设计制作一串联型连续可调直流稳压正电源电路可行性报告

1、10 设计制作一串联型连续可调直流稳压正电源电路可行性报告摘要当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利， 但是任何电子设备都有一 个共同的电路 - 电源电路。 大到超级计算机、 小到袖珍计算器， 所有的电子设备 都必须在电源电路的支持下才能正常工作。 当然这些电源电路的样式、 复杂程度 千差万别。 超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。 通过这套电源 系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。 袖珍计算器则是简单多的电池电源电路。不过你可不要小看了这个电池电源电 路，比较新型的电路完全具备电池能量提醒、 掉电保护等高级功能。 可以说电源 电路是一切电子设

2、备的基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备， 我们的生活也就不会这么丰富多彩了。电源技术是一门实践性很强的工程技术， 服务于各行各业。 当今电源技术融 合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通 讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景， 同时也给电源提出了更高的要求。 随着数控电源在电子装置中的普遍使用， 普通 电源在工作时产生的误差， 会影响整个系统的精确度。 电源在使用时会造成很多 不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度 标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。随着经济全球化的发展，满足国际

3、 标准的产品才能获得进出的通行证。由于电子技术的特性， 电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、 满足 负载要求的电能， 而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。 提供这种稳定的 直流电能的电源就是直流稳压电源。 直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的 地位。目录 TOC o 1-5 h z 模拟电路课程设计任务书 1.摘要2 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 一、设计任务与要求 4. HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求 4. HYPERLINK l boo

4、kmark6 o Current Document 二、电路与原理分析与方案设计 5. HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 2.1电路设计 5. HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 方案论证与比较 6. HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 三、单元电路分析与设计 7. HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 3.1基本方案介绍 7. HYPERLINK l bookmark16 o Current Docume

5、nt 3.2单元电路分析 7. HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 3.2.1变压电路 7. HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 3.2.2整流电路 8. HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 3.2.3滤波电路 1.0. HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 3.2.4稳压电路 1.2. HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 元件电路参数计算 1.3 HYPER

6、LINK l bookmark28 o Current Document 四、总原理图和仿真 1.5. HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 五、安装与调试及性能测试与分析 1.6 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 六、结论与心得 1.6.七、附录 2.1. HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 原件清单 2.1.参考书目 21一、设计任务与要求1.1 稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求（1）稳定性好当输入电压U （整流、滤波的输出电压）在规定范围内变

7、动时，输出电压 Uo 的变化应该一般要求很小。由于输入电压变化而引起输出电压变化的程度， 称为稳定度指标， 常用稳压 系数 Sr 来表示， Sr 的大小，反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。在同 样的输入电压变化条件下， Sr 越小，输出电压的变化越小，电源的稳定度越高。 通常情况下 Sr 约为 10-210-4。（2）. 输出电阻小负载变化时（从空载到满载），输出电压Uo,应基本保持不变。稳压电源这 方面的性能可用输出电阻表征。输出电阻（又叫等效内阻）用r表示，它等于输出电压变化量和负载电流变 化量之比。r 反映负载变动时，输出电压维持恒定的能力， r 越小，则电压变化时输出 电压的变化

8、也越小。性能优良的稳压电源，输出电阻可小到 1 欧，甚至 001 欧。（ 3） . 电压温度系数小当环境温度变化时， 会引起输出电压的漂移。 良好的稳压电源， 应在环境温 度变化时， 有效地抑制输出电压的漂移， 保持输出电压稳定， 输出电压的漂移用 温度系数 KT 来表示。（4） . 输出电压纹波小所谓纹波电压，是指输出电压中 50Hz或100Hz的交流分量，通常用有效值 或峰值表示。 经过稳压作用， 可以使整流滤波后的纹波电压大大降低， 降低的倍 数反比于稳压系数 Sr。1.2 串联型连续可调直流稳压正电源的设计要求 设计要求：（1）输出直流电压1.5V10V可调；（2）输出电流lom=30

9、0mA（有电流扩展功能）;（3）稳压系数Sr 0.05 ;（ 4）具有过流保护功能。二、电路与原理分析与方案设计2.1 电路设计根据目前所学知识，主要有以下两种设计方法（1）晶体管串联式直流稳压电路电路框图如图1所示的串联型稳压电路，稳压部分由取样电路、基准电路、 比较放大和调整电路等部分组成。其中 R4 R6和RP组成取样电路，R4 R6和Rp为取样电阻；R1和D2组成基准电压电路，放大器是比较放大电路，R2和Q3的作用是限流保护电路，Q1、Q2两个晶体管合起来组成调整管，起调整作用。稳压过程如下：当输出电压Uo发生变化时，通过取样电路把Uo的变化量取 样加到放大管V2的基极。而由R1和Vz

10、组成的基准电路为V2的发射极提供基准 电压Uz。由R2、晶体管和放大器组成的放大电路把取样电压和基准电压进行比 较放大后，输出调整信号送到调整管的基极，控制调整管进行调整，以维持Uo基本不变。1N4M1Aai7M1711R2100厂-4-5VL Id=0.45V2 /RL二极管的最大反向工作电压 V必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压Vd:V Vd=1.414V2323滤波电路作用：对整流电路输出的脉动直流进行平滑， 使之成为含交变成份很小的直 流电压。说明：滤波电路实际上是一个低通滤波器， 截止频率低于整流输出电压的基 波频率。本次设计用的是电容滤波电路。电路组成：如图7所示（桥式整流

11、、电容滤波）图7电容滤波电路电容滤波原理：电容是一个能储存电荷的元件。有了电荷，两极板之间就 有电压UC=Q/C在电容量不变时，要改变两端电压就必须改变两端电荷，而电 荷改变的速度，取决于充放电时间常数。时间常数越大，电荷改变得越慢，则电 压变化也越慢，即交流分量越小，也就“滤除” 了交流分量。工作原理及其作用后波形图（图 8、图9所示）：图8滤波前后的波形图1、负载未接入（开关S断开）时：设电容两端初始电压为零，接入交流电 源后，当V2为正半周时，V2通过D1、D3向电容C充电；V2为负半周时，经D2 D4向电容C充电。充电时间常数为：C=RintC。其中Rint包括变压器副绕组的 直流电阻

12、和二极管的正向电阻。由于 Rint 般很小，电容器很快就充电到交流 电压V2的最大值V2，由于电容无放电回路，故输出电压（电容 C两端的电压） 保持在V2不变。U、1、接入负载RL （开关S合上）时：设变压器副边电压 V2从0开始上 升时接入RL，由于电容已到V2,故刚接入负载时，V2vVC,二极管在反向电压 作用下而截止，电容C经RL放电，放电时间常数为：d=RLC因 d 一般较大， 故电容两端电压Vc（即Vo）按指数规律慢下降（图中a,b段）。2、当V2升至V2VC时，二极管D1、D3在正向电压作用下而导通，此时 V2经D1、D3一方面向RL提供电流，一方面向C充电（接入RL后充电时间常数

13、 变为C=RL/RintCRintC ）。VC将如图中b、c段所示。3、 3、当V2又降至V2vVC时，二极管又截止，电容 C又向RL放电，如图 中c、d段所示.电容如此周而复始充放电，就得到了一个如图所示的锯齿波电压 Vo=VC由此可见输出电压的波动大大减小。4、 为了得到平滑的负载电压，一般取 d=RLO（3 5）T/2（T为交流电周期 20ms）此时：Vo= （1.1 1.2 ） V2。V,VLfVC 口 士左弐二R匚耒接入Rl按入后图9电容滤波时的波形变化324稳压电路稳压可用稳压管也可用三端集成稳压管， 但由于稳压管没有过流过热等保护 功能，且设计要求要实现连续可调电压，所以选用可调

14、式三端稳压器较为好。三端集成稳压器的特点：随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应用 的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。最 简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。 三端集成稳压器只有三个端子，安装和使用都很方便。三端可调式集成稳压器图10）。三端可调集成稳压器克服了固定三端稳压器输出电压不可调的缺点， 继承了 三端固定式集成稳压器的诸多优点。三端可调集成稳压器LM317是一种悬浮式串 联调整稳压器。外形如图所示（图说明：1端是调整端；2端是输出端；3端是输入端LM317的典型应用电路（图11）图11LM317的典型应用电路为了使

15、电路正常工作，一般输出电流不小于5mA输入电压范围在 240V之间，输出电压可在1.2537V之间调整。负载电流可达1.5A，由于调整端的 输出电流非常小（50卩A）且恒定，故可将其忽略，那么输出电压可用如下表示：Vo= （1 + R2/ R1）X 1.25V式中，1.25V是集成稳压器输出端与调整端之间的固定参考电压； R1取值 120240Q （此值保证稳压器在空载时也能正常工作），调节RP可改变输出电压 的大小（RP取值视RL和输出电压的大小而确定）。3.3元件电路参数计算稳压管的选择选用LM314可调集成稳压管，其特性参数为 Vo=1.2V37V I oma=500mA最 小输入、输出

16、压差（Vi-Vo）min=3V，最大输入、输出压差（Vi-V。） ma=40V。组成的 稳压电源电路如图12所示。由计算得7严1.25（1+RP1/R1），取R1=40欧，R2=200 欧，故取RP为1.36千欧的精密线绕可调电位器。Lil图12设计的电路图及相应的参数数据选电源变压器：输入电压的范围为（1341.5 ） V。故选匝数比为17:1的就行。选整流二极管及电容：整流电路选整流桥1B4B42电容的选择见电路图 12,三极管、二极管：由于实验室无图 12所示型号的三极管故用3DG130代替、二极管都用 1N4007。1N4007额定电流1A,最大反向电压 100V, 3DG130的lc

17、m=300mA四、总原理图和仿真总原理图（图12所示）017图12总原理图仿真图：（图13所示）图13仿真图五、安装与调试及性能测试与分析安装与调试根据图12所示总原理图绘制出装配电路图，标清楚各元件的位置根据图12所示原理图列出元件清单，备好元件，检查各元件的好坏。正确识读LM317的引脚，根据装配图完成可调输出的三端集成稳压器组成 的稳压电源安装，如图14所示。图14焊接好的电路板焊接时要对各个功能模块电路进行单个测试。测试电路时，必须要保证焊接正确，才能打开电源，以防元器件烧坏。按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。调节电位器Rp,测量输出电压的变化范围是否在 1.5V10V之间。若不 是

18、，分析原因，找出故障，排除之。测试与分析测量稳压电源输出电压的调整范围及最大输出电流。测量输出电阻Ro,测量稳压系数。用改变输入交流电压的方法，模拟 Ui的变化，测出对应的输出直流电压的变化，则可算出稳压系数 Sr (注意：用调压器使 220V交流改变土 10%。即Ui=44V)用毫伏表可测量输出直流电压中的交流纹波电压大小，并用示波器观察、 记录其波形。分析测量结果，并讨论提出改进意见。此电路的误差分析： 综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有 : 测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差 ; 电流表内阻串入回路造成的误差 ;测得纹波电压时示波器造成的误差 ;示波器, 万

19、用表本身的准确度而造成的系统误差 ; 可以通过以下的方法去改进此电路 :减小接触点的微小电阻 ;根据电流表的内阻对测量结果可以进行修正 ;测得纹波时示波器采用手动同步 ;采用更高精确度的仪器去检测 ;六、结论与心得经过自己独立自主的设计电路， 自己翻阅查找各种资料， 我不仅学到了关于 集成流稳压电源有关的知识， 更加了解了三端稳压器， 而且增强了自己运用书本 所学的理论知识到实践中的能力， 使自己对模拟电路充满了兴趣， 增加了我对模 拟电路学习的热情。 在课程设计过程中， 有很多不懂的问题， 通过与指导老师的 沟通及向同学的请教，终于完成了课程设计的要求的电路图部分和仿真部分。通过自己预先设计的电路，然后再参考一些书籍上的电路并经过修改和创 造，设计成了最终符合要求的电路原理图， 并进一步了解和学习了整个电路的各 个部分的具体工作原理，达到了理论的要求。最后用 Multisim 软件对电路图进 行了部分仿真。 经过对前面部分电路的仿真我掌握了仿真的具体方法。 总的来说 我对仿真的结果还算是比较满意。 这次的设计实验我不仅进一步学习了稳压电路 的原理和设计， 以及对电路的更深一步的了解， 特别是掌握了仿真的方法， 学会 了仿真软件的应用，获益匪浅。经过这次的课程设计我收获了很多，也学习到了很多有关专业方面的知识！ 在这次的实验设计过程中，