组态王紫金桥----连续可调集成稳压器的设计.doc

目 录1 设计目的12 设计任务及要求.13 设计步骤及原理说明14 安装调试中出现的问题及解决95 性能测试要求及数据96 收获体会及建议107 注意事项.10 8 元器件清单.11参考文献.12附 录13电子技术课程设计（报告）1 设计目的 1.1学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、 设计步骤，培养综合设计与调试能力。 1.2学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。 1.3培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。 2 设计任务及要求 2.1设计并制作一个连续可调直流稳压电源，主要技术指标要求： 2.1.1 输出电压可调：Uo=+3V+9V 最大输出电流：Iomax=200mA 纹波电压Vop-p5mV 稳压系数：SV5*10- 2.1.2 Vo=+5V Iomax=300mA 2.2 设计电路结构，选择电路元件； 计算确定元件参数，画出实用原理电路图。 2.3自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，交指导教师审核。 2.4批准后，进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能参数。3 设计步骤及原理说明3.1方案的选择3.1.1档：3.1.1.1方案一：图一 方案一在第一档的设计过程中，就是按照通常的设计方案，经变压器变压获得所需的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压，整流电路有四个二极管（IN4001）组成；在此脉动的直流电压中还含有较大的纹波，所以必须通过滤波电路加以滤除，选用C1、C2用来滤波，从而可以得到平滑的直流电压；经滤波之后也并不能保证输出稳定的电压，它还会随电网电压波动、负载和温度的变化而变化，故在整流、滤波电路之后，还需要接稳压电路，这里采用LM317可变三端集成稳压器，用以稳定输出直流电压。R1与Rp组成电压调节电路，输出电压Vo=1.25(1+RP1/R1),通过调节RP1就能改变输出电压。D5为保护二极管当输入端短路时，给输出电容C3一个放电通路，防止C3两端电压作用于调整管的be结，击穿损坏稳压器。输出电压的可变就是通过调节Rp1来实现的。3.1.1.1方案二图二 方案二LM317输出电流为1.5A，输出电压可在1.2537V之间连续调节，其输出电压由两只外接电阻R1、RP1决定，输出端和调整端之间的电压差为1.25V，这个电压将产生几毫安的电流，经R1、RP1到地，在RP1上分得的电压加到调整端，通过改变RP1就能改变输出电压。注意，为了得到稳定的输出电压，流经R1的电流小于3.5mA。LM317在不加散热器时最大功耗为2W，加上2002004mm3散热板时其最大功耗可达15W。VD1为保护二极管，防止稳压器输出端短路而损坏IC，VD2用于防止输入短路而损坏集成电路。总的来说，方案一的设计步骤清晰，简单明了，方案二与方案一基本类似，在经过考虑之后，决定采用常见的电路设计形式，这个方案性能好、工作稳定、体积小、制作安装简单方便无论从经济方面还是从实际操作方面来说，应该是不错的。在实际焊接电路时，并没有安装负载。3.1.2档：3.1.2.1方案一：UO uiW7812C10.33uFC2 0.1uF10W100W10W+图三 方案一3.1.2.2方案二：是直接用CW7805来代替CW7812，这样可以不必使用滑动变阻器，是电路变得很简单。从简单、经济的方面来说，方案二确实要优于方案一，但综合实验设计的设计要求，我还是选择了方案一，这个方案尽管有些复杂，焊接时也显得麻烦，但可以锻炼自己，掌握更多的知识。3.2图形3.2.1完整的电路图图四 实验原理图3.2.2输入电压的波形图六 输入电压波形图3.2.3经变压器降压后的电压波形 图七 降压后电压波形图3.2.4未加滤波电容时LM317输入端电压的波形 图八 3.2.5加入滤波电容后LM317输入端电压的波形 图九3.2.6LM317输出端电压即输出电压的波形 图十3.3、原理说明3.3.1电源变压器稳压电路滤波电路整流电路3.1.1.1电源变压器：如图方案一中，电源变压器的作用就是将电压U1变为整流电路要求的交流电压；3.1.1.2整流滤波电路： 滤波电路通常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，由于电抗元件在电路中有储能的作用，并联的电容C在电源供给的电压升高时，可以把部分能量储存起来，而当电源电压降低时，又可以把电场能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容C具有平波的作用。滤波电路形式多种多样，依不同的划分标准又可进行不同的分类，在此不一一列举。此设计实验中，采用的是单相桥式整流、电容滤波电路，在实际焊接时，要特别注意，不要将电解电容的正负端搞反，整流元件只有受正向电压作用时才导通，否则便截止。RL、C对充放电的影响：电容充电时间常数为rDC，因为二极管的rD很小，所以充电时间常数小，充电速度快；RLC为放电时间常数，因为RL较大 3.1.1.3稳压电路：三端集成稳压器分为固定式和可调式两种。在此选用了LM317可调式三端集成稳压器，主要是考虑到要输出范围可变的输出电压，它主要是依靠外接电阻来调节输出电压的，为保证输出电压的精度和稳定性，要选择高精度的电阻，同时，电阻要紧靠稳压器，防止输出电流在连线电阻上产生误差。集成稳压器的稳定性高和内部电路具有完善的保护措施，又使用方便、可靠、价格低的优点，使得它得以广泛被应用。3.3.2电源变压器稳压电路滤波电路整流电路其原理和上面一样，所不同的就是这里采用的是固定式的三段集成稳压器CW7812，其输出电压的可调性是由稳压管和电压跟随器A来实现的，电压跟随器的输入电压也就是电阻R1与Rp上部分的电压之和，当调节Rp的动端位置时，输出电压随之变化，实现实验设计要求，可根据输出电压的调节范围和输出电流的大小来选择三段集成稳压器、运放和取样电阻。3.4、元件参数的选择3.4.1选可调式三端稳压器LM317，其特性参数V0=+1.2V+37V,I0max=1.5A,最小输入输出压降（Vi-V0）min=3V,最大输入输出压降（Vi-V0）max=40V。由式子Vo=1.25(1+RP1/R1)，可取R1=240，那么Rp1最小为336，其最大值为1.49k，故取Rp1为4.7k的精密绕线可调电位器。3.4.2电源变压器的选择先求输入电压Vi的范围：根据V0max+(Vi-V0)minViV0min+(Vi-V0)max 9V+3VVi3V+40V 12VVi43V。副边电压V2V1/1.1取V212/1.1=11V。副边电流I2I0max=0.8A，取I2=1A，变压器副边输出功率P2I2U2=11W。变压器的效率=0.7，则原边输入功率P1P2/=15.7W。由上分析，副边输出电压为12V，输出电流为1A，为留有余地，一般选择功率为20W的变压器。3.4.3整流二极管及滤波电容的选择：整流二极管D选1N4001，其极限参数为URM50V，而2U2=15.4V，则URM满足要求。IF=1A，而I0max=0.8A，则IF亦满足要求；滤波电容C可由纹波电压V0p-p和稳压系数Sv来确定。已知V0=9V，Vi=12V,V0p-p=5mA,Sv=0.003, 则Vi=V0p-p* Vi/( V0* Sv)=2.2V,则C=Ict/Vi=3636F。电容C的耐压应大于2U2=15.4V。故取两只2200F/25V的电容相并联。如图6中C1、C2所示。3.4.44Ci用来实现频率补偿，可选用0.1uF的电容，防止稳压器产生高频自激高频震荡和抑制电路引入的高频干扰，输出电容Co是大小为10uF的电解电容，以减少稳压电源输入端由输入电源引入的低频干扰，D用于保护LM317，其型号是IN4148。4 安装调试过程中的问题及解决4.1 调试时，不能输出结果，因为在动手焊接之前做过认真的思考，所以首先想到的是，会不会是线路焊接有问题，在哪个地方没焊接好，当用万用表检测完之后，并没有这类问题，另一个同学也出现了同样的情况，接着便考虑到是不是某个元件接错了位置，以致电路无法正常运行，最后发现是在把LM317连入电路时发生了错误，一脚应该是对地端，二脚为接输出端，三脚接输入端，而我都弄错啦，经改正之后，通过调节滑动变阻器，可以是输出电压可变。由于调试时试验条件有限，经变压之后得到的电压并不是11V，为5V左右，输出电压在1.53.2之间。4.2 观察波形时，没看到有波形输出，但输出端确实有电压，或许是示波器没正常工作，由于实验仪器有限，没能用其他的示波器来实现波形的输出。5 性能测试要求及数据稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、纹波电压（纹波系数）及温度系数。5.1U0和最大输出电流Iomix的测量 稳压电源正常工作时能输出的最大工作电流，用Iomax表示，一般情况下的工作电流IoIomax时损坏稳压器。实际测得最大输出电流Iomax= 823mA ，符合设计要求。5.2输出电压同时测量Vo与Iomax.测试过程是：输出端接负载RL,输入端接220V的交流电压 数字电压表的测量值为Vo;使RL逐渐减小，直到Vo的值下降5%，此时流经负载RL的电流即为Iomax.5.3纹波电压叠加在输出电压上的交流电压分量。用示波器观测其峰峰值一般为毫伏量级。也可用交流毫伏表测量其有效值，但因纹波不是正弦波，所以有一定的误差。5.4稳压系数S 的测量稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即：Sv=(V-Vo)/(Vi/VI) 3） 电压调整率：输入电压相对变化为10%时的输出电压相对变化量，稳压系数和电压调整率均说明输入电压变化对输出电压的影响，因此只需测试其中之一即可。5.5输出电阻及电流调整率 输出电阻与放大器的输出电阻相同，其值为当输入电压不变时，输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值.电流调整率：输出电流从0变到最大值时所产生的输出电压相对变化值。输出电阻和电流调整率均说明负载电流变化对输出电压的影响，因此也只需测试其中之一即可6 收获体会及建议6.1通过一周多的忙碌，课程设计终于到了尾声，让我感触最深的就是，理论和实践确实相差很多，我们可以在理论上呱呱奇谈，说得如何如何完美，把原理搞得很清楚，但当自己把元件拿到手，开始做实物时，又是另一回事儿，因为在做的过程中，我们会发现许多新的问题，是在理论学习中所没有考虑过的、没想过的，正如那句老话：“实践出真知”，在实践操作中发现问题、寻找问题，把自己闷在课本里是不会有质的飞跃的。当在实践中碰上问题时，就要想方设法去弄明白，因为这样最终才能得到自己想要的结果，所以就会利用身边可利用的资源去查阅资料，把问题解决掉，在这个过程中，会学到很多东西，掌握很多东西，受益匪浅。6.2焊接时要对各个功能模块电路进行单个测试，需要时可设计一些临时电路用于6.3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。6.4注意LM317芯片的输入输出管脚和桥式整流电路中二极管的极性，不应反接。照原理图焊接时必须要保证可靠接地。7 注意事项7.1能模块电路进行单个测试，需要时可设计一些临时电路用于调试。7.2路时，必须要保证焊接正确，才能打开电源，以防元器件烧坏。7.3M317芯片的输入输出管脚和桥式整流电路中二极管的极性，不应反接。7.4原理图焊接时必须要保证可靠接地。8 元件器清单序号名称型号规格数量1电阻器102支2电阻器2401支3滑动变阻器1001支4滑动变阻器5k1支5二极管IN40014支6二极管IN41481支7电解电容50v/1uF1支8电解电容50v/10uF1支9电解电容50v/2200uF2支10电容0.1uF1支11电容0.33uF1支12CW78121支13LM3