直流稳压电源

1、摘 要 在电子电路及电子设备中,通常都需要电压稳定的直流电源供电，作为电子电路中必不可少的组成部分，它的作用之一是为各级电路中的三极管提供合适的偏置，其次是作为整个电子电路能量来源.常见的供电方式有两种，一种是采用干电池、蓄电池或其他形式如光电池等向电路供电，这种供电方式是用化学能或其他形式的能量转化为电能之后，向电路提供能量，其缺陷在于能量的使用要受实际条件（如电池的容量）的限制；另一种是利用电网向电路供电,这种供电方式是把电网的交流电经过降压、整流、滤波和稳压之后，转化为直流电向电路提供能量，其优势在于电网所提供的能量是源源不断的。它是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。关键词

2、：电源变压器；整流；滤波;稳压电路目 录1 摘 要I2 1 绪 论13 2 设计任务22.1 义课程设计的目的及意22.2 课程设计任务与要求22.1。1 设计任务22.1。2 设计要求22.3 实验器材22.4 课程设计技术指标22.4。1 集成稳压电源的主要技术指标24 3 直流稳压电源工作原理33。1 电源变压器33。2 三端集成稳压电路原理35 4 电路设计与调试54.1 整流电路的设计54.1。1 单相桥式整流电路54.1.2集成直流稳压电源元器件的选择64。2 滤波电路的设计64。3 稳压电路的设计84.3。1 可调式三端稳压器84.3。2 稳压器的主要性能指标及测试方法94.4集

3、成直流稳压电源电路板实物图116 5 实验结果分析125.1 集成直流稳压电源结果分析125。1。1 整流电路125。1.2滤波电路127 6 总结148 7 致谢159 参考文献161 绪 论电子设备用直流稳压电源的历史大约有五十年了。五十年来出现了各种各样的直流稳压电源，但根据稳压的方式，一般可归纳为三大类:线性电源、铁磁谐振电源和开关电源。线性直流稳压电源中的调整元件工作在线性放大状态，是一种连续调整输出电压的方法，所以称之谓线性电源。按调整元件对于未稳定的输入直流电压和负载的连接方式可以分为串联调整式和并联调整式两种。调整元件可以是电子管或晶体管。电子管稳压电源中的调整元件、放大元件、

4、基准电压稳压管等都是电子管的.随着半导体工业的发展，到六十年代初期使用晶体三极管、二极管的晶体管稳压电源就取代了电子管稳压电源，直流稳压电源就由第一代而进入第二代。铁磁谐振电源主要是指恒压变压器整流方式这一类.这种电源的优点是简单、可靠和成本低，曾广泛应用于对体积和重量要求不高的场合。它能有效地隔离来自电网的噪声，而且没有过电压的危险不需要过电压保 护电路。它的缺点是体积大而笨重；对电网频率变化敏感;负载稳定度不高.1 9 6 6 年前后又出现了参数变压器.参数变压器由LC 并联谐振电路组成, 本质上是一个功率振荡器.它具有很好的滤波性能和稳压性能， 有过载、过压、欠压保护作用.参数变压器有许

5、多优良特性， 人们认为它是有发展前途的.所谓开关式直流稳压电源系指以开关工作方式控制输出电压的直流稳压电源。四十年代发展起来的磁放大器开关式直流稳压电源是利 用铁芯的“饱和”、“非饱和”两种状态进行开关控制的，那是一种低频磁放大器五十年代后期到六十年代盛行的可控硅相控整流方式也属于开关电源一类。六十年代初出现了脉宽调制型开关式直流稳压电源。七十年代初开始迅速发展了高频开关功率变换技术、主要是指变换器方式的高频开关式直流稳压电源。这是当代一种先进的直流稳压电源, 是第三代的直流稳压电源。各种放大电路、信号运算和处理电路以及波形发生电路等，通常都需要用直流电源来供电。电子设备中所用的直流电源通常是

6、由电网提供的交流电经过整流、滤波和稳压以后得到的.直流电源要能输出不同电路所需要的电压和电流，还要满足输出电压平滑，脉动成分小，输出电压的幅值稳定等要求。 通过集成直流稳压电源的设计，安装和调试，学会选择变压器、整流二极管、滤波电容、集成稳压器及相关元器件设计直流稳压电源;掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。2 设计任务2.1 义课程设计的目的及意1、通过集成直流稳压电源的设计，安装和调试，学会选择变压器、整流二极管、滤波电容、集成稳压器及相关元器件设计直流稳压电源；2、掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。2.2 课程设计任务与要求2.1.1 设计任务 集成稳压电源的主

7、要技术指标 （1)输出电压:±15V（最大输出电流1A）； 512V可调(最大输出电流1A）。（2）稳压系数小于5×1，输出内阻小于0.1欧.(3）纹波电压小于5mV。(4）具有过流保护功能。（5)具有输出电压指示功能。2。1.2 设计要求 （1）根据设计要求确定直流稳压电源的设计方案，计算和选取元件参数。（2）完成各单元电路和总体电路的设计,并用计算机绘制电路图.（3)完成电路的安装、调试,使作品能达到预期的技术指标。（4）给出测试各项技术指标的方法，撰写测试报告.2.3 实验器材(1) 计算机；(2） 示波器;(3) PCB制作工具：电铬铁,剪刀，焊锡丝、焊接剂，镊子等

8、其它设计用工具;（4） 元器件:电阻,电位器,电容，交流电源，电源接插件，IC插座，导线等等。2.4 课程设计技术指标2.4。1 集成稳压电源的主要技术指标（1）同时输出±15V电压、输出电流为500mA；(2）输出纹波电压小于5mV,稳压系数小于5103，输出内阻小于0。1；（3）加输出保护电路,最大输出电流不超过2A。3 直流稳压电源工作原理3.1 电源变压器 电源变压器的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压。3.2 整流滤波原理 利用二极管的单向导电性，使变压器二次交流电压变换成为负载两端的单向脉动电压，从而达到了整流的目的。但是这种电路只在交流的半

9、个周期才有电流流过负债，因此应采用四个热机关，结成电桥形式，即桥式整流电路。得到全周期的单向脉动电压。再经过滤波电路滤除波纹.图3.1整流滤波电路 3。2 三端集成稳压电路原理 （1）可调式三端集成稳压器: 正压系列：W317系列稳压块能在输出电压为1.25V37V的范围内连续可调，外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内也有过流、过热和调整管安全工作区保护。最大输出电流为1。5A。其典型电路如图14,其中电阻R1与电位器R2组成输出电压调节器,输出电压Uo的表达式为:Uo1.25（1R2/R1) 式中R1一般取120240欧姆，输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压（典型值为1。25V

10、）。负压系列与正压系列基本相同,只是输出的电压为负值.图3。2可调式三端集成稳压器图（2)固定式集成稳压器 正压系列：78××系列,该系列稳压块有过流、过热和调整管安全工作区保护，以防过载而损坏。一般不需要外接元件即可工作，有时为改善性能也加少量元件。78××系列又分三个子系列，即78××、78M××和78L××.其差别只在输出电流和外形，78××输出电流为1。5A，78M××输出电流为0.5A，78L××输出电流为0。1A。 负压系列

11、：79××系列与78××系列相比，除了输出电压极性、引脚定义不同外，其他特点都相同。 图3.3 78××系列和79××系列的典型电路4 电路设计与调试4.1 整流电路的设计利用二极管的单向导电性，将交流电压(电流）变成单向脉动电压（电流）的电路,称为整流电路。交流电分为三相交流电和单相交流电,在小功率电路中一般采用单相半波、全波、桥式整流电路和倍压整流电路。本节主要研究单相桥式整流电路，对于倍压整流电路及全波整流电路，可通过相应参考书来了解。 为简化分析，假定二极管是理想器件，即当二极管承受正向电压时，将其作为短路

12、处理;当承受反向电压时,将其作为开路处理。4。1.1 单相桥式整流电路 为了保留全波整流电路效率高、脉动系数小的优点而克服其反向电压高的缺点，若使二极管承受的反向电压和半波电路一样，比全波整流电路减少一半，使二极管成本下降，可在此基础上多用几只二极管，如图4。1所示电路就基本解决了上述问题。图4.1单相桥式整流电路1）电路组成及工作原理 桥式整流电路由四只二极管组成的一个电桥，电桥的两组相对节点分别接变压器二次绕组和负载。这种电路有三种画法,如图所示。在工作时，D1、D2与D3、D4两两轮流导通。在u2正半周,二极管D1和D2正向导通,而D3、D4反向截止，形成负载电流i0，i0流通路径为：a

13、D1RLD2ba,u0=u2；在u2的负半周,二极管D3和D4正向导通，而D1、D2反向截止,形成负载电流i0,i0流通路径为：bD3RLD4ab， u0=u2. 由此可见,不论哪两只二极管导通，负载电流的方向都始终保持不变。2)输出电流电压U0 由桥式整流电路的波形可知,其输出电压及流过二极管的电流与全波整流的波形相同： U0=0。9U2 （4.1)3）整流二极管的选择 由桥式整流电路的波形可知,每只二极管截止时所承受的反向电压为变压器副边电压峰值，因此，各二极管所承受的最大反向电压为 URM=1.4U2 （4。2） 虽然是全波整流，由于二极管仍然是只有半个周期导通.此值与半波整流电路相同，

14、负载上的电流是这个数值的2倍。 ID=I0/2 （4。3）4.1.2 集成直流稳压电源元器件的选择 表4。1电阻电容二极管三端稳压器5K欧姆滑动变阻器120欧姆电阻20欧姆电阻2.2uF100uF1uF10uF1N40011N4148LM3714。2 滤波电路的设计 经过整流后,输出电压在正负方向上没有变化,但输出电压波形仍然保持正弦波的形状，起伏很大。为了能够得到平滑的直流电压波形,需要有滤波的措施。在直流电源上多是利用电抗元件对交流信号的电抗性质，将电容器或电感器与负载电阻恰当连接而构成滤波电路.电容有通高频、阻低频的作用，将其直接并在整流电路后面,可以让高频电流通过电容流回电源,从而减少

15、了流入负载的高频电流,降低了负载电压的高频成分,减小了脉动.下面讨论电容滤波电路的工作原理，为讨论问题的方便，我们以半波整流电容滤波电路为例进行分析，电路如图4.2所示。 图4。2 单向半波整流电容滤波电路及其波形图（1）工作原理 设u2波形如图3。3(b)所示，未接电容时，输出电压如图3。3（b）中的虚线所示。在u2正半周，设u2由零上升，二极管D导通，u0=u2，此时电源对电容充电，由于充电时间常数很小，电容充电很快，所以电容上升的速度完全跟得上电源电压的上升速度，uC=u2。当u2上升到峰值时,电容充电达到1.4U2，二极管D截止,随后u2下降，电容C向负载RL放电，放电时间常数为RLC

16、，其值较大，所以电容电压下降的速度比u2下降到速度慢得多,此时负载电压靠电容C的放电电流来维持,u0=uC。当电容放电到b点时，uCu2，二极管D又导通，电容又被充电。充电至1。4U2后，又放电.如此重复进行，就得到输出电压的波形如图3。3（b）中实线所示。由图可见，经电容滤波后,负载电压变得平稳,且平均值提高了。桥式整流电容滤波电路的原理与半波时相同.（2）输出直流电压 在有滤波电容的整流电路中，要对其输出直流电压进行准确的计算是很困难的，工程上一般按下列经验公式进行估算。当电容的容量足够大,满足RLC（35）T/2(T为电网电压的周期)时， 对于半波整流电容滤波: U0 U2 （4。4）

17、对于全波或桥式整流电容滤波: U01。2 U2 （4。5)（3)滤波电容的选择 为了得到比较好的滤波效果，在实际工作中常根据下式选择滤波电容的容量。 对于半波整流： RLC(35） （4。6） 对于全波或桥式整流： RLC（35）T/2 （4。7） 由于电容值比较大,约为几十至几千微法，一般选用电解电容，接入电路时，注意极性不要接反，电容器的耐压值应大于1.4U2 。（4）整流二极管的选择 对于半波整流滤波电路： ID=I0 ，URM=1。4U2 （4.8） 对于全波或桥式整流电容滤波电路：ID=I0/2 ，桥式整流URM=1.4U2 ,全波整流URM=2.8U2 由图3。3、图3.4可见，加

18、上电容滤波,流过整流管的电流变成脉冲电流,由于电源接通的瞬间，电容相当于短路,有一个很大的冲击电流流过二极管，其瞬间值可以是正常工作时的好几倍,故在选择整流管最大允许的正向平均电流时，应留有充分的裕量，一般选； IF = (2 3)ID (4。9）4。3 稳压电路的设计 集成三端稳压器具有体积小，外围元件少,调整简单,使用方便且性能好,稳定性高，价格便宜等优点,因而获得越来越广泛的应用。 常见的有固定式和可调式两类集成三端稳压器，内部多以串联型稳压电源为主，还有适当的过流、过热等保护电路.一般固定式较便宜，可调式较贵,性能也好些，功率相对也较大。我们用可调式集成稳压器.4.3。1 可调式三端稳

19、压器 常见产品有LM317、LM337等，国产型号有CW317、CW337 。后两位数字为17的为正电压输出;若是37,则为负电压输出。其特点是输出电压连续可调,调节范围较宽，其电压调整率、负载调整率等指标均优于固定式三端稳压器。图4。3为其外形图和电路符号.图4。3 可调式集成稳压器 图4.4为其典型应用电路，可调范围为1.2V37V，最大输出I0 = 1。5A（普通型）。 V0= 1。 25（1+RW/R) （4。10）式中,1. 25是输出与调整端之间的参考电压VREF。R的选择应使流过其自身的电流远大于IA.一般取R=（120240）欧，RW使用多圈电位器，C2可进一步减小输出电压的纹

20、波。二极管D可防止输出端与地短路时，C2上的电压损坏稳压器。图4.4 可调式集成稳压器典型应用 4。3。2 稳压器的主要性能指标及测试方法1. 主要性能指标（1)稳压系数S 稳压系数又称为输入稳定系数，反映输入电压VI变化时输出电压VO维持不变的能力.S越小，说明稳压性能越好。(2）电压调整率SV SV仅考虑由输入电压变化引起的输出电压相对变化量，即 SV = VO/VO×100% (4。11）(3）电流调整率SI SI 仅由输出电流的变化引起的输出电压的相对变化量，即 SI= VO/VO×100 （4。12）（4）纹波抑制比SR SR是在输入、输出条件不变时,输入纹波电压

21、的峰-峰值VIPP与输出纹波电压的 峰-峰值VOPP 之比，即 SR= 20lg（ VIPP/VOPP) （4.13）2. 稳压电源性能指标的测试电路 图4。5电路稳压电源性能指标的测试4.4集成直流稳压电源电路板实物图 图4.2电路板实物图正面图4。3 电路板实物图背面5 实验结果分析5。1 集成直流稳压电源结果分析5。1。1 整流电路图表5。1分析：整流电路的作用把交流电变换成近似直流电的电路。最原始的整流电路为半波整流，也就是在交流回路中串接一个二极管,利用二极管的单向导通性,将交流电的负半波切去，只保留间隔一个半波时隙的正半波,因为没有负半波而只有正半波的脉动电动势，故称半波整流.更高一级的是全波整流,四个背对背的二极管构成全波整流电路,把交流电的负半波反转后填到两个正半波之间的时隙中，使电源电流波形成为连续起伏的近似直流电5。1。2滤波电路图表5。25.1.3稳压电路 输出波形为直流波形.因为整流滤波后的直流电压作为稳压电路的输入电压，稳压管与负载电阻并联,为了保证工作在反向击穿区，当电网电压或负载电流变化时,便可调整限流电阻R，从而得到直流输出波形.6 总结“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行" ,通过此次课程设计实践，使我能够把从书本上学到的理论知识付诸于实践设计之中，既让自己所学到得理论知识得以巩固,又使自己的实践设计能力得以加强,使自己有一种成就感。以前