直流穩(wěn)壓電源課程設計報告

1、<p>　　直流穩(wěn)壓電源課程設計報告 </p><p><b>　　設計任務及要求</b></p><p><b>　　設計任務</b></p><p>　　設計一直流穩(wěn)壓電源，滿足：</p><p>　　當輸入電壓在220V交流時，輸出直流電壓為6－９V；</p><

2、p>　　輸出紋波電壓不于5mv，穩(wěn)壓系數(shù)<=0.01；</p><p><b>　　具有短路保護功能；</b></p><p>　　最大輸出電流為：Imax=0.8A</p><p><b>　　要求通過設計學會；</b></p><p>　　如何選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及調(diào)整三

3、極管或集成穩(wěn)壓塊；</p><p>　　合理選擇電路結構，并完成全電路元器件參數(shù)設計、繪制電路圖；</p><p><b>　　短路保護實現(xiàn)方法</b></p><p>　　掌握直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試及主要技術指標的測試方法</p><p><b>　　撰寫設計報告。</b></p>&l

4、t;p><b>　　設計注意：</b></p><p>　　電源變壓器、整流二極管、濾波電容、調(diào)整三極管或集成穩(wěn)壓塊等元件只做選擇性設計；</p><p>　　完成全電路元器件參數(shù)設計、繪制出整體電路圖；</p><p>　　撰寫設計報告要符合下列格式并按時上交，逾期將延與下屆。</p><p><b>

5、　　書寫要求</b></p><p><b>　　上交時間要求</b></p><p>　　上交書面及電子稿發(fā)至郵箱： </p><p><b>　　見附錄一</b></p><p>　　集成直流穩(wěn)壓電源的設計與制作</p><p><b>　　姓名&l

6、t;/b></p><p><b>　　1 緒言</b></p><p>　　隨著半導體工藝的發(fā)展，穩(wěn)壓電路也制成了集成器件。由于集成穩(wěn)壓器具有體積小，外接線路簡單、使用方便、工作可靠和通用性等優(yōu)點，因此在各種電子設備中應用十分普遍，基本上取代了由分立元件構成的穩(wěn)壓電路。集成穩(wěn)壓器的種類很多，應根據(jù)設備對直流電源的要求來進行選擇。對于大多數(shù)電子儀器、設備和電子電

7、路來說，通常是選用串聯(lián)線性集成穩(wěn)壓器。而在這種類型的器件中，又以三端式穩(wěn)壓器應用最為廣泛。</p><p><b>　　2 設計要求</b></p><p><b>　　1.初始條件：</b></p><p>　　集成穩(wěn)壓器選用LM317與LM337或其他芯片，性能參數(shù)和引腳排列請查閱集成穩(wěn)壓器手冊。</p>

8、<p>　　電源變壓器為雙15Ｖ／25Ｗ。</p><p>　　其參考電路之一如圖1所示</p><p>　　圖1 ±1.25V-±15V連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓器參考電路原理圖</p><p>　　2.主要性能指標：（1）輸出電壓Vo：±1.25 - ±12V連續(xù)可調(diào)。 </p><p>　?。?/p>

9、2）最大輸出電流Iomax=800mA</p><p>　?。?）紋波電壓ΔVop-p≤5mV </p><p>　?。?）穩(wěn)壓系數(shù)Sv≥3X10-3</p><p>　　3.設計要求：（1）依據(jù)已知設計條件確定電路形式。</p><p>　?。?）計算電源變壓器的效率和功率。</p><p

10、>　?。?）選擇整流二極管及計算濾波電容</p><p>　?。?）安裝調(diào)試與測量電路性能，畫出實際電路原理圖。</p><p>　?。?）按規(guī)定的格式，寫出課程設計報告。</p><p><b>　　3 總體設計思路</b></p><p>　　在本次課程設計中我準備采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，集成穩(wěn)壓器選用LM317與

11、LM337，電源變壓器選用雙15Ｖ／25Ｗ。</p><p>　　由于輸入電壓u1發(fā)生波動、負載和溫度發(fā)生變化時，濾波電路輸出的直流電壓UI會隨著變化。因此，為了維持輸出電壓UI穩(wěn)定不變，還需加一級穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當外界因素（電網(wǎng)電壓、負載、環(huán)境溫度）發(fā)生變化時，能使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件所組成。采用集成穩(wěn)壓器設計的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、結構簡單

12、等優(yōu)點。</p><p>　　集成穩(wěn)壓器的類型很多，在小功率穩(wěn)壓電源中，普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。按輸出電壓類型可分為固定式和可調(diào)式，此外又可分為正電壓輸出或負電壓輸出兩種類型。</p><p>　　本課程設計中采用三端可調(diào)穩(wěn)壓器LM317與LM337。</p><p>　　圖2 LM337外觀圖</p><p>　　3.1 LM317與LM

13、337集成穩(wěn)壓器的特性簡介</p><p>　　三端可調(diào)穩(wěn)壓器的輸出電壓可調(diào)，穩(wěn)壓精度高，輸出波紋小。其一般的輸出電壓為1.25~35V或-1.25~-35V。比較典型的產(chǎn)品有LM317和LM337等。</p><p>　　其中LM317的輸出電壓范圍是 1.2V 至 37V，LM337 的輸出電壓范圍是 -1.2V 至 

14、;-37V，負載電流最大為 1.5A。它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負載調(diào)整率也比標準的固定穩(wěn)壓器好。LM317/LM337 內(nèi)置有過載保護、安全區(qū)保護等多種保護電路。</p><p>　　特性簡介    可調(diào)整輸出電壓低到 1.2V。    保證 1.5A 輸

15、出電流。    典型線性調(diào)整率 0.01%。    典型負載調(diào)整率 0.1%。    80dB 紋波抑制比。    輸出短路保護。    過流、過熱保護。    調(diào)整管安全工作區(qū)保護。  

16、0; 標準三端晶體管封裝。電壓范圍     輸入輸出最小壓差降為0.2V    LM317/LM337 1.25V 至 37V 連續(xù)可調(diào)。</p><p>　　LM317與LM337集成穩(wěn)壓器的特性滿足設計要求的輸出電壓Vo：±1.25 - ±12V連續(xù)可調(diào)。</p>

17、<p>　　封裝形式    TO-220 塑料封裝，TO-3 鋁殼封裝，TO-202 塑料封裝，TO-39 金屬封裝</p><p>　　圖3 TO-220 塑料封裝圖</p><p>　　圖4 TO-3鋁殼封裝圖</p><p>　　圖5 TO-39金屬封裝圖</

18、p><p><b>　　一般應用電路 </b></p><p>　　圖6是三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的一般應用電路。電路中的R1、R2組成可調(diào)輸出的電阻網(wǎng)絡。為了能使電路中的偏置電流和調(diào)整管的漏電流被吸收，所以設定R1為120~240歐姆。通過R1瀉放的電流為5~10mA。輸入電容器C1用于抑制紋波電壓，輸出電容器C2用于消震，緩沖沖擊性負載，保證電路工作穩(wěn)定。</p&

19、gt;<p>　　由于加外接保護電路C2的存在，容易發(fā)生電容器發(fā)電而損壞穩(wěn)壓器。若有外接保護二極管D2，電容器C2放電時，D1導通鉗位，使穩(wěn)壓器得到保護。D1是為了防止調(diào)節(jié)端旁路電容器C3放電時而損壞穩(wěn)壓器的保護二極管。旁路電容器C3也是為了抑制波紋電壓而設置的。當C3為10uF時，能提高紋波抑制比15dB。</p><p><b>　　LM317</b></p>

20、<p>　　圖6 LM317應用電路圖</p><p><b>　　LM337</b></p><p>　　圖7 LM337應用電路圖    1，2腳之間為1.25V電壓基準。為保證穩(wěn)壓器的輸出性能，R1應小于240歐姆。改變R2阻值即可調(diào)整穩(wěn)壓電壓值。D1，D2用于保護LM317/337。</p>&l

21、t;p>　　這類穩(wěn)壓器是依靠外接電阻來調(diào)節(jié)輸出電壓的,為保證輸出電壓的精度和穩(wěn)定性，要選擇精度高的電阻,同時電阻要緊靠穩(wěn)壓器，防止輸出電流在連線上產(chǎn)生誤差電壓。三端可調(diào)式穩(wěn)壓器的典型應用電路的輸出電壓為:</p><p>　　LM317的VREF=1.2V，Iadj=50mA，由于Iadj<<I1，所以</p><p>　　3.2 穩(wěn)壓電源的技術指標</p>

22、<p>　　穩(wěn)壓電源的技術指標可以分為兩大類：一類是特性指標，如輸出電壓、輸出電濾及電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類是質量指標，反映一個穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻（輸出電阻）、紋波電壓及溫度系數(shù)等。</p><p>　　3.3 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的主要特點</p><p>　　1．穩(wěn)定性好　 當輸入電壓Usr （整流、濾波的輸出電壓）在規(guī)定范圍內(nèi)變動時，輸出電壓Usc 的變化應該

23、很小一般要求 。</p><p>　　由于輸入電壓變化而引起輸出電壓變化的程度，稱為穩(wěn)定度指標，常用穩(wěn)壓系數(shù)S 來表示：S的大小，反映一個穩(wěn)壓電源克服輸入電壓變化的能力。在同樣的輸入電壓變化條件下，S越小，輸出電壓的變化越小，電源的穩(wěn)定度越高。通常S約為。</p><p><b>　　2.輸出電阻小</b></p><p>　　負載變化時（從空

24、載到滿載），輸出電壓Usc ，應基本保持不變。穩(wěn)壓電源這方面的性能可用輸出電阻表征。</p><p>　　輸出電阻（又叫等效內(nèi)阻）用rn 表示，它等于輸出電壓變化量和負載電流變化量之比。</p><p>　　rn 反映負載變動時，輸出電壓維持恒定的能力，rn 越小，則Ifz   變化時輸出電壓的變化也越小。性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源，輸出電阻可小到1歐，甚至0．01歐。</p>

25、;<p><b>　　3.電壓溫度系數(shù)小</b></p><p>　　當環(huán)境溫度變化時，會引起輸出電壓的漂移。良好的穩(wěn)壓電源，應在環(huán)境溫度變化時，有效地抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓穩(wěn)定，輸出電壓的漂移用溫度系數(shù)KT來表示.</p><p><b>　　4.輸出電壓紋波小</b></p><p>　　所謂紋

26、波電壓，是指輸出電壓中50赫或100赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示。經(jīng)過穩(wěn)壓作用，可以使整流濾波后的紋波電壓大大降低，降低的倍數(shù)反比于穩(wěn)壓系數(shù)S 。</p><p>　　3.4 設計的主要思路</p><p>　　上一小節(jié)介紹的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，用做一種簡單的穩(wěn)壓電源，可以滿足一般無線電愛好者的需要。但是，這種電源還有許多“天生的”缺陷，要提高對性能的要求，就必須再做一些改進。從以下四

27、個方面對它的性能加以改善，便可做成一臺有實用價值的穩(wěn)壓電源了。這就是：增加放大環(huán)節(jié)，提高穩(wěn)定性，使輸出電壓可調(diào)；用復合管做調(diào)整管，使輸出電流增大；增加保護電路，使電源工作安全可靠。</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源主要由四部分組成：電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路。如圖8所示：</p><p>　　1．電源變壓器：　　將電網(wǎng)交流電壓變?yōu)檎麟娐匪璧慕涣麟妷?，一般次級電壓u2較小

28、。　　2．整流電路：　　將變壓器次級交流電壓u2變成單向的直流電壓u3，它包含直流成份和許多諧波分量?！　?．濾波電路：　　濾除脈動電壓u3中的諧波分量，輸出比較平滑的直流電壓u4。該電壓往往隨電網(wǎng)電壓和負載電流的變化而變化?！　?．穩(wěn)壓電路：　　它能在電網(wǎng)電壓和負載電流的變化時，保持輸出直流電壓的穩(wěn)定。它是直流穩(wěn)壓電源的重要組成部分，決定著直流電源的重要性能指標。</p><p>　　圖8 直流

29、穩(wěn)壓電源</p><p><b>　　4 單元電路的設計</b></p><p>　　串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路所組成，各部分電路的形式與作用如下。</p><p><b>　　4.1 電源變壓器</b></p><p>　　電源變壓器的作用是將來自電網(wǎng)的220

30、V交流電壓u1變換為整流電路所需要的交流電壓u2。電源變壓器的效率為：</p><p>　　其中：是變壓器副邊的功率，是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率如表1所示：</p><p>　　表1 小型變壓器的效率</p><p>　　因此，當算出了副邊功率后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率。</p><p>　　設計要求的電源變壓器為雙15Ｖ

31、／25Ｗ。</p><p><b>　　原邊輸入功率為。</b></p><p><b>　　副邊輸出功率為</b></p><p>　　因為所選電源變壓器為雙15Ｖ／25Ｗ，由表中數(shù)據(jù)可知，則，所選25W符合要求。</p><p>　　電源變壓器的實際效率為</p><p>

32、;　　4.2 橋式整流電路</p><p>　　橋式整流屬于全波整流，它不是利用副邊帶有中心抽頭的變壓器,而是用四個二極管接成電橋形式，使在電壓V2的正負半周均有電流流過負載，在負載形成單方向的全波脈動電壓。</p><p>　　圖9 橋式整流電路</p><p><b>　　主要參數(shù)：</b></p><p>&l

33、t;b>　　4.3 濾波電路</b></p><p>　　整流電路輸出波形中含有較多的紋波成分，與所要求的波形相去甚遠。所以通常在整流電路后接濾波電路以濾去整流輸出電壓的紋波。濾波電路常有電容濾波，電感濾波和RC濾波等。</p><p>　　本設計中采用電容濾波電路</p><p>　　圖10 電容濾波電路</p><p&g

34、t;　　圖10分別是橋式整流電容濾波電路和它的部分波形。這里假設t<0時，電容器C已經(jīng)充電到交流電壓V2的最大值（如波形圖所示）。</p><p>　　整流二極管VL1~VL4組成單相橋式整流電路，將交流電壓U2變成脈動的直流電壓。再經(jīng)濾波電容濾除波紋Ui.Ui與交流電壓U2的關系為</p><p>　　Ui=(1.1~1.2)U2</p><p>　　每支整

35、流二極管的最大反向電壓Urm=U2。</p><p>　　通過每支整流二極管的平均電流。</p><p>　　式中R為整流濾波電路的負載電阻，為電容提供放電回路，RC放電時間常數(shù)應該滿足RC.式中T=20ms。 </p><p>　　4.4 電路參數(shù)設計</p><p>　　（1）確定R1、R2的阻值。以LM317為例說明。</p&

36、gt;<p><b>　　電路圖如下所示：</b></p><p>　　圖11 LM317電路圖</p><p>　　輸出電壓計算公式 　　 </p><p>　　帶入數(shù)據(jù)可得 （1）</p><p><b>　?。?）</b></p><

37、;p>　　有（1）（2）可得： </p><p>　　取滑動變阻器： ， 則</p><p>　　的阻值不是標稱值，取標稱阻值。</p><p>　　（2）整流二極管及濾波電容的選擇</p><p>　　整流二極管選1N4001,其極限參數(shù)為,而, </p><p><b>　　因為,而&l

38、t;/b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　濾波電容為,電容C的耐壓應大于</p><p>　　故取2只/25V的電解電容相并聯(lián)作為濾波電容 。</p><p>　　同理LM337的參數(shù)為、。</p><p>　　5 總體電路圖與工作原理</p>

39、<p><b>　　5.1 總體電路圖</b></p><p>　　圖12 總體電路原理圖</p><p>　　5.2 電路工作原理</p><p>　　LM317三端可調(diào)穩(wěn)壓器的工作原理如下。</p><p>　　輸出電壓取決于外接電阻R1、可調(diào)電阻R2的分壓比。LM317輸出端與調(diào)整端之間的電位差恒等于1.

40、25V，調(diào)整端1的電流極小，所以流過R1、R2的電流幾乎相等（約幾毫安電流），通過改變電位器的阻值就能改變輸出電壓。</p><p>　　LM317三端可調(diào)穩(wěn)壓器為了保持輸出電壓的穩(wěn)定性，要求流經(jīng)R1的電流要小于5mA，這就限制了電阻R1的取值。此外，還應注意：LM317在不加散熱片時的最大允許功耗為2W。在加200mm×200mm×4mm散熱板后，其最大允許功耗可達15W。</p>

41、;<p>　　6 電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　6.1 整流濾波電路的安裝</p><p>　　首先應在變壓器的副邊電壓接入保險絲FU，以防電源輸出端短路損壞變壓器或其他元件，整流濾波電路主要檢查整流二極管是否接反，否則會損壞變壓器。檢查無誤后，通電測試（可用調(diào)壓器逐漸將輸入交流電壓升到220V），用滑線變阻器作等效負載，用示波器觀察輸出是否正常。</p>

42、<p>　　6.2 穩(wěn)壓部分的安裝</p><p>　　集成穩(wěn)壓器要安裝適當?shù)纳崞?，根?jù)散熱器的安裝的位置決定是否需要集成穩(wěn)壓器與散熱器之間絕緣，輸入端加直流電壓（可用直流電源作輸入，也可用調(diào)試好的整流濾波電路作輸入），滑線變阻器作等效負載，調(diào)節(jié)電位器，輸出電壓隨之變化，說明穩(wěn)壓電路正常工作。注意檢查在額定負載電流下的穩(wěn)壓器的發(fā)熱情況。</p><p>　　6.3 組裝及指

43、標測試</p><p>　　將整流濾波電路和穩(wěn)壓電路相連接并接上等效負載，測量下列各值是否滿足設計要求：</p><p>　　Ui為最高值，Uo為最小值，測穩(wěn)壓器輸入、輸出端壓差是否小于額定值，并檢查散熱器的溫升是否滿足要求（此時應使輸出電流為最大負載電流）。</p><p>　　Ui為最小值，Uo為最大值，測穩(wěn)壓器輸入、輸出端壓差是否大于3V，并檢查輸出穩(wěn)壓情況。

44、</p><p>　　如果上述結果符合設計要求，便可以進行質量指標測試。</p><p><b>　　7 元器件列表</b></p><p><b>　　表2元器件列表</b></p><p><b>　　8 課程設計體會</b></p><p>　　在

45、這次模擬電子技術基礎課程設計中，我在收獲知識的同時，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過程中，我通過查找大量資料，請教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨立思考、設計的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在設計，我還學會了很多學習的方法以及相關軟件的使用,如protel 99se。本設計使用protel 99se來設計電路原理圖。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。我將所學知識運用到設計中，按照設計要求設計電路的參數(shù)，在按對應的參

46、數(shù)選取元器件，通過查找資料了解元器件的主要特性與相關使用注意事項。在電路設計中選取最優(yōu)元件來滿足設計的要求。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學習、實踐，再學習、再實踐。</p><p>　　相信以后我會以更加積極地態(tài)度對待我的學習、對待我的生活。我的激情永遠不會結束，相反，我會更加努力，努力的去彌補自己的缺點，發(fā)展自己的優(yōu)點，去充實自己，只有在了解了自己的長短之后，我們會更加珍惜擁有的，更加努力的去完善它，增進它。只

47、有不斷的測試自己，挑戰(zhàn)自己，才能擁有更多的成功和快樂！To us, happiness equals success! 快樂至上，享受過程，而不是結果！認真對待每一個實驗，珍惜每一分一秒，學到最多的知識和方法，鍛煉自己的能力，這個是我在課程設計中學到的最重要的東西，也是以后都將受益匪淺的！</p><p><b>　　9 參考文獻</b></p><p>　　康華光

48、編《電子技術基礎 模擬部分》,北京 高等教育出版社,2001年1月版</p><p>　　張憲 編《電子電路制作指導》，北京 化學工業(yè)出版社，2005年8月版</p><p>　　張友漢 編《電子技術基礎教學參考書》,北京 高等教育出版社,2005年6月版</p><p>　　楊剛 編《模擬電子技術基礎實驗》,北京 電子工業(yè)出版社,2003年11月版</p&