点：1）输出电压平均值U。与时间常数 = RlC有关。越大，电容

5、放电越慢，输出电压平均值越大。纯电阻负载时，一般取RC=（510）T（ T为交流电源电 压周期）；非纯电阻负载时，一般取 RlC =（35）T。25. 集成稳压电路5.1集成稳压器件LM317LM317是一款可调节三端稳压器，在输出电压范围为 1.25V到25V时能够 提供最大1.5A的电流，它只需要两个外部电阻来设置输出电压。管脚排列见图5.1.1 。管脚 1.调整端Adjust2. 输出端Vout3. 输入端Vin图 5.1.2图 5.1.15.2 LM317典型接法LM317勺典型接法如图5.1.2所示。工作时,LM317建立并保持输出端与调节端之间1.25V的标称参考电压（Vref）,

6、 该标称电压经过电阻R1转换成编程电流（Iprog ），经由R2流到大地。输出电压 为：Vout *ef（1 ¥）IadjR2其中Jdj为调整端电流，不大于100。调节电位器R2,便可以实现输出电压可调的目的。D为保护二极管，用以防止C2向调整端放电；G=0.WF为输入旁路电容，用以减小稳压器对输入电源阻抗的敏感性；C2二10 J F作为调整端的旁路电容，用以提高纹波抑制比，防止输出电压增大时纹波被同步放大。在保证一定的电源调整率时，要求3.0V <Vin -VoU 40V （见LM317中文技术手册），本实验规定V°ut =5.0V，因此有8V < Vil 4

7、5V。选择 =8.0V，理由是： 由于LM317调整端电流极小，故输入电流约等于输出电流。负载一定时，其消耗 功率保持不变。输入电压越大，输入功率就越大，输出功率不变，就会有更多的 功率消耗在LM317内部，器件容易过热烧坏。因此在满足要求的范围内，输入电 压越小越好，故取Vin =8.0V 。6. 参数计算与器件选择6.1电路参数计算2nR1 A图6.11）稳压器件选择LM317稳压输出5.0V ；2）输出滤波电容作用是使输出电压波形更平滑，减少负载对电源的影响。由于LM317稳压电路中已经采用调整端旁路电容 C3=10F抑制输出纹波，相当于输出滤波电容3）稳压器前小滤波电容C2根据LM31

8、7技术手册，选取稳压器前端小滤波电容C2=0.1iF。由于电解电 容高频特性差，C3使用无极性小容量电容。4）滤波电容C1滤波负载不是纯电阻时，一般有 RlG =（35）T。取Rl =10门时，计算得23G =（35） 10 1 F，结合实际情况，取G =2200F。5）二极管与变压器根据技术手册，为使稳压器空载时能正常工作，R1中的电流应取VrefIR1 =（5 10）mA，则 R =上=（125250）0，选取 R = 2000。1 R1由Uo二Vout二Vref （1 昱）二5V得R2 = 600门。根据实际情况选取满量程为101的电位器。最大输出电流等于0.6A时，即I outm ax

9、二rV R '6时，Rl =8. 3 o由于调整端电流很小，故输入输出电流基本相等，即o mta x根据电容滤波及桥式整流电路的特点，得到U4 =1.26二 U2 旦=6.67V1.2l3 T4 二 0.6A二极管电流平均值和有效值分别为lD厂 0.513 二 0.25A，ID =1.25l3 = 0.625A变压器副边电流有效值l2 "、2lD =0.88A，故副边功率P-Uzb -5.87W ； 整流二极管承受的最大反向电压 UDrM h'f2u2 =9.43V根据以上计算，选取相应型号的二极管和变压器。至此电路参数已完全确定。6.2元器件清单实验所用元器件种类数

10、目及测量仪器清单如表6.2所示表6.2项目型号数目二极管5电位器10©量程1电阻200Q1电容0.1uF、10uF、2200uF各一个变压器220:141滑动变阻器0100Q1面包板1 示波器1万用表充当电压表、电流表2四、实验步骤与测试结果1. 电路搭接与仪器调试依据原理图在面包板上搭接实验电路，确认连接无误后接通电源测试。2. 性能参数测试2.1稳压系数的测量参数说明：稳压系数也叫电压调整率，是指环境温度和负载不变得情况下， 输入电压变化引起输出电压变化的程度，定义为输出电压的相对变化与输入电压 的相对变化的比值，即S= “Vo/Voroo%i/Vi测量步骤：使输出电流保持在额定

11、值，保持负载不变，改变输入电压，用万 用表直流电压档测输出电压。测量结果：输入电压/V输出电压/V2205.0261985.0252205.026稳压系数 S 二（5.026 -5.025"5.025 100% =1.99 10： 0.0020.12.2输出电阻的测量参数说明：直流稳压源的输出电阻即直流电源的内阻，越小越好。若电源内阻过大，则当负载电阻较小时，内阻分压将不可忽略，对电源的精确度造成影响。测量步骤：保持输入电压不变，大范围改变负载阻值，测量负载电压和负载 电流的变化值，由戴维宁定理可知，两者的比值即稳压源的输出电阻。 测量电压和电流分别用万用表直流电压档和电流档，电流表

12、外接 测量结果：输出电压/V输出电流/mA5.01296.94.967349.8稳压源输出电阻iVo5.012-4.967(349.8-96.9) 10,2.3纹波电压的测量参数说明：尽管经过了整流和滤波，也不可能将输出电压中的交流成分完全 滤除，因此输出电压仍存在较小的波动，即纹波。纹波越小，表明稳压电源的性 能越好，输出电压品质越好。测量步骤：使电路工作在额定电流下，用示波器观察输出电压，并使用交流 耦合档观察纹波电压，用 Measure档测量其峰峰值，做记录。测量结果：Vpp =8.0mV2.4测量结果分析从以上三个参数的测量结果来看，直流稳压源稳压系数较小，说明输入变化 对输出电压的影响较小。这项指标的意义在于，即使稳压源所处的环境温度等因 素发生剧烈变化而导致输入电压大幅变化， 也能保证输出电压变化控制在一定的 较小的范围内。输出电阻为0.181，是一个比较小的值。相对于 5.0V的直流输 出，8mVt峰值的纹波几乎可以忽略。综上，本次实验所设计的直流稳压源基本 满足设计要求。五、实