可调直流稳压电源(课程设计)

《电子技术》课程设计

学院：工学院

专业：机械设计制造及其自动

班级：1303班

姓名：某某某

学号： 22

指导教师：

2015年12月7日

工学院课程设计评审表

摘要

随着科技的发展，电气、电子设备已经广泛的应用于日常、科研、学习等各个方面。电源作为电气、电子设备必不可少的能源供应部件，需求日益增加，而且对电源的功能、稳定性等各项指标也提出了更高的要求。对电源的研究和开发已经成为新技术、新设备开发的重要环节，在推动科技发展中起着重要作用。本设计主要用串联型稳压电路设计直流稳压电源，通过相关知识计算出各电路中各个器件的参数，使电路性能达到设计要求中的电压调整率，电流调整率，负载调整率，纹波电压等各项指标。

目录

摘要................................................ 错误!未定义书签。1绪论.............................................. 错误!未定义书签。

电源技术...................................... 错误!未定义书签。

电源的分类.................................... 错误!未定义书签。2设计过程.......................................... 错误!未定义书签。

设计目的...................................... 错误!未定义书签。

设计任务及要求................................ 错误!未定义书签。

直流稳压电源设计思路.......................... 错误!未定义书签。

设计原理...................................... 错误!未定义书签。

直流稳压电源的基本原理................... 错误!未定义书签。

电路相关元件及电路指标简介.................... 错误!未定义书签。

LM317集成稳压器的特性简介 .............. 错误!未定义书签。

串联型稳压电路的主要特点................. 错误!未定义书签。

选择整流电路中的二极管................... 错误!未定义书签。

选择集成三端稳压器....................... 错误!未定义书签。

确定R1、R2的阻值........................ 错误!未定义书签。

滤波电路中滤波电容的选择................. 错误!未定义书签。

设计电路图.................................... 错误!未定义书签。

元件明细表.................................... 错误!未定义书签。3组合硬件电路的调试及改进.......................... 错误!未定义书签。

输出电压...................................... 错误!未定义书签。

纹波电压的测试................................ 错误!未定义书签。

电源内阻的测量................................ 错误!未定义书签。4结论.............................................. 错误!未定义书签。5设计心得体会...................................... 错误!未定义书签。

致谢................................................ 错误!未定义书签。参考文献............................................ 错误!未定义书签。

可调直流稳压电源

1绪论

电源技术

电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。

电源的分类

电源可分为交流电源和直流电源，它是任何电子设备都不可缺少的组成部分。交流电源一般为220V、50Hz电源，但许多家用电器设备的内部电路都要采用直流电源作为供电能源，如收音机、电视机、带微处理器控制的家电设备等都离不开这种电源。直流电源又分为两类：一类是能直接供给直流电流或电压的，如电池、蓄电池、太阳能电池、硅光电池、生物电池等，本文不做具体介绍；另一类是将交流电变换成所需的稳定的直流电流或电压的，这类变换电路统称为直流稳压电源。现在所使用的大多数电子设备中，几乎都必须用到直流稳压电源来使其正常工作，而最常用的是能将交流电网电压转换为稳定直流电压的直流电源，可见直流稳压电源在电子设备中起着主要作用，为设备能够稳定工作提供保证。220V、50HZ的单向交流电源经电源变压器降压后，再经过整流滤波可获得低电压小功率直流电源。然而，由于电网电压可以有±10%变化。为此必须将整流滤波后的直流电压由稳压电路稳定后再提供给负载，使负载上直流电源电压受上述因素的影响程度达到最小。直流电源电压系统一般由四部分组成，它们分别

是电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路。

2设计过程

设计目的

1、学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。

2、学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。

3、培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

设计任务及要求

1、输入电压：单相交流220V±10%

2、额定输入电压DC 5～9（v）

3、输出的输出电流I0=1A

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，供给电压表。

设计原理

直流稳压电源的基本原理

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的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下：

其中，

1、电源变压器：是降压变压器，它的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器的变比由变压器的副边按确定，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n，式中n是变压器的效率。

2、整流电路：利用单向导电元件，将50HZ的正弦交流电变换成脉动的直流

电。

图1单相桥

式全波整流

电路

3、滤波

电路：可以

将整流电路

输出电压中

的交流成分

大部分滤除。滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。

图2电容滤波器的作用

4、稳压电路:稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。

在本次课程设计中我准备采用串联型稳压电路，集成稳压器选用LM317。电源变压器选用9V/10W。

由于输入电压U1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压U2会随着变化。因此，为了维持输出电压U2稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。

集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。

本课程设计中采用三端可调稳压器LM317.

电路相关元件及电路指标简介

LM317集成稳压器的特性简介

LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压. 不过它只能连续可调的正电压,稳压器内部含有过流,过热保护电路;由一个电阻(R)和一个可变电位器(RP)组成电压输出调节电路,输出电压为:Vo=(1+RP/R).

由此可见此稳压器的性能和稳压稳定都比上一个三端稳压电源要好,所以此此方案可选,此电源就选用了LM317三端稳压电源.

三端可调稳压器的输出电压可调，稳压精度高，输出波纹小。其一般的输出电压为~35V或~-35V。比较典型的产品有LM317和LM337等。

其中LM317的输出电压范围是至37V，LM337 的输出电压范围是至-37V，负载电流最大为。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。

特性简介：

1、可调整输出电压低到。

2、保证输出电流。

3、典型线性调整%。

4、典型负载调整%。

5、80dB纹波抑制比。

6、输出短路保护。

7、过流、过热保护。

8、调整管安全工作区保护

9、标准三端晶体管封装。

电压范围：

1、LM317 至37V连续可调。

2、输入输出最小压差降为

图3是三端可调输出集成稳压器的一般应用电路。电路中的R1、R2组成可调输出的电阻网络。为了能使电路中的偏置电流和调整管的漏电流被吸收，所以

设定R1为120~240欧姆。通过R1泻放的电流为5~10mA。输入电容器C1用于抑制纹波电压，输出电容器C2用于消震，缓冲冲击性负载，保证电路工作稳定。

由于加外接保护电路C2的存在，容易发生电容器发电而损坏稳压器。若有外接保护二极管D2，电容器C2放电时，D1导通钳位，使稳压器得到保护。D1是为了防止调节端旁路电容器C3放电时而损坏稳压器的保护二极管。旁路电容器C3也是为了抑制波纹电压而设置的。当C3为10uF时，能提高纹波抑制比15dB。

图3 LM317应用电路图

稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，如输出电压、输出电滤及电压调节范围；另一类是质量指标，反映一个稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。

串联型稳压电路的主要特点

1、稳定性好当输入电压Usr （整流、滤波的输出电压）在规定范围内变动时，输出电压Usc 的变化应该很小。由于输入电压变化而引起输出电压变化的程度，称为稳定度指标，常用稳压系数S来表示：S的大小，反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。在同样的输入电压变化条件下，S越小，输出电压的变化越小，电源的稳定度越高。

2、输出电阻小 负载变化时（从空载到满载），输出电压Usc ，应基本保

持不变。稳压电源这方面的性能可用输出电阻表征。输出电阻（又叫等效内阻）用rn 表示，它等于输出电压变化量和负载电流变化量之比。rn 反映负载变动时，输出电压维持恒定的能力，rn 越小，则Ifz 变化时输出电压的变化也越小。性能优良的稳压电源，输出电阻可小到1欧，甚至0．01欧。

3、电压温度系数小 当环境温度变化时，会引起输出电压的漂移。良好的

稳压电源，应在环境温度变化时，有效地抑制输出电压的漂移，保持输出电压稳定，输出电压的漂移用温度系数KT 来表示.

4、输出电压纹波小 所谓纹波电压，是指输出电压中50赫或100赫的交流

分量，通常用有效值或峰值表示。经过稳压作用，可以使整流滤波后的纹波电压

大大降低，降低的倍数反比于稳压系数S 。 电路元件选择

选择整流电路中的二极管

因为变压器的伏变电压 V U 82=

桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：V U 3.1122=

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V V U BR 3.111000>>= 最大整流电流

故选择二极管IN4001作为整流二极管

选择集成三端稳压器

LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。调整端使用滤波电

容能得到比标准三端稳压高得多的纹波抑制比。可调整输出电压低到，保证输出电流，典型线性调整率%，80dB 纹波抑制比，输出短路保护，过流、过热保护，调整管安全工作区保护，标准三极管封装。

LM317其特性参数：

可调范围为

最大输出点流为

输入与输出工作压差为Uo Ui U -=?：3V-40V 。 输出表达式为：REF U

R R Uo *)1

21(+= 其中，U REF 是集成稳压器件的输出电压，为 。

如图所示，改变R2的值，Uo 的值即可改变。当R2短路时，Uo 最小，U REF 为即；当R2大于零时，Uo 都大于U REF ，最大可达37V,如右图所示。

选稳压器：LM317

确定R1、R2的阻值

电路图如下所示：

图4 LM317电路图

输出电压计算公式 )R R 1.25(1U 1

20+≈ 带入数据可得 1.25≈+

101.25(1)R （1）

12≈+21

R 1.25(1)R （2） 有（1）（2）可得： 218.6R R =

取滑动变阻器： 21R k =Ω， 则1116R =Ω

1116R =Ω的阻值不是标称值，取标称阻值200Ω。

滤波电路中滤波电容的选择

1、求Ui ?：

根据稳压电路的稳压系数的定义：Ui

Ui Uo Uo S V ??= 设计要求Vo1=5～10（V ），Vo2=-5～-10（V ）Sv1=Sv2=%

Vo ～≤3mv Ui=14V

代入上式，则可求得

； 2、求滤波电容C

设定

所以滤波电容：

电路中滤波电容承受的最高电压为

V U 3.1122=,所以所选电容器的耐压应大于.

设计电路图

设计电路原理图

图5 电路原理图

元件明细表

3组合硬件电路的调试及改进

安装时，先安装比较小的原件，所以先安装整流电路，在安装稳压电路，最后再装上电路（电容）。安装时要注意，二极管和电解电容的极性不要接反。检查无误后，才将电源变压器与整流滤波电路连接，通电后，用万用表检查整流后输出LM317输入端电压Ui的极性，若Ui的极性为负，则说明整流电路没有接对，此时若接入稳压电路，就会损坏集成稳压器。然后接通电源，调节Rw的值，若输出电压满足设计指标，说明稳压电源中各级电路都能正常工作，此时就可以进行各项指标的测试。

实际组装出的电路如下：

图6 实物图正面