目 錄
一、設計目的. 1
二、設計任務(wù)及要求. 1
三、設計步驟. 1
四、總體設計思路. 2
五、實(shí)驗設備及元器件. 5
六、測試要求. 5
七、設計報告要求. 6
八、注意事項. 6
直流穩壓電源的設計
一、設計目的1．學(xué)習基本理論在實(shí)踐中綜合運用的初步經(jīng)驗，掌握模擬電路設計的基本方法、設計步驟，培養綜合設計與調試能力。
2．學(xué)會(huì )直流穩壓電源的設計方法和性能指標測試方法。
3．培養實(shí)踐技能，提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
二、設計任務(wù)及要求1．設計并制作一個(gè)連續可調直流穩壓電源，主要技術(shù)指標要求：
① 輸出電壓可調：Uo=+3V～+9V
② 最大輸出電流：Iomax=800mA
③ 輸出電壓變化量：ΔUo≤15mV
④ 穩壓系數：SV≤0.003
2．設計電路結構，選擇電路元件，計算確定元件參數，畫(huà)出實(shí)用原理電路圖。
3．自擬實(shí)驗方法、步驟及數據表格，提出測試所需儀器及元器件的規格、數量，交指導教師審核。
4.批準后，進(jìn)實(shí)驗室進(jìn)行組裝、調試，并測試其主要性能參數。
三、設計步驟1．電路圖設計
（1）確定目標：設計整個(gè)系統是由那些模塊組成，各個(gè)模塊之間的信號傳輸，并畫(huà)出直流穩壓電源方框圖。
（2）系統分析：根據系統功能，選擇各模塊所用電路形式。
（3）參數選擇：根據系統指標的要求，確定各模塊電路中元件的參數。
（4）總電路圖：連接各模塊電路。
2．電路安裝、調試
（1）為提高學(xué)生的動(dòng)手能力，學(xué)生自行設計印刷電路板，并焊接。
（2）在每個(gè)模塊電路的輸入端加一信號，測試輸出端信號，以驗證每個(gè)模塊能否達到所規定的指標。
（3）重點(diǎn)測試穩壓電路的穩壓系數。
（4）將各模塊電路連起來(lái)，整機調試，并測量該系統的各項指標。
四、總體設計思路1．直流穩壓電源設計思路
（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。
（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）。
（3）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。
（4）濾波后的直流電壓，再通過(guò)穩壓電路穩壓，便可得到基本不受外界影響的穩定直流電壓輸出，供給負載RL。
2．直流穩壓電源原理
直流穩壓電源是一種將220V工頻交流電轉換成穩壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩壓四個(gè)環(huán)節才能完成，見(jiàn)圖1。
| 圖1直流穩壓電源方框圖 |
其中：
（1）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電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。
（2）整流電路：利用單向導電元件，把50Hz的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電
（3）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。
（4）穩壓電路：穩壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負載的變化而變化。
整流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖2所示。在u2的正半周內，二極管D1、D2導通，D3、D4截止；u2的負半周內，D3、D4導通，D1、D2截止。正負半周內部都有電流流過(guò)的負載電阻RL，且方向是一致的。電路的輸出波形如圖3所示。
| 圖2整流電路 |
| 圖3輸出波形圖 |
在橋式整流電路中，每個(gè)二極管都只在半個(gè)周期內導電，所以流過(guò)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)。
在設計中，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)，將電容器和負載電容并聯(lián)或電容器與負載電阻串聯(lián)，以達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=(1.1～1.2)U2，直流輸出電流： （I2是變壓器副邊電流的有效值。），穩壓電路可選集成三端穩壓器電路。
總體原理電路見(jiàn)圖4。
| 圖4 穩壓電路原理圖 |
3．設計方法簡(jiǎn)介
（1）根據設計所要求的性能指標，選擇集成三端穩壓器。
因為要求輸出電壓可調，所以選擇三端可調式集成穩壓器?？烧{式集成穩壓器，常見(jiàn)主要有CW317、CW337、LM317、LM337。317系列穩壓器輸出連續可調的正電壓，337系列穩壓器輸出連可調的負電壓，可調范圍為1.2V~37V，最大輸出電流 為1.5A。穩壓內部含有過(guò)流、過(guò)熱保護電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。其電壓調整率和電流調整率均優(yōu)于固定式集成穩壓構成的可調電壓穩壓電源。LM317系列和lM337系列的引腳功能相同，管腳圖和典型電路如圖4和圖5.
圖4管 腳圖 圖5典型電路
輸出電壓表達式為:
式中，1.25是集成穩壓塊輸出端與調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)輸出電壓調節電位器 ，電阻 常取值 ， 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。圖中加入了二極管D，用于防止輸出端短路時(shí)10µF大電容放電倒灌入三端穩壓器而被損壞。
LM317其特性參數：
輸出電壓可調范圍：1.2V～37V
輸出負載電流：1.5A
輸入與輸出工作壓差ΔU=Ui-Uo：3～40V
能滿(mǎn)足設計要求,故選用LM317組成穩壓電路。
（2）選擇電源變壓器
1）確定副邊電壓U2:
根據性能指標要求：Uomin=3V Uomax=9V
又 ∵ Ui-Uomax≥(Ui-Uo)min Ui-Uoin≤(Ui-Uo)max
其中：（Ui-Uoin）min=3V，(Ui-Uo)max=40V
∴ 12V≤Ui≤43V
此范圍中可任選 ：Ui=14V=Uo1
根據 Uo1=(1.1～1.2)U2
可得變壓的副邊電壓：
2）確定變壓器副邊電流I2
∵ Io1=Io
又副邊電流I2=(1.5～2)IO1 取IO=IOmax=800mA
則I2=1.5＊0.8A=1.2A
3）選擇變壓器的功率
變壓器的輸出功率：Po>I2U2=14.4W
（3）選擇整流電路中的二極管
∵ 變壓器的副邊電壓U2=12V
∴ 橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為：
橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為：
查手冊選整流二極管IN4001，其參數為：反向擊穿電壓UBR=50V>17V
最大整流電流IF=1A>0.4A
（4）濾波電路中濾波電容的選擇
濾波電容的大小可用式 求得。
1）求ΔUi:
根據穩壓電路的的穩壓系數的定義：
設計要求ΔUo≤15mV ，SV≤0.003
Uo=+3V～+9V
Ui=14V
代入上式，則可求得ΔUi
2）濾波電容C
設定Io=Iomax=0.8A，t=0.01S
則可求得C。
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大于17V。
注意： 因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，抑制高頻干擾。
五、實(shí)驗設備及元器件1.萬(wàn)用表 2.示波器
3.交流毫伏表 4.三端可調的穩壓器 LM317一片
六、測試要求1．測試并記錄電路中各環(huán)節的輸出波形。
2．測量穩壓電源輸出電壓的調整范圍及最大輸出電流。
3．測量輸出電阻Ro。
4．測量穩壓系數。
用改變輸入交流電壓的方法，模擬Ui的變化，測出對應的輸出直流電壓的變化，則可算出穩壓系數SV.（注意： 用調壓器使220V交流改變±10％。即ΔUi=44V）
5．用毫伏表可測量輸出直流電壓中的交流紋波電壓大小，并用示波器觀(guān)察、記錄其波形。
6．分析測量結果，并討論提出改進(jìn)意見(jiàn)。
七、設計報告要求1．設計目的。
2．設計指標。
3．總體設計框圖，并說(shuō)明每個(gè)模塊所實(shí)現的功能。
4．功能模塊，可有多個(gè)方案，并進(jìn)行方案論證與比較，要有詳細的原理說(shuō)明。
5．總電路圖設計，有原理說(shuō)明。
6．實(shí)現儀器，工具。
7．分析測量結果，并討論提出改進(jìn)意見(jiàn)。
8．總結：遇到的問(wèn)題和解決辦法、體會(huì )、意見(jiàn)、建議等。
八、注意事項1．焊接時(shí)要對各個(gè)功能模塊電路進(jìn)行單個(gè)測試，需要時(shí)可設計一些臨時(shí)電路用于調試。
2．測試電路時(shí)，必須要保證焊接正確，才能打開(kāi)電源，以防元器件燒壞。
3．注意LM317芯片的輸入輸出管腳和橋式整流電路中二極管的極性，不應反接。
4. 按照原理圖焊接時(shí)必須要保證可靠接地。
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