直流线性可调电源与放大电路设计报告(独立的两部分电路)

1、电子设计大赛培训报告设计题目： ±6V直流稳压电源 4倍反相运算放大器26目录（1） .设计任务及要求（2） .方案设计与论证（3） .单元电路设计与参数计算（4） .总原理图及元器件清单（5） .安装与调试（6） .性能测试与分析（7） .设计缺陷，遇到问题及解决方案（8） .设计心得（9） .参考文献（一） 设计任务及要求1 设计任务 A.设计一直流稳压电源，满足： 当输入电压在220V交流时，输出直流电压为±6V； B.学会用SM4558设计简单电路实现运算放大. C.熟悉各个仪器的使用，示波器，信号发生器，双路电压源，万用表等.2 设计要求（1） 合理选择电路结构，

2、掌握直流稳压电源基本设计方法、设计步骤，性能指标的测试，培养综合设计和调试能力；（2） 掌握78××，79××，等三端稳压器件及4558的基本功能使用方法。 （3）在同一电路板上实现其功能，并用实验一设计的电源为其供电。（4）了解单通道、双通道、四通道各个芯片的功能以及运用（5） 撰写设计报告。（2） 方案设计与论证1. 方案设计方案一：仅利用LM317和LM337设计一个正负可调的直流稳压电源，根据三端稳压器基本设计电路中电位器的调节实现电压输出范围。为后一部分提高电压，仅放大电路部分的SM4558的1、2、3的运算放大部分设计一个4倍反相运算放大电路

3、。方案二：利用LM317、LM337、7806、7906设计一个正负可调的直流稳压电源，将LM317、LM337的基本设计电路中的电位器替换为定值电阻，以达到三端稳压器输入输出差值23V,保证7806、7906的安全使用。并提高稳定的电压为后部电路，及将SM4558的两个独立运放电路都运用，123部分是一个反相运算放大电路，567部分是一个电压跟随器。2. 方案论证； A. 放大器部分方案一：仿真图形如图（一），由图知，该方案可以保证电压稳定输出，两个电位器的联合使用可以补偿LM317和LM337输出电压无-1.25V+1.25V的缺陷，但两个电位器的联合使用，同时调节会引起调节不方便。 图（

4、一）方案二：仿真图形如图（二），由图知，该方案综合了两类三端稳压器的使用，LM317,LM337的输出电压保证在8V-9V左右，可以保证7806，7906的输入输出差在2V-3V，同时该电路可以稳定输出±6V,输出端可以通过一个电位器的调节实现-6V+6V稳定输出。图（二）以上两种方案中都运用了电位器的调节以实现输出电压的可调范围，但是方案一相对于方案二不好运用，若一个电位器有损则会影响整个电路的使用，综上我们选择方案二。3. 实现方案系统总体框图 + 电 源 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 + u1 u2 u3 uI U0 _ 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _a.

5、稳压电源的组成框图 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t b.整流与稳压过程图（三）（1）.电源变压器 由实验室提供输入220V的交流电压，变压后输出实际测量约为13V。电源变压器的效率为：其中：是变压器副边的功率，是变压器原边的功率。（2）整流和滤波电路 在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压u2变换成脉动的直流电压u3。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI。UI与交流电压u2的有效值U2的关系为： 在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为： 流过每只二极管

6、的平均电流为 R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数RC应满足：（T = 20ms是50Hz交流电压的周期。）（3）稳压电路 由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。因此，为了维持输出电压UI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）发生变化时，能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所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。本实验使用的是三端稳压器。其按输出电压类型可分为固定式（7806、7906）和可调式（LM

7、317、LM337)，此外又可分为正电压输出(7806、LM317)和负电压输出(7906、LM337)两种类型。a.固定电压输出稳压器常见的有CW78（LM78）系列三端固定式正电压输出集成稳压器；CW79（LM79）系列三端固定式负电压输出集成稳压器。三端是指稳压电路只有输入、输出和接地三个接地端子。型号中最后两位数字表示输出电压的稳定值，有5V、6V、9V、15V、18V和24V。稳压器使用时，要求输入电压UI与输出电压Uo的电压差UI - Uo 2V。稳压器的静态电流Io = 8mA。当Uo = 5 18V时，UI的最大值UImax= 35V；当Uo=18 24V时，UI的最大值UIm

8、ax = 40V。它们的引脚功能及组成的典型稳压电路如图（四）所示。 固定式三端稳压器的引脚图及典型应用电路 1 CW78XX 3 CW78XX 2 CW79XX 1 2 3 UI C1 Co Uo 1 2 3 UI C1 1 Co Uo 2 CW79XX 3 Ui 地 Uo 地 Ui Uo(a) CW78系列的引脚图及应用电路 （b） CW79系列的引脚图及应用电路（其中：C1 = 0.33F,Co = 0.1F ，C1、 （其中：C1 = 2.2F，CO = 1F） Co采用漏电流小的钽电容）图（四）（说明：稳压器输入端的电容C1用来进一步消除纹波,此外，输出端的电容Co与C1起到了频率补

9、偿的作用，能防止自激振荡，从而使电路稳定工作。） b.可调式三端集成稳压器 可调式三端集成稳压器是指输出电压可以连续调节的稳压器，有输出正电压的CW317系列（LM317）三端稳压器；有输出负电压的CW337系列（LM337）三端稳压器。在可调式三端集成稳压器中，稳压器的三个端是指输入端、输出端和调节端。稳压器输出电压的可调范围为Uo=1.25 37V，最大输出电流Iomax =1.5A。输入电压与输出电压差的允许范围为：UI -Uo = 3 40V。三端可调式集成稳压器的引脚及其应用电路如图（五）。图（五）1，2脚之间为1.25V电压基准。R1的值为120 240，流经R1的泄放电流为5 1

10、0mA。Rw为精密可调电位器。电容可以进一步消除纹波，电容C1与Co 还能起到相位补偿作用，以防止电路产生自激振荡。电容C2与Rw并联组成滤波电波 其中：C1= 2200F，C2 =220F，C3 =1F，电位器Rw两端的纹波电压通过电容C2 以减小输出电压中的纹波。LM337内置电路与LM317类似，只是其输入输出电压均为负电压。B.运放部分方案一：该方案是利用反相运算放大器的基本原理设计的4558的运算放大电路。图（六）反相比例放大电路 方案二：该方案比方案一多一个电压跟随器，可以增加其功能，即可以满足电压跟随器的优点，提高载负载能力。Vi=Vo图七比较两种方案，电压跟随器可以提高负载能力

11、，综上我们选择方案二。（三）.单元电路设计与参数计算A.稳压电源设计思路（1） 前置部分利用LM317（LM337）稳定输出电压，根据其内置特性将电位器改为特值电阻，以达到输出89V(-8-9V)的电压。仿真图如图（八）图（八）1、2处电压为整流后的电压16V、-16V,为使3、4处电压为输出电压分别设为9V、-9V，R1、R10均为120，计算得出RV3、RV4分别为2K。而实际电路中由于误差存在，(1+2)处交流电压约为26V,3、4处分别为约8.9V、8.6V，所以实际电路中 RV3、RV4分别为2.1K、2K。此处电压可以稳定输出即保证7806、7906正常使用。（2） 核心部分780

12、6（7906）是固定输出三端稳压器，仿真图如图（九）图(九)该图是7806、7906对称输出±6V的基本电路，所以理论中A、B分别为6V、-6V。其后RV2是一精密电位器，调节范围为0-5K。对该电路而言，通过调节电位器，可以达到-6+6V的稳定输出电压，实际电路测得值为-6.00+6.015V，误差不是很大，满足实验要求。前置部分和核心部分共同组成一稳定电压源，输出电压-6+6V。B.运放器部分。 我们采用反向输入端读方法，从方向出入端输入一个一定大小的正弦信号，要想实现放大一定倍数则需要对电阻进行一定的选择，对于一个放大器Vo=-(R2/R1)Vi则要实现放大倍数Rf应该是R1的

13、四倍，在电路中还要选取适合的平衡电阻，R3是Rf和R1并联结果，图（十）对于第二个电压跟随器而言两个电阻应该保持一样，这样就能实现电压跟随的功能，如图图（十）仿真原理图图（十一）（4） 总原理图及元器件清单（1） 总原理图仿真图形结果正弦仿真结果图（十二）图（十三）PCB版图设计图（十四）（2）器件清单元件名称元件数量元件名称元件大小元件数量LM78061个极性电容2200uf4个LM79061个220uf3个LM3171个33uf4个LM3371个电阻2.1K1个整流桥1个2K1K导线若干1202个开关1个8001个SM45581个1K1个电位器1个4K1个表（一）（五）稳压电源的安装与调试

14、按图（十三）所示安装集成稳压电路，然后从稳压的输入端加入直流电压，调节RW，若输出电压也跟着发生变化，说明稳压电路工作正常。用万用表测量整流二极管的正、反向电阻，正确判断出二极管的极性后，然后安装稳压电路部分。 安装时要注意三端稳压器的各个端口接向和电解电容的极性不要接反。经检查无误后，才将电源变压器与整流滤波电路连接，通电后，用示波器或万用表检查各个端口输出电压的极性以及数值，若与理论值差别太大，则说明电路没有接对，应逐步排查错误直至与理论值相符。接通电源，调节电位器的值，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。实际电路实物图（-）实物图（

15、二）（六）性能测试与误差分析（1） 性能测试a.用交流电压表分别测量LM317、LM337、7806、7906以及输出端电压是否满足理论设计值，若满足则符合要求。b.调节滑动变阻器观测输出电压是否达到了预期目的c.经过运算放大器测得实验结果是否是原来的四倍，（2） 误差分析A. 整流器输出端口“+”“-”接反，导致极性电容烧毁。B. 电位器接触不良，不能达到预期目的。C. 三端稳压器的接口错误导致未达到预期目的。D. 电阻测量错误，导致部分元器件烧毁或者与理论值不符合。E. 电容器件选择不准，致使滤波效果不理想，输出电压不稳定.F. 用两个桥式整流连接不对会使得到的电压值不稳定，抖动的厉害。G

16、. 上下电路接地线的连接及电阻值的选取与调试会相互影响。H. 在电脑上仿真的结果与实际电路中有一定差别，所以要因地制宜的在实际电路板板上修改实际可用的参数。（7） 设计缺陷，遇到的问题及解决方案 A.设计缺陷该电路虽能保证输出电压在-6+6V正常输出，但是电位器的接触不良将会使其失效或者电位器量程不正确，也达不到预期效果。使用电位器保证输出电压虽然可调，但是不能作为稳定电源为大功耗负载供电，因为接入负载后将会影响电位器上的分压，也就导致电源输出不稳定。所以该电源并不是理想稳定电源。 B.遇到的问题及解决方案 1，问题，为保证337能为后电路提供一个最合适的电压，选用滑动变阻来调节，但是实际中缺

17、少器件，无法用到足够都的滑动变阻器.解决方案，在仿真工程中测得为7806工作最好的电压时的电阻，选取一定阻值的固定电阻代替。 2，问题,，在仿真过程中用两个变压器为整个系统供电，采用一个地线，调试出来数据一直在闪动，不稳定。 解决方案，运用一个电桥为整个电路供电，采用正接上边电路，下接下边电路，中间用一条地线，这是整个系统测得的结构将不会闪动。 3，问题，在每次电路为外电路供电时总要重新连接变压器一电路板，非常麻烦， 解决方案，在整流桥与后电路之间家一个电源开关，每一次在稳压电路板为外电路提供电压时关掉开关，当连接好之后，只需打开开关就可以实现供电了。 4，问题,在实际数据的测量结果中，测量数

18、据域实际的有误差。 解决方案，先测量好各个电阻的数据，在电阻与外连接点先用导线连接，在调节电阻值的大小，串联或并联某些电阻，实验数据实现后再焊接这个点。 5，问题,如何规划一个好的电路图，在电路板上可以修改也很美观。 解决方案，在焊接前先把各个元器件在板子上插好，整体规划。估计在实际中会修改的地方，为这个地方多留出来一点。 6，问题，分析4588内部结发现有两个集成运放，到底采用两个还是一个， 解决方案，既然有两个就不能浪费资源，并且后边在添加一个电压跟随器，可以提高电路负载能力，更有利于工作， 7，问题，这个电路焊接好之后引出了五条线，线多了容易在连接时接错， 解决方案，在每一根线上粘贴上每

19、一个符号，如Vo,Vi,GND,V+,V-,这样在连接时就减少了出错率而保护了电路的安全。 8，问题，在示波器上显示的结果并不像仿真中那么精确，存在失真， 解决方案，在电路图中添加滤波效果好原件电容，使的最后仿真结果不会有错误。（8） 设计心得 这次实验是我们培训的第一个实验，虽然以前也做过实验设计，像收音机，但是收音机是设计好的电路板，我们只需懂得原理并达到收音机效果即可。但这次完全不同，从接到课题到完成整个实验设计，都是自己去设计，先想出设计什么电路模型，用的器件是什么功能，怎么才能达到该器件的功能，以及器件的各项指标，温度，电压，电流等等，均不能有所差池。再者根据自己的模拟电路去设计PC

20、B板，该板的设计又是一大考验，如何才能设计很完美电路板，距离，焊接技术等等均影响到电路板功能的实现。所以对我们是很大的考验。刚接到课题，我们就努力掌握各种必需知识点，查看各种资料，在第一天对掌握的东西有了初步总结，能够仿真出一个典型的电路模型，但是考虑到这是前辈的经验之作，我们直接拿出来等于抄袭了，所以我们就想了自己的方案。刚开始是方案一的“处女作”，之所以这样说是因为它与方案一稍微有所差别，即两个电位器是分别工作的，没有连接一起，所以我们无论怎么调节，怎么变换电阻值，都无法调试理想结果，经过无数次的仿真一个队员提出方案一，我们这才渐渐的有了眉目，之后调节阻值，就达到了效果。 但是稳压电源最大特点是稳定输出，而两个电位器的使用总不是太过理想，并且LM317的输出范围是1.25-37V，用电位器实在是不完美，所以考虑到稳定输出以及调节-6+6V，我们选择了将两类三端稳压器