直流稳压电源设计.doc

课 程 设 计 报 告

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课程设计题目：直流稳压电源设计
要求完成的内容：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：① 输出电压为Uo=+1V 至+7V ②输出电流低于
Io=400mA
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。
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。
4.批准后，进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能参数。

指导教师评语：

评定成绩为：

指导教师签名： 年 月 日

一．总体电路设计思路
1．直流稳压电源设计思路
（1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。
（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。
（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。
（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。
2．直流稳压电源原理
直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图1。

图1直流稳压电源方框图

其中：（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。
（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电
（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。
（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。
整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图3所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。电路的输出波形如图3所示。

图2整流电路
图3理出波形图

在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即 。电路中的每只二极管承受的最大反向电压为(U2是变压器副边电压有效值)。
在设计中 ，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后 ，直流输出电压： Uo1=1.1～1.2)U2，　　　直流输出电流： （I2是变压器副边电流的有效值。），稳压电路可选集成三端稳压器电路。
3．设计方法简介
（1）根据设计所要求的性能指标，选择集成三端稳压器。
因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。可调式集成稳压器，常见主要有CW317、CW337、LM317、LM337。317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连可调的负电压，可调范围为1.2V~37V，最大输出电流为1.5A。稳压内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。LM317系列和lM337系列的引脚功能相同，

输出电压表达式为:
式中，1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压，此电压加于给定电阻两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器Rp1，电阻常取值，Rp1一般使用精密电位器，与其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波。图中加入了二极管D，用于防止输出端短路时10µF大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。
LM317其特性参数：
输出电压不可调范围：1.2V～37V
输出负载电流：1.5A
输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo：3～40V
能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路
（2）选择电源变压器
1）确定副边电压U2:
根据性能指标要求：Uomin=1V Uomax=7V
又 ∵ Ui-Uomax≥(Ui-Uo)min Ui-Uomin≤(Ui-Uo)max
其中：（Ui-Uo）min=3V，(Ui-Uo)max=40V
∴ 12V≤Ui≤43V
此范围中可任选 ：Ui=14V=Uo1
根据 Uo1=(1.1～1.2) U2
可得变压的副边电压：
2）确定变压器副边电流I2 因为 Io1=Io
又副边电流I2=(1.5～2)IO1 取IO=IOmax=800mA
则I2=1.5*0.8A=1.2A
3）选择变压器的功率
变压器的输出功率：Po>I2U2=14.4W
4）选择整流电路中的二极管
∵ 变压器的副边电压U2=12V
∴ 桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：
桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：
查手册选整流二极管IN4001，其参数为：反向击穿电压UBR=50V>17V
最大整流电流IF=1A>0.4A
5）滤波电路中滤波电容的选择
滤波电容的大小可用式 求得。
滤波电容C
设定Io=Iomax=0.8A，t=0.01S
则可求得C。
电路中滤波电容承受的最高电压为，所以所选电容器的耐压应大于17V。（注意：因为大容量点解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激震荡，形成高频干扰，所以稳压器的输入、输出端常并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。）
二.单元电路的设计
1.变压电路的设计（将电网220V交流电压通过电源变压器变换成符合需要的交流电压13.499mV，并送给整流电路）

2.整流电路的设计（利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电压变换成脉动的直流电压）

3.滤波电路的设计（将整流电路输出电压中的较大的纹波电压加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压）

4．稳压电路的设计（使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压波动以及负载和温度的变化而变化）

三．实验设备及元器件
1.万用表 2.双踪示波器
3.电容器若干（耐压值>17V） 4. 电阻若干
5.二极管若干
6.交流毫伏表 7.三端可调的稳压器 LM317一片
四．总体电路图设计
五．仿真测试
1．测试并记录电路中各环节的输出波形。
变压器变压后输入波形图

整流后波形图

滤波后波形图

稳压电源最后输出波形图
2．测量稳压电源输出电压及输出电流。
电源输出电压: 1.753V
输出电流: 17.526mA
3．测量输出电阻：R0=86.899Ω
4．分析测量结果，并讨论提出改进意见。
经过对测量结果的分析基本达到了设计目的，但是输出的电压还不是特别的精确。应该在元器件的选择、电路的连接上更加的仔细认真。
六．注意事项
1．联结电路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调试。
2．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。
3．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。
4. 按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。
七．心得体会
这次课程设计终于顺利完成了，总之，在设计中，我了解示波器、万用表、信号发生器、频率计和稳压电源等常用电子仪器的基本工作原理，掌握其正确使用方法和电子线路的基本测试技术，包括电子元器件参数、放大电路静态和动态参数、信号的周期和频率、信号的幅度和功率等主要参数的测试；。能够正确记录和处理实验数据，进行误差分析，并写出符合要求的总结报告。还能够通过手册和互联网等媒体查询电子器件性能参数和应用资料，能够正确选用常用集成电路和其它电子元器件
通过本课程的学习，使我不仅能加深理解和巩固理论课上所学的有报警电路的基本概念、基本理论和基本方法，而且能锻炼我综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,以及分析问题和解决问题的能力；同时对我进行良好的独立工作习惯和科学素质的培养，为我后参加科学研究工作打下良好的基础。

八．参考文献
1． 《 直流稳压电源的原理和设计》
编译：王鸿麟
人民邮电出版社
2．《电工与电子技术实验教程》
主审：芦守平 路艳洁 张 弛
主编：席志红
哈尔滨工程大学出版社
3．《电子技术基础实验与课程设计》（第二版）
国防科技大学
主编：高吉祥
4．《电子技术基础》模拟部分（第五版）
华中科技大学电子技术课程组 编
主编：康光华
副主编： 陈大钦 张 林
5．《新型电子电路应用实例》（第一版）
科学技术出版社2005年8月
主编何希才
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