電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)---可調(diào)試直流穩(wěn)壓電源

1、<p><b>　　電氣學(xué)院</b></p><p><b>　　可</b></p><p><b>　　調(diào)</b></p><p><b>　　直</b></p><p><b>　　流</b></p>&l

2、t;p><b>　　穩(wěn)</b></p><p><b>　　壓</b></p><p><b>　　電</b></p><p><b>　　源</b></p><p><b>　　設(shè)</b></p><p&g

3、t;<b>　　計(jì)</b></p><p><b>　　姓名： </b></p><p><b>　　學(xué)號(hào)：</b></p><p><b>　　專業(yè)：</b></p><p><b>　　班級(jí)： </b></p&g

4、t;<p><b>　　指導(dǎo)教師：</b></p><p>　　一、 課程設(shè)計(jì)目的4</p><p>　　二 功能電路整體思路4</p><p><b>　　三 制作和調(diào)試4</b></p><p>　　四、總體設(shè)計(jì)思路5</p><p>　　4.1．

5、直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)思路5</p><p>　　4.2．直流穩(wěn)壓電源原理6</p><p>　　4.2.1、整流電路6</p><p>　　4.2.2、濾波電路——電容濾波電路7</p><p>　　4.2.3、穩(wěn)壓電路8</p><p><b>　　五、設(shè)計(jì)步驟9</b></p&g

6、t;<p>　　1．電路圖設(shè)計(jì)方法9</p><p>　　2．設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介10</p><p><b>　　六、心得體會(huì)11</b></p><p><b>　　七、實(shí)物展示12</b></p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)12</b></p&

7、gt;<p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　在家庭用電中我們使用的是220V、50HZ的交流電可是很多器件不能直接使用220V、50HZ的交流電需要將交流電轉(zhuǎn)換成直流電后才能使用。集成直流穩(wěn)壓電源具有穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、滿足設(shè)計(jì)要求的優(yōu)點(diǎn)它廣泛用于電子技術(shù)領(lǐng)域中。本文介紹了如何將220V、50HZ的交流電（在經(jīng)過(guò)交流變壓器電路、整流電路、濾波電路、集成穩(wěn)壓電路

8、四個(gè)部分后）轉(zhuǎn)換成直流電，設(shè)置各部分元件的參數(shù)就可以得到所需要直流電的電壓。采用指定集成穩(wěn)壓器，選擇變壓器、整流橋、濾波電容及其它元器件來(lái)設(shè)計(jì)直流可調(diào)穩(wěn)壓電源。首先用一個(gè)220V/9V的變壓器先進(jìn)性降壓，接著通過(guò)整流橋進(jìn)行整流，和電解電容進(jìn)行濾波。最后將其中的1.26~12V可調(diào)部分用LM317進(jìn)行穩(wěn)壓，設(shè)計(jì)一直流可調(diào)穩(wěn)壓電源，即滿足：當(dāng)輸入電壓在220V±10%時(shí)，輸出電壓從1.26~12V可調(diào)。自擬設(shè)計(jì)方法、完成設(shè)計(jì)原理圖

9、、器件清單、裝配草圖。 在面包板上進(jìn)行組裝、調(diào)試，用萬(wàn)用板焊接，并測(cè)試其主要性能參數(shù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：直流穩(wěn)壓技術(shù)，整流橋，濾波器，LM317。</p><p><b>　　一、 課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的題目為“可調(diào)試直流穩(wěn)壓電源”。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下幾點(diǎn)要求：</p><p&g

10、t;　　1.輸入電壓為220V AC， 輸出為直流電壓 </p><p>　　2.電壓變化范圍：1.26~12V </p><p><b>　　3.連續(xù)可調(diào)</b></p><p>　　二 功能電路整體思路</p><p>　　若實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓電源，首先就要就電路進(jìn)行穩(wěn)壓。在穩(wěn)壓方面可選用變壓器來(lái)完成。由輸入交流電壓變?yōu)橹?/p>

11、流則須對(duì)電路進(jìn)行整流。本次設(shè)計(jì)選用全波橋式整流電路進(jìn)行整流。然后要對(duì)輸入的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)方面?？蛇x用可調(diào)節(jié)三端正電壓穩(wěn)壓器進(jìn)行調(diào)節(jié)（LM317）。通過(guò)整流后得電流幅值變化很大，所以需要用電容對(duì)電流進(jìn)行濾波。然后輸出即可。</p><p><b>　　電路模塊：</b></p><p>　　穩(wěn)壓——>整流——>調(diào)壓——>濾波——>輸出<

12、;/p><p><b>　　三 制作和調(diào)試</b></p><p><b>　?。?）元件說(shuō)明</b></p><p><b>　　①電解電容</b></p><p>　　電解電容是電容的一種，介質(zhì)有電解液，涂層有極性，分正負(fù)，不可接錯(cuò)。電容(Electric capacity)由

13、兩個(gè)金屬極，中間夾有絕緣材料（介質(zhì)）構(gòu)成，如圖（1）：</p><p>　　圖（1）電解電容示意圖</p><p>　　有極性電解電容器通常在電源電路或中頻、低頻電路中起電源濾波、退耦、信號(hào)耦合及時(shí)間常數(shù)設(shè)定、隔直流等作用。一般不能用于交流電源電路，在直流電源電路中作濾波電容使用時(shí)，其陽(yáng)極（正極）應(yīng)與電源電壓的正極端相連接，陰極（負(fù)極）與電源電壓的負(fù)極端相連接，不能接反，否則會(huì)損壞電容器。

14、</p><p>　?、贚M317三端正電壓穩(wěn)壓器</p><p><b>　　圖（2）LM317</b></p><p>　　LM317如圖（2）是可調(diào)節(jié)3端正電壓穩(wěn)壓器，在輸出電壓范圍1.2伏到37伏時(shí)能夠提供超過(guò)1.5安的電流，此穩(wěn)壓器非常易于使用。　LM317作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。<

15、;/p><p>　　穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計(jì)算，Vo＝1.25（1＋R2/R1）。僅僅從公式本身看，R1、R2的電阻值可以隨意設(shè)定。然而作為穩(wěn)壓電源的輸出電壓計(jì)算公式，R1和R2的阻值是不能隨意設(shè)定的。 </p><p>　　首先317穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是Vo＝1.25V—37V（高輸出電壓的317穩(wěn)壓塊如LM317HVA、LM317HVK等，其輸出電壓變化范圍是Vo＝1.25V—4

16、5V），所以R2/R1的比值范圍只能是0—28.6。 </p><p>　　其次是317穩(wěn)壓塊都有一個(gè)最小穩(wěn)定工作電流，有的資料稱為最小輸出電流，也有的資料稱為最小泄放電流。最小穩(wěn)定工作電流的值一般為1.5mA。由于317穩(wěn)壓塊的生產(chǎn)廠家不同、型號(hào)不同，其最小穩(wěn)定工作電流也不相同，但一般不大于5mA。當(dāng)317穩(wěn)壓塊的輸出電流小于其最小穩(wěn)定工作電流時(shí)，317穩(wěn)壓塊就不能正常工作。當(dāng)317穩(wěn)壓塊的輸出電流大于其最小穩(wěn)

17、定工作電流時(shí)，317穩(wěn)壓塊就可以輸出穩(wěn)定的直流電壓。如果用317穩(wěn)壓塊制作穩(wěn)壓電源時(shí)（如圖所示），沒(méi)有注意317穩(wěn)壓塊的最小穩(wěn)定工作電流，那么你制作的穩(wěn)壓電源可能會(huì)出現(xiàn)下述不正?，F(xiàn)象：穩(wěn)壓電源輸出的有載電壓和空載電壓差別較大。 </p><p>　　在應(yīng)用中，為了電路的穩(wěn)定工作，在一般情況下，還需要接二極管作為保護(hù)電路，防止電路中的電容放電時(shí)的高壓把317燒壞。</p><p><b

18、>　　四、總體設(shè)計(jì)思路 </b></p><p>　　4.1．直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)思路</p><p>　　（1）電網(wǎng)供電電壓交流220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。</p><p>　　（2）降壓后的交流電壓，通過(guò)整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動(dòng)大）。</p>

19、;<p>　?。?）脈動(dòng)大的直流電壓須經(jīng)過(guò)濾波電路變成平滑，脈動(dòng)小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。</p><p>　?。?）濾波后的直流電壓，再通過(guò)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給電壓表。</p><p>　　4.2．直流穩(wěn)壓電源原理</p><p>　　（1）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電

20、壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。</p><p>　?。?）整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?0Hz的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電</p><p>　?。?）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。</p><p>　?。?）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，

21、不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。</p><p>　　4.2.1、整流電路</p><p>　?。?）直流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖3所示。</p><p>　　圖（3）單相橋式整流電路</p><p><b>　?。?）工作原理</b></p><p>　　設(shè)變壓器副邊電壓u

22、2=√2U2sinωt，U2為有效值。</p><p>　　在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2的負(fù)半周內(nèi)，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2截止。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過(guò)的負(fù)載電阻RL，且方向是一致的。如圖4</p><p>　　圖（4）單相橋式整流電路簡(jiǎn)易畫法及波形圖</p><p>　　在橋式整流電路中，每個(gè)二極管都只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過(guò)

23、每個(gè)二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即 電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為 (U2是變壓器副邊電壓有效值)。</p><p>　　4.2.2、濾波電路——電容濾波電路</p><p>　　采用濾波電路可濾除整流電路輸出電壓中的交流成分，使電壓波形變得平滑。常見(jiàn)的濾波電路有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波等。 </p><p>　　在整流電路的輸出端，即負(fù)

24、載電阻RL兩端并聯(lián)一個(gè)電容量較大的電解電容C，則構(gòu)成了電容濾波電路，如圖（5）所示電路，由于濾波電容與負(fù)載并聯(lián)，也稱為并聯(lián)濾波電路。</p><p>　　(a) (b)</p><p>　　圖（5）單相橋式整流電容濾波電路</p><p>　　從圖（4）可以看出，當(dāng)u2為正半周時(shí),

25、電源u2通過(guò)導(dǎo)通的二極管VD1、VD3向負(fù)載RL供電，并同時(shí)向電容C充電（將電能存儲(chǔ)在電容里，如t1～t2），輸出電壓uo＝uc ≈ u2；uo達(dá)峰值后u2減小，當(dāng)uo≥u2時(shí)，VD1、VD3提前截止，電容C通過(guò)RL放電，輸出電壓緩慢下降（如t2～t3），由于放電時(shí)間常數(shù)較大，電容放電速度很慢，當(dāng)uC下降不多時(shí)u2已開(kāi)始下一個(gè)上升周期，當(dāng)u2＞uo時(shí)，電源u2又通過(guò)導(dǎo)通的VD2、VD4向負(fù)載RL供電，同時(shí)再給電容C充電（如t3～t4），

26、如此周而復(fù)始。電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作后，負(fù)載上得到如圖中實(shí)線所示的近似鋸齒的電壓波形，與整流輸出的脈動(dòng)直流（虛線）相比，濾波后輸出的電壓平滑多了。</p><p>　　顯然，放電時(shí)間常數(shù)RLC越大、輸出電壓越平滑。若負(fù)載開(kāi)路（RL=∞），電容無(wú)放電回路，輸出電壓將保持為u2的峰值不變。</p><p>　?。?）輸出電壓的估算</p><p>　　顯然，電容濾波電路的輸出

27、電壓與電容的放電時(shí)間常數(shù)τ=RLC有關(guān)，τ應(yīng)遠(yuǎn)大于u2的周期T，分析及實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng) </p><p>　　τ=RLC≥（3～5）T /2</p><p>　　時(shí)，濾波電路的輸出電壓可按下式估算，即</p><p>　　UO≈1.2U2 </p><p>　?。?）整流二極管導(dǎo)通時(shí)間縮短了，存在瞬間的浪涌電流，要求二極管允許通過(guò)更大的電流，管

28、子參數(shù)應(yīng)滿足 </p><p>　　IFM＞2IV=IO </p><p>　?。?）在已知負(fù)載電阻RL的情況下，根據(jù)式子選擇濾波電容C的容量，即</p><p>　　C≥（3～5） T /2RL</p><p>　　若容量偏小，輸出電壓UO將下降，一般均選擇大容量的電解電容；電容的耐壓應(yīng)大于u2的峰值，同時(shí)要考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng)的

29、因素，留有足夠的余量。</p><p>　　電容濾波電路的負(fù)載能力較差，僅適用于負(fù)載電流較小的場(chǎng)合。</p><p>　　4.2.3、穩(wěn)壓電路</p><p>　　在設(shè)計(jì)中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過(guò)電感器的電流不能突變的特點(diǎn)，將電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo1=(1.1～

30、1.2)U2，直流輸出電流：（I2是變壓器副邊電流的有效值），穩(wěn)壓電路可選集成三端穩(wěn)壓器電路。穩(wěn)壓電路原理電路見(jiàn)圖6</p><p>　　圖（6）穩(wěn)壓電路原理圖</p><p>　　3、設(shè)計(jì)的電路原理圖</p><p><b>　　圖（7）電路原理圖</b></p><p><b>　　五、設(shè)計(jì)步驟</b

31、></p><p><b>　　1．電路圖設(shè)計(jì)方法</b></p><p>　?。?）確定目標(biāo)：設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)是由那些模塊組成，各個(gè)模塊之間的信號(hào)傳輸，并畫出直流穩(wěn)壓電源方框圖。</p><p>　　（2）系統(tǒng)分析：根據(jù)系統(tǒng)功能，選擇各模塊所用電路形式。</p><p>　?。?）參數(shù)選擇：根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)的要求，確定各

32、模塊電路中元件的參數(shù)。</p><p>　?。?）總電路圖：連接各模塊電路。</p><p>　?。?）將各模塊電路連起來(lái)，整機(jī)調(diào)試，并測(cè)量該系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)。</p><p>　　（6）采用三端集成穩(wěn)壓器電路，用輸出電壓可調(diào)且內(nèi)部有過(guò)載保護(hù)的三端集成穩(wěn)壓器，輸出電壓調(diào)整范圍較寬，設(shè)計(jì)一電壓補(bǔ)償電路可實(shí)現(xiàn)輸出電壓從 0 V起連續(xù)可調(diào)，因要求電路具有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，需

33、設(shè)計(jì)一軟啟動(dòng)電路以適應(yīng)所帶負(fù)載的啟動(dòng)性能。該電路所用器件較少，成本低且組裝方便、可靠性高。</p><p><b>　　2．設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介</b></p><p>　　（1）根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的性能指標(biāo)，選擇集成三端穩(wěn)壓器。</p><p>　　因?yàn)橐筝敵鲭妷嚎烧{(diào)，所以選擇三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器，可調(diào)式集成穩(wěn)壓器，常見(jiàn)主要有CW317、CW337、L

34、M317、LM337。317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，337系列穩(wěn)壓器輸出連可調(diào)的負(fù)電壓，可調(diào)范圍為2.5V~36V，最大輸出電流 為1.5A。穩(wěn)壓內(nèi)部含有過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。其電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構(gòu)成的可調(diào)電壓穩(wěn)壓電源。</p><p><b>　　輸出電壓表達(dá)式為：</b></p><p&g

35、t;　　式中，1.25是集成穩(wěn)壓塊輸出端與調(diào)整端之間的固有參考電壓 ，此電壓加于給定電阻兩端，將產(chǎn)生一個(gè)恒定電流通過(guò)輸出電壓調(diào)節(jié)電位器 ， 一般使用精密電位器，與其并聯(lián)的電容器C可進(jìn)一步減小輸出電壓的紋波。</p><p>　　輸出電壓可調(diào)范圍：2.5V～36V</p><p>　　輸出負(fù)載電流：1.5A</p><p>　　能滿足設(shè)計(jì)要求,故選用LM317組成穩(wěn)壓

36、電路。</p><p>　?。?）選擇電源變壓器</p><p>　　1）確定副邊電壓U2:</p><p>　　根據(jù)性能指標(biāo)要求：=3V =9V</p><p><b>　　又 ∵，</b></p><p><b>　　其中：，</b></p><p&g

37、t;<b>　　∴</b></p><p><b>　　此范圍中可任選 ：</b></p><p>　　根據(jù) Uo1=(1.1～1.2)U2</p><p>　　可得變壓的副邊電壓：</p><p>　　2）確定變壓器副邊電流I2</p><p><b>　　∵=&

38、lt;/b></p><p>　　又副邊電流=(1.5～2) 取==800mA</p><p>　　則=1.5*0.8A=1.2A</p><p>　　3）選擇變壓器的功率</p><p>　　變壓器的輸出功率：>=14.4W</p><p>　?。?）選擇整流電路中的二極管</p><

39、;p>　　查手冊(cè)選整流二極管IN4001，其參數(shù)為：反向擊穿電壓UBR=50V>17V</p><p>　　最大整流電流IF=1A>0.4A</p><p>　?。?）濾波電路中濾波電容的選擇</p><p>　　濾波電容的大小可用下式求得。</p><p><b>　　1）求</b></p>

40、;<p>　　根據(jù)穩(wěn)壓電路的的穩(wěn)壓系數(shù)的定義：</p><p>　　設(shè)計(jì)要求≤15mV ，SV≤0.003</p><p><b>　　=+3V～+9V</b></p><p><b>　　=14V</b></p><p><b>　　代入上式，則可求得</b>&

41、lt;/p><p><b>　　2）濾波電容C</b></p><p>　　設(shè)定==0.8A，t=0.01S</p><p><b>　　則可求得C。</b></p><p>　　電路中濾波電容承受的最高電壓為 ，所以所選電容器的耐壓應(yīng)大于17V。</p><p>　　注意： 因

42、為大容量電解電容有一定的繞制電感分布電感，易引起自激振蕩，形成高頻干擾，所以穩(wěn)壓器的輸入、輸出端常 并入瓷介質(zhì)小容量電容用來(lái)抵消電感效應(yīng)，抑制高頻干擾。</p><p><b>　　六、心得體會(huì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)過(guò)程中碰到的困難</p><p>　　1. 不了解三端穩(wěn)壓器管腳的輸入和輸出情況致使接線錯(cuò)誤導(dǎo)致部分元件燒壞。 <

43、;/p><p>　　2. 元件金屬管腳伸出電路板過(guò)長(zhǎng)在測(cè)試過(guò)程中極容易導(dǎo)致部分線路短路 解決方案及時(shí)將部分過(guò)長(zhǎng)管腳剪短部分管腳當(dāng)成導(dǎo)線接入電路中 </p><p>　　3. 電路在開(kāi)始焊接的時(shí)候沒(méi)有規(guī)劃好需要較長(zhǎng)的導(dǎo)線繞過(guò)元件同時(shí)焊錫過(guò)多地堆在電路板上 解決方案用焊錫吸錫器將多余的焊錫吸掉并將接入復(fù)雜的原件重新接入再接元件的時(shí)候事先在電路板上比劃一下 </p><p>

44、　　4. 電路在焊接過(guò)程中部分焊錫點(diǎn)接觸不良。 解決方案及時(shí)查找出接觸不良的點(diǎn)重新焊接。</p><p>　　5. 具體哪些節(jié)點(diǎn)需要接地不明確怎樣接地不清楚。 解決方案及時(shí)查閱相關(guān)資料了解清楚哪些節(jié)點(diǎn)需要節(jié)點(diǎn)</p><p>　　6. 滑動(dòng)變阻器阻值過(guò)大輸出電壓在電阻變化過(guò)程中開(kāi)始沒(méi)有變化回來(lái)急劇變化。 解決方案調(diào)換滑動(dòng)變阻器使阻值適中。</p><p><b

45、>　　七、實(shí)物展示</b></p><p><b>　　圖（8）實(shí)物圖</b></p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]陳大釗 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 高等教育出版社2000 </p><p>　　[2]路勇 電子電路實(shí)驗(yàn)及仿真 北京交通大學(xué)出版社 清