可调集成直流稳压电源课程设计报告.doc

目 录一. 设计任务与要求3二. 方案设计与论证3三 单元电路设计与参数计算8四 整体电路图. 10五总原理图及元器件清单11六性能测试与分析13七课程设计报告总结18八参考文献18一、设计任务与要求 1.设计一集成稳压电路要求：(1)输出电压可调：(2)最大输出电流： (3)输出电压变化量：(4)稳压系数： 2.通过设计集成直流稳压电源，要求掌握： (1)选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源。(2)掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法。二、方案设计与论证 1.直流稳压电源的基本原理直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下：其中， (1)电源变压器：是降压变压器，它的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器的变比由变压器的副边按确定，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n，式中n是变压器的效率。(2)整流电路：利用单向导电元件，将50HZ的正弦交流电变换成脉动的直流电。2、整流电路（1）直流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图3所示。图3 单相桥式整流电路（2）工作原理设变压器副边电压u2=2U2sint，U2为有效值。 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。如图4于输出电流的平均值的一半，即 电路中的每只二极管承受在桥式整流电路中，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流等的最大反向电压为 (U2是变压器副边电压有效值)。(3)滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分滤除。滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。 采用滤波电路可滤除整流电路输出电压中的交流成分，使电压波形变得平滑。常见的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。 在整流电路的输出端，即负载电阻RL两端并联一个电容量较大的电解电容C，则构成了电容滤波电路，如图5所示电路，由于滤波电容与负载并联，也称为并联滤波电路。从图4可以看出，当u2为正半周时, 电源u2通过导通的二极管VD1、VD3向负载RL供电，并同时向电容C充电（将电能存储在电容里，如t1t2），输出电压uouc u2；uo达峰值后u2减小，当uou2时，VD1、VD3提前截止，电容C通过RL放电，输出电压缓慢下降（如t2t3），由于放电时间常数较大，电容放电速度很慢，当uC下降不多时u2已开始下一个上升周期，当u2uo时，电源u2又通过导通的VD2、VD4向负载RL供电，同时再给电容C充电（如t3t4），如此周而复始。电路进入稳态工作后，负载上得到如图中实线所示的近似锯齿的电压波形，与整流输出的脉动直流（虚线）相比，滤波后输出的电压平滑多了。显然，放电时间常数RLC越大、输出电压越平滑。若负载开路（RL=），电容无放电回路，输出电压将保持为u2的峰值不变。（1）输出电压的估算 显然，电容滤波电路的输出电压与电容的放电时间常数=RLC有关，应远大于u2的周期T，分析及实验表明，当 =RLC（35）T /2时，滤波电路的输出电压可按下式估算，即 UO1.2U2 （2）整流二极管导通时间缩短了，存在瞬间的浪涌电流，要求二极管允许通过更大的电流，管子参数应满足 IFM2IV=IO （3）在已知负载电阻RL的情况下，根据式子选择滤波电容C的容量，即 C（35） T /2RL 若容量偏小，输出电压UO将下降，一般均选择大容量的电解电容；电容的耐压应大于u2的峰值，同时要考虑电网电压波动的因素，留有足够的余量。电容滤波电路的负载能力较差，仅适用于负载电流较小的场合。 (4)稳压电路:稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。由于稳压电路发生波动、负载和温度发生变化，滤波电路输出的直流电压会随着变化。因此，为了维持输出电压稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）等发生变化时，使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件组成。采用集成稳压器设计的电源具有性能稳定、结构简单等优点。集成稳压器的种类很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按照输2设计方案：扩展应用： LM317的输出电压可以从1.25V连续调节到37V。其输出电压可以由下式算出： 输出电压=1.25（1+ADJ端到地的电阻/ADJ端到+Vout端的电阻）。 如果你需要其它的电压值，即可自选改变有关电阻的阻值来得到。值得注意的是，LM317T有一个最小负载电流的问题，即只有负载电流超过某一值时，它才能起到稳压的作用。这个电流随器件的生产厂家不同在3-8mA不等。这个可以通过在直流稳压电源负载端接一个合适的电阻来解决。LM317是常见的可调集成稳压器，最大输出电流为2.2A，输出电压范围为1.2537V。其接法如下：1，2脚之间为1.25V电压基准。为保证稳压器的输出性能，R1应小于240欧姆。改变R2阻值即可调整稳压电压值。D1，D2用于保1，2脚之间为1.25V电压基准。为保证稳压器的输出性能，R1应小于240欧姆。改变R2阻值即可调整稳压电压值。D1，D2用于保Uo=(1+R2/R1)*1.25三、单元电路设计与参数计算1.集成三端稳压器选择集成稳压器：集成稳压器选用CW317，其输出电压范围为：，最大输出电流为1.5A。所确定的稳压电源电路如图4-1所示。 集成稳压器的输出电压Uo应与稳压电源要求的输出电压的大小及范围相同。稳压器的最大允许电流IomIomax，稳压器的输入电压范围为：Uomax+（Ui-Uo）minUiUomin+（Ui-Uo）max式中，Uomax最大输出电压； Uomin最小输出电压； （Ui-Uo）min 稳压器的最小输入电压差；（Ui-Uo）max稳压器的最大输入电压差；在图4-1所示的电路中，取C1 = 0.01F，C2 =10F，C0 = 1F，R1 = 200，RW = 2k，二极管用IN4007，和组成输出电压调节电路，输出电压 ，取，流过的电流为。取R1 = 200，则由，可求得：，Rwmax=1860，故取为的精密线绕电位器。 图4-1输出电压可调的稳压电源选择电源变压器Uomax+（Ui-Uo）minUiUomin+（Ui-Uo）max即 9V+3VUi3V+40V取 12VUi43VU2Uimin/1.1=12/1.1=10.91V取U2=12V变压器副边电流：I2Iomax=0.2A取I2=0.5A则变压器的副边输出功率P2为 P2I2U2=6W 由表1知，变压器的效率=0.7，则原边输入功率P1P2 /=8.57W。 为留有余地，故选用功率为10W的变压器。所以变压器选用12V/10W的即可。 L 2.选择电源变压器 1）确定副边电压U2： 根据性能指标要求： 又 其中： 此范围可任选： 根据 可得变压的副边电压： 2）确定副边电流： 又副边电流 取 则 3)选择变压器的功率 变压器的输出功率： 3.选择整流电路中的二极管 变压器的伏变电压 桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为： 桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为： 查手册选整流二极管IN4007,其参数为：反向击穿电 最大整流电流4.滤波电路中滤波电容的选择1） 求： 根据稳压电路的稳压系数的定义： 设计要求 代入上式，则可求得 ； 2）求滤波电容C 设定 所以滤波电容：。 电路中滤波电容承受的最高电压为,所以所选电容器的耐压应大 四整体电路图B图五、总原理图及元器件清单 2元件清单原件序号型号主要参数数量备注J1变压器12V1实际输入电压大于12V 3.安装与调试 按PCB图所示，制作好电路板。安装时，先安装比较小的原件，所以先安装整流电路，在安装稳压电路，最后再装上电路（电容）。安装时要注意，二极管和电解电容的极性不要接反。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。电位器RV1取最大时，Uo=8.95V 电位器RV1滑到最小时，Uo=2.94V电位器在0到1K之间，输出电压连续可调：约为3V9V五、性能测试与分析 1.输出电压与最大输出电流的测试测试电路如图所示。一般情况下，稳压器正常工作时，其输出电流Io要小于最大输出电流Iomax，取Io=0.7A，可算出,工作时上消耗的功率为 故取额定功率为10W，阻值为的电位器。测试时，先将,交流输入电压为220V，用数字电压测量的电压指示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。 RV2=20欧姆，Uo=8.95, Io=0.45A Uo下降5%时（8.52V），Io=0.69A2.波纹电压的测试 用示波器观察Uo的峰峰值，测量的值（约几mV）。 有示波器得出： 3.稳压系数的测量在Ui=220V时，测出稳压电源的输出电压Uo,然后调节自耦变压器是输入电压Ui=198V,测出稳压电源的输出电压Uo2。则稳压系数为： 因为在调试中，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=184V, Ui=9.84 U1=220V, Ui=11.8V U1=269V, Ui=14.4V Ui=12.4V 时，Uo=8.95V Ui=14.4V时，Uo=8.96V Ui=9.84V时， Uo=8.95V 所以，稳压系数：设计要求测试结果误差分析Uo=+3V+9V2.94V8.95V1%Iomax=800mA690mA14%299.2uV299.2uV5mV0.00293% 在允许的误差范围内，本设计已达到要求。六、结论与心得通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关模拟电子技术方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手操作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。 过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！ 课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用仪器、仪表；了解了电路的连线方法；以及如何提高电路的性能等等，掌握了可调直流稳压电源构造及原理。我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。 回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。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，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而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