可调式直流稳压电源的设计.doc

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1、 目录目录1一、课程设计目的2二、课程设计思路2三、元件的性能分析33.1 LM317可调式集成稳压器33.2电阻器53.3电容器53.4晶体二极管63.5整流二极管63.6变压器7四、电路的各功能模块的分析841电源变压器842整流部分843滤波电路944稳压部分11五、课程设计的总结12六、参考文献12七、致谢13八、课程设计的实物展示13一、课程设计目的在输入电压220V、50HZ、电压变换范围1520的条件下：a: 输出电压可调范围为1.25V37Vb: 最大输出电流为1.5A二、课程设计思路本文介绍一种以可调式稳压器为核心组成的正负输出可调的直流稳压电源。该电源主要由电源变压器、单相

2、桥式整流电路、滤波电路和稳压电路等部分所组成。单向交流电经过这几部分电路后即可转换成正负输出可调的稳定直流电压。本设计电路主要采用三端可调式集成稳压器LM317，构成正负输出可调的稳压电源电路，使用时，只需调节电源电压调节器，即可得到所需的电压。本电源电路的原理框图如图下图所示，其主要由变压器、整流、滤波、稳压、辅助电源。电源电路的原理框图：三、元件的性能分析3.1 LM317可调式集成稳压器 lm317是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流，此稳压器非常易于使用LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。31

3、7系列稳压块的型号很多：例如LM317HVH、W317L等。电子爱好者经常用317稳压块制作输出电压可变的稳压电源。 稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo1.25（1R2/R1）。仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。 首先317稳压块的输出电压变化范围是Vo1.25V37V（高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等，其输出电压变化范围是Vo1.25V45V），所以R2/R1的比值范围只能是028.6。 其次是317稳压块都有一个最小稳定工作电流，有的资料称为最小输出电流，也有的资料称为最小

4、泄放电流。最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同，其最小稳定工作电流也不相同，但一般不大于5mA。当317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时，317稳压块就不能正常工作。当317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时，317稳压块就可以输出稳定的直流电压。如果用317稳压块制作稳压电源时（如图所示），没有注意317稳压块的最小稳定工作电流，那么你制作的稳压电源可能会出现下述不正常现象：稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。 在应用中，为了电路的稳定工作，在一般情况下，还需要接二极管作为保护电路，防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏。3.2

5、电阻器 电阻器是电子、电气设备中最常用的基本元件之一、主要用于控制和调节电路中的电流和电压，或用于消耗电能的负载。电阻器的型号有多种。电阻器的阻值是反映其性能的的基本参数，可以用万用表电阻但未来测量其大小。标称阻值是电阻器的设计制造值，通常用直标法或色标法标注在电阻体上。直标法：是将电阻值和误差等级直接用数字和字母印在电阻上。此识别方法简单，但安装在线路板上的电阻，其标称值可能被电阻体遮挡，造成无法识别。色标法：将不同颜色的色环印在电阻器上，以标明电阻器的标称值和允许误差。色环并排绕在电阻体上，由左向右读取。普通电阻用两位有效数字、一位倍率和一位误差范围标注，共需四道色环，精密电阻用三位有效数

6、字表示，需要五道色环，前三道色环表示有效数字，第四道色环表示倍数，第五道色环表示允许误差。 色环电阻示意图棕红橙黄绿蓝紫灰白黑金银1234567890%5%103.3电容器电容器也是组成电子线路和设备的基本原件之一。利用电容器的充、放电和隔直通交特性，在电路中用于交流耦合、滤波、隔断直流旁路和组成振荡电路等。电容器的识别：根据制造工艺和使用材料的不同，电容器可以分为很多类型。电容器的主要参数包括容量、允许误差、额定直流工作电压等。对于体积较大的电容器，这些参数通常采用直标法注在其外壳上，体积较小的通常采用简化的标注方法标注其容量。3.4晶体二极管晶体二极管是电子嗲楼中经常使用的元件，除常用的整

7、流、建波二极管外，还有稳压发光、发电、变容、开关二极管等。晶体二极管有一个PN结组成，具有单向导电的特性，其正向电阻较小，方向电阻较大。用万用表的R100或是R1K档测量二极管的正反向电阻，可以检测二极管的好坏，判断二极管的极性。3.5整流二极管整流二极管是一种将交流电能转变为直流电能的半导体器件。通常它包含一个PN结，有阳极和阴极两个端子。 整流二极管它可以将交流电能转变为直流电能的半导体器件。通常它包含一个PN结，有阳极和阴极两个端子。其结构如图1所示。P区的载流子是空穴,N区的载流子是电子，在P区和N区间形成一定的位垒。外加使P区相对N区为正的电压时，位垒降低，位垒两侧附近产生储存载流子

8、，能通过大电流，具有低的电压降（典型值为0.7V）,称为正向导通状态。若加相反的电压,使位垒增加，可承受高的反向电压，流过很小的反向电流（称反向漏电流），称为反向阻断状态。整流二极管具有明显的单向导电性,其伏安特性和电路符号如图2所示。整流二极管可用半导体锗或硅等材料制造。硅整流二极管的击穿电压高，反向漏电流小，高温性能良好。通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅制造(掺杂较多时容易反向击穿）。这种器件的结面积较大，能通过较大电流（可达上千安），但工作频率不高，一般在几十千赫以下。整流二极管主要用于各种低频半波整流电路，如需达到全波整流需连成整流桥使用。3.6变压器变压器 bian ya qi

9、利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹配阻抗，安全隔离。四、电路的各功能模块的分析41电源变压器由于电源变压器的副边电压有效值将决定后面电路的需要，所以在此应选择输出电压有效值为屯蚤塑gi基 ELECTRONIC TEST12V的电源变压器。42整流部分该设计采用单相桥式整流电路(桥堆KBP307)。其由四只二极管组成，其构成原则就是保证在变压器副边电压u：的整个周期内，负载上的电压和电流方向始终不变。为达到这一目的，需要在Uz的正、负半周内正确引导流向负载的电流，使其方向不变，设变压器副边两端分别为a和b

10、，则a为“+”b为“一”时应有电流流出a点，a为“一”b为“+”时应有电流流入a点；相反，a为“+”b为“一”时应有电流流入b点，因而a和b点均应接两只二极管，以引导电流，单相桥式整流电路+uoK如果桥式整流电路变压器副边中点接地，就应将两个负载电阻相连接且连接中点接地。根据桥式整流电路的工作原理，当a点为“+”b点为“一”时，Dl、D3导通，D2、D4截止，U01一L12，U02一一U2；而当b点为“+”a点为“一”时，D2、D4导通，D1、D3截止，U01一一U2，U02一U2，这样两个负载上就分别获得正、负电压。若设变压器副边电压u2一U2sinwt，U2为其有效值。当u2为正半周时，电

11、流由a点流出，经Dl、聩流入b点，因而负载电阻上的电压等于变压器副边电压，即Uou2，功和D4管承受的反向电压为一uz。当tlz为负半周时，电流由b点流出，经岛、风、D4流入a点，负载电阻上的电压等于一u2，即uo一一u2，01、n承受的反向电压为u2。这样，由于D1、B和晚、D4两对二极管交替导通，致使负载电阻上在U2的整个周期内都有电流通过，而且方向不变，则输出电压uoI U2sinwtl。43滤波电路经过整流后的直流电幅值变化很大，会影响电万方数据路的工作性能。可利用电容的“通交流，隔直流”的特性，在电路中并人两个并联电容作为电容滤波器，滤去其中的交流成分。电容滤波电路是最常见也是最简单

12、的滤波电路，在整流电路的输出端(即负载电阻两端)并联一个电容即构成电容滤波电路。滤波电容容量较大，因此一般均采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。如果将两个滤波电容相连接，且连接点接地，就可同时得到输出电压平滑的正负电源。在理想情况下，变压器副边无损耗，二极管导通电压为零，所以电容两端电压相等。而当其上升到峰值后开始下降，电容便通过负载电阻放电，其电压也开始下降，趋势与电容两端电压基本相同。但是由于电容按指数规律放电，所以当其下降到一定数值后，电容将继续通过负载放电，电容两端电压按指数规律缓慢下降。总之，在电容充电时，回路电阻为整

13、流电路的内阻，即变压器电阻和二极管的导通电阻，其数值很小，因而时间常数很小。电容放电时，回路电阻为RL，放电时间常数R。C通常远大于充电的时间常数。因此滤波效果取决于放电时间。电容愈大，负载电阻愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大。换言之，当滤波电容容量一定时，若负载电阻减小(即负载电流增大)，则时间常数RLC减小，放电速度加快，输出电压平均值即下降，且脉动变大。故在此选择一个滤波电容2200。输出电压的平均值U似蝴与放电时间常数RLC有关。RLC越大，电容器放电速度越慢，则输出电压所包含的纹波成分越小，U驭越大。为获得平滑的输出电压，一般取放电时间常数为：个砌一RLC(3-5) 厶式

14、中：T为交流电的周期，在滤波电路放电时间常数满足上式的关系时，可用下式对输出电压的平均值约为电容两端电压的12倍。滤波电路输出电压波形难于用解析式来描述，近似估算时，其波形近似为锯齿波，此时脉动系数S可按下式近似估算，其中T为电网电压的周期。G=二L一 。4RLCT当滤波电容选定后，输电压平均值U0和输出电流平均值Io的关系称为输出特性，脉动系数S和输出电流平均值10的关系称为滤波特性。输出特性和滤波特性如图3所示。啦U209U2D D输出特性及滤波特性曲线表明，电容愈大电路带负载的能力愈强，滤波效果愈好；电流平均值愈大(即负载电阻的RL愈小)，电压平均值愈低，S的值愈大。为减小输出电压的脉动

15、成分，采用的滤波电容器的容值越大越好，交流电源的频率越高越好。目前在计算机、电视机等电子设备中采用了高频整流电源，它的滤波电容的容量就比50赫兹工频交流电的滤波电容小得多。44稳压部分集成串联型稳压电路有三个引脚，分别为输入端，输出端和公共端，因而称为三端稳压器。按功能可分为固定式稳压电路和可调式稳压电路；前者的输出电压不能进行调节，为固定值；后者可通过外接元件使输出电压得到很宽的调节范围。便于实时控制，此设计采用可调式三端稳压器LM317。LM317可调式三端稳压器有三个引出端，分别为输入端、输出端和电压调整端(简称调整端)。调整端是基准电压电路的公共端，其典型值为125V。其典型线性调整率

16、为001，负载调整率为01，80dB的纹波抑制比，其工作温度范围为o至+125。LM317可调式三端稳压依靠外接电阻来调节输出电压的，为保证输出电压的精度和稳定性，要选择精度高的电阻，同时电阻要紧靠稳压器，防止输出电流在连线上产生误差电压。屯蚤塑gi基 ELECTRONIC TEST万方数据为了减小电位器上的纹波电压，可在其上并联了一个lo的电容，由于电容容量较大，一旦输入端断开，电容将从稳蘸器输出端向稳压器放电，易使稳压器损坏，因此在稳压器的输入端和输出端之间跨接一个二极管，并置在输出短路时，曦套将向稳压器调熬端放电，并使调整管发射结反偏，为了保护稳压器，故加一个二极管。利用电容可以抵消输入

17、线较长时的电感效应，以防止电路产生壹激振荡，其容量较小，一般小于1，故在此选择01。五、课程设计的总结本电路具有结构简单，输出电压范围宽，性能稳定等优点。通过本次设计，我们的动手能力以及处理问题的能力都有了很大的提高，并加深了对电路元件的理解。同时本次课题是以小组的形式共同完成的，所以在实际制作的过程中，我们组员之间相互讨论，相互协作，增强了我们的团队协作意识。总而言之，本次课程设计给我们的影响和作用盛大。六、参考文献【1】童诗白 模拟电子技术基础 第四版，北京；高等教育出版社。【2】大学生电子设计联盟 七、致谢本次我们小组的课程设计能够顺利的完成，首先要感谢我们的指导老师黄河，他为我们详细的讲解了与课题有关的理论知识，在我们实际制作可调式稳压电源的过程中，他也是及时的为我们排忧解难，解答我们实际焊接元器件过程中遇到的问题。同时还要感谢学校为我们提供了这么一个课程设计的机会。最后还要感谢我们整个小组队员的通力合作，才有我们课程设计的顺利完成。八、课程设计的实物展示13