目 錄

一、設(shè)計目的. 1

二、設(shè)計任務(wù)及要求. 1

三、設(shè)計步驟. 1

四、總體設(shè)計思路. 2

五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及元器件. 5

六、測試要求. 5

七、設(shè)計報告要求. 6

八、注意事項(xiàng). 6

直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計

1．學(xué)習(xí)基本理論在實(shí)踐中綜合運(yùn)用的初步經(jīng)驗(yàn)，掌握模擬電路設(shè)計的基本方法、設(shè)計步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計與調(diào)試能力。

2．學(xué)會直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方法和性能指標(biāo)測試方法。

3．培養(yǎng)實(shí)踐技能，提高分析和解決實(shí)際問題的能力。

1．設(shè)計并制作一個連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，主要技術(shù)指標(biāo)要求：

① 輸出電壓可調(diào)：U_o=+3V～+9V

② 最大輸出電流：I_omax=800mA

③ 輸出電壓變化量：ΔU_o≤15mV

④ 穩(wěn)壓系數(shù)：S_V≤0.003

2．設(shè)計電路結(jié)構(gòu)，選擇電路元件，計算確定元件參數(shù)，畫出實(shí)用原理電路圖。

3．自擬實(shí)驗(yàn)方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，交指導(dǎo)教師審核。

4.批準(zhǔn)后，進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行組裝、調(diào)試，并測試其主要性能參數(shù)。

1．電路圖設(shè)計

（1）確定目標(biāo)：設(shè)計整個系統(tǒng)是由那些模塊組成，各個模塊之間的信號傳輸，并畫出直流穩(wěn)壓電源方框圖。

（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。

（3）參數(shù)選擇：根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)的要求，確定各模塊電路中元件的參數(shù)。

（4）總電路圖：連接各模塊電路。

2．電路安裝、調(diào)試

（1）為提高學(xué)生的動手能力，學(xué)生自行設(shè)計印刷電路板，并焊接。

（2）在每個模塊電路的輸入端加一信號，測試輸出端信號，以驗(yàn)證每個模塊能否達(dá)到所規(guī)定的指標(biāo)。

（3）重點(diǎn)測試穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)。

（4）將各模塊電路連起來，整機(jī)調(diào)試，并測量該系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)。

1．直流穩(wěn)壓電源設(shè)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，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。

（3）脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，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，供給負(fù)載RL。

2．直流穩(wěn)壓電源原理

直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成，見圖1。

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?qū)щ娫?，?0Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電

（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(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)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(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)部都有電流流過的負(fù)載電阻R_L，且方向是一致的。電路的輸出波形如圖3所示。

在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過每個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(shè)計中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過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：U_o1=(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(wěn)壓電路可選集成三端穩(wěn)壓器電路。

總體原理電路見圖4。

3．設(shè)計方法簡介

（1）根據(jù)設(shè)計所要求的性能指標(biāo)，選擇集成三端穩(wěn)壓器。

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?？烧{(diào)式集成穩(wěn)壓器，常見主要有CW317、CW337、LM317、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1.2V~37V，最大輸出電流 為1.5A。穩(wěn)壓內(nèi)部含有過流、過熱保護(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。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(dá)式為:

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)生一個恒定電流通過輸出電壓調(diào)節(jié)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10µF大電容放電倒灌入三端穩(wěn)壓器而被損壞。

LM317其特性參數(shù)：

輸出電壓可調(diào)范圍：1.2V～37V

輸出負(fù)載電流：1.5A

輸入與輸出工作壓差ΔU=U_i-U_o：3～40V

能滿足設(shè)計要求,故選用LM317組成穩(wěn)壓電路。

（2）選擇電源變壓器

1）確定副邊電壓U₂:

根據(jù)性能指標(biāo)要求：U_omin=3V U_omax=9V

又 ∵ U_i-U_omax≥(U_i-U_o)_min U_i-U_oin≤(U_i-U_o)_max

其中：（U_i-U_oin）_min=3V，(U_i-U_o)_max=40V

∴ 12V≤U_i≤43V

此范圍中可任選 ：U_i=14V=U_o1

根據(jù) U_o1=(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

∵ I_o1=I_o

又副邊電流I₂=(1.5～2)I_O1 取I_O=I_Omax=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(shù)為：反向擊穿電壓U_BR=50V>17V

最大整流電流I_F=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ΔU_i:

根據(jù)穩(wěn)壓電路的的穩(wěn)壓系數(shù)的定義：

設(shè)計要求ΔU_o≤15mV ，S_V≤0.003

U_o=+3V～+9V

U_i=14V

代入上式，則可求得ΔU_i

2）濾波電容C

設(shè)定I_o=I_omax=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(yīng)大于17V。

注意： 因?yàn)榇笕萘侩娊怆娙萦幸欢ǖ睦@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)小容量電容用來抵消電感效應(yīng)，抑制高頻干擾。

1.萬用表 2.示波器

3.交流毫伏表 4.三端可調(diào)的穩(wěn)壓器 LM317一片

1．測試并記錄電路中各環(huán)節(jié)的輸出波形。

2．測量穩(wěn)壓電源輸出電壓的調(diào)整范圍及最大輸出電流。

3．測量輸出電阻R_o。

4．測量穩(wěn)壓系數(shù)。

用改變輸入交流電壓的方法，模擬U_i的變化，測出對應(yīng)的輸出直流電壓的變化，則可算出穩(wěn)壓系數(shù)S_V.（注意： 用調(diào)壓器使220V交流改變±10％。即ΔU_i=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，并用示波器觀察、記錄其波形。

6．分析測量結(jié)果，并討論提出改進(jìn)意見。

1．設(shè)計目的。

2．設(shè)計指標(biāo)。

3．總體設(shè)計框圖，并說明每個模塊所實(shí)現(xiàn)的功能。

4．功能模塊，可有多個方案，并進(jìn)行方案論證與比較，要有詳細(xì)的原理說明。

5．總電路圖設(shè)計，有原理說明。

6．實(shí)現(xiàn)儀器，工具。

7．分析測量結(jié)果，并討論提出改進(jìn)意見。

8．總結(jié)：遇到的問題和解決辦法、體會、意見、建議等。

1．焊接時要對各個功能模塊電路進(jìn)行單個測試，需要時可設(shè)計一些臨時電路用于調(diào)試。

2．測試電路時，必須要保證焊接正確，才能打開電源，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(yīng)反接。

4. 按照原理圖焊接時必須要保證可靠接地。