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1、钦州学院 模拟电子技术课程设计报告 串联型连续可调直流稳压正电源设计 院系 专业 学生 班 级 姓名 学号 指导教师单位物理与电子工程学院 指导教师姓名 指导教师职称讲师 2013 年 10 月 串联型连续可调直流稳压正电源 电子信息工程专业2010级 指导教师 摘要：根据设计的指标和要求，以集成三端稳压管为核心，构成稳压电路，加上 电源变压、整流滤波网络，设计出集成直流稳压电源。市电220V由电源变压器变压 为 24V后，经桥式整流电路整流和电容滤波，便可接三端稳压管的稳压电路得到所需 的连续可调直流稳压正电源。 本系统工作可靠， 性能稳定，电路简单，还具有防反接、 过流保护功能。经测试，本
2、系统动能完善，很好的实现了各项设计指标。 关键词 ：串联，电源，可调，稳压 设计目的: （1）进一步掌握模电电子技术课程所学的理论知识。 （2）熟悉几种常用稳压电源芯片，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行 电路设计。 （3）掌握 Multisim仿真软件的使用。 （4）学习 Altium Designer 基本知识，并运用其绘制电源sch 原理图和 PCB图； （5）掌握电子电路板制作的全过程，实现电源的制作； （6）懂得测量电源相关各项技术指标，完成系统调试。 设计技术指标与要求: （1）基本功能 设计制作一串联型连续可调直流稳压正电源电路。 （2）基本要求 输出直流电压 1.5 10V
3、可调； 输出电流 IOm=300mA； （有电流扩展功能） 稳压系数 Sr0.05； - 目录 前言1 1 串 联型 连续 可 调 直流 稳压 正 电源 1 1.1 设计方案1 1.2 设计所需要元件2 2 设计原理 2 2.1 电源变压部分3 2.2 桥式整流电路部分3 2.3 电容滤波电路部分4 2.4 直流稳压电路部分5 2.5 原理及计算5 3电路仿真6 3.1 电路仿真6 4电路连接测试7 4.1 安装焊接7 4.2 测试 9 4.2.1 使用仪器 9 4.2.2 测试结果9 5设计体会9 参考文献10 钦州学院本科课程设计 1 前言 在电子系统 ( 如电视接收机、 VCD 机、组合
4、音响等 ) 都要求用稳定的直流电源，而 日常生活中使用的都是 220V 交流电源， 因此，需将交流电变换成直流电 将交流电压 变换成直流电压并使之稳定的设备就是直流稳压电源直流稳压电源一般由电源变压 器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成，基本框图如图1所示。在很多场合，都需 要具有足够调压范围和带负载能力的直流稳压电源电路，要求输出电压连续可调； 所 选器件和电路必须达到在较宽范围内输出电压可调；输出电压应能够适应所带负载的 启动性能；此外，电路须简单可靠，能够输出较大电流。 图1 直流稳压电源 1 设计思想及原理 1.1 设计方案 方案一晶体管串联式直流稳压电路。 电路框图如图 1.1a 所
5、示，该类电路中， 输 出电压 Uo 经取样电路取样后得到取样电压， 取样电压与基准电压进行比较得到误差电 压，该误差电压对调整管的工作状态进行调整，从而使输出电压发生变化， 该变化与 由于供电电压 uI 发生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压 Uo 为恒 定值( 稳压值 ) 。在基准电压处设计辅助电源，用于控制输出电压能够从0 V开始调节。 单纯的串联式直流稳压电源电路很简单，但增加辅助电源后， 电路比较复杂， 由于都 采用分立元件，电路的可靠性难以保证。 图1.1a 串联式稳压电源电路 输入 220V 交流 电压 桥墩整流电容器滤波三端稳压器输出直流电 压 调整管 误差放大
6、基 准辅助电源 取 样 U1 U0 串联型连续可调直流稳压正电源的设计 2 方案二 开关稳压电源电路。功耗小，效率高，但电路复杂，纹波较大，存在开 关干扰，它产生的交流电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干 扰，此外由于开关稳压电源振荡器没有工频变压器的隔离，这些干扰就会串入工频电 网，使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到干扰。 方案三采用三端集成稳压器电路。电路框图如图1.1b所示，一般采用输出电 压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围较宽，稳定性高， 纹波小，可靠性高，易做成多路，且电路所用器件较少，成本低，电路简单，组装 方便。 综上所述，采用方案三
7、1.2 设计所需的元件 （1）LM117/LM317 可调式集成三端稳压管LM117/LM317 ，有三条引脚输出，分别是调节端、输 出端和输入端，采用TO- 220 的标准封装，外部引脚图如图1.2a 所示。调节1 脚调节端电压，其输出端电压范围为：12V37V可调，其芯片内有过渡、过热和 安全工作区保护，最大输出电流为15A。典型电路如图4.2 所示 ，通过改变 R2的 值改变输出电压。 图 1.2a LM117/LM317 外部引脚图图 1.2b LM317/LM317外部电路典型图 2设计原理 220V 交流市电先被引入变压器中进行变压，本系统中采用的是24V变压器，故 得到 24V交
8、流电接入图中，经D1、 D2、 D3、 D4组成的桥式整流电路后可得到只有正 半周期的连续波形，经C1 、 C2 大电容滤波，可得到纹波较大的直流电压，在经过小 电容滤去高频噪声后就可分别送至各个三端稳压管的输入，在三端稳压管的输出端即 可得到对应所需的稳定直流电压， 同理在三端稳压管的输出端接入两个电容分别是为 钦州学院本科课程设计 3 了滤去高频噪声和减小纹波，最后在三端稳压管的输出端得到电压稳定，波纹、噪声 很小的直流电。可调式集成三端稳压管LM317T 调节变阻器 R1的值阻即可改变输出的 电压值。串联型连续可调直流稳压正电源电路图如图2.2a 所示。 图 2.2a 串联型连续可调直流
9、稳压正电源电路图 2.1 电源变压部分 电源变压器的作用是将电网220V的交流电压 Vi变换成整流滤波电路所需要的交 流电压 . V 2 ，如图 11。见公式（ 11）变压器副边 P2与原边的功率 P1比为 1 2 P P （11） 式中，为变压器的效率。一般小型变压器的效率如表1 所示。 表 1 小型变压器的效率 副边功率 P2/VA I maxo 。本 系统中输入电压的范围是13VV342V。副边电压 V213/1.1V ，取 V2=12V，副 边电流 I 2 Iomax=1A，则变压器副边输出功率P2V2I 2 =12W ，由表 1 可知变压器 效率为 =0.7 ，则原边输入 P1P2/
10、 =17.1W 。选用的变压器的功率大于此值即可。 整流二极管D 选用1N4007 ，其承受的最大反向电压为1000V，I F =1A。满足 串联型连续可调直流稳压正电源的设计 6 VRM2 V2，I F= Imaxo 条件。 滤波电容 C的容量可由纹波电压V POP 和稳压系数 Sv来确定。已知， V0=11V， V3=13V，V POP =5m ，Sv=310 3 ，由式（15）计算稳压器的输入电压变化量 1 V 3V = SvVo VV pop3 （15） 代入计算得 3 V= 1.97V，由下式（ 16）可得电容 C的容量 C= 3 Ic V t （16） 其中， t 电容 C放电时间
11、，t= 2 T =0.01s ， Ic 电容 C放电电流，可取 Ic=Iomax=1A， 则 C=5076F， 电容的耐压值应大于2 V2=16.92V。 故取 2 只 3300F/50V 电容并联 。 通过前面的计算， 已经得到了所有元件的参数。 这样就得到完整的连续可调稳压 电源电路图。 这里计算的其实都还只是初步的参数，实际组装完毕后应该仔细测量电 源的各项指标是否符合要求，各部分元件工作是否正常。 如果发现问题， 应该根据实 际情况作出调整。 根据调整的结果来修正原理图中的电路参数，最终完成稳压电源的 设计。 3 电路仿真与 PCB 3.1 电路仿真 在计算机上使用multisim对设
12、计的直流稳压电源进行仿真，仿真的结果为能实 现最初的设计目标，仿真电路如图3.1a，3.1b，3.1c 所示。 图 3.1a 串联型连续可调直流稳压正电源最大输出电压仿真图 钦州学院本科课程设计 7 图 3.1b 串联型连续可调直流稳压正电源最小输出电压仿真图 图 3.1c 串联型连续可调直流稳压正电源最大输出电流仿真图 4 电路连接测试 4.1 安装焊接 按图 2.2a 连接好线路，检查电路的电气连通性能正常。把元器件焊接好。设计 实物的正、反面图如图4.1a 、图 4.2b 所示。 串联型连续可调直流稳压正电源的设计 8 图 4.1a 设计实物正面图 图 4.2b 设计实物反面图 钦州学院
13、本科课程设计 9 4.2测试 4.2.1 使用仪器 使用的仪器有： VC9808数字万用表，直流散热小风扇。 4.2.2 测试结果 使用数字万用表 +20V档测量可得的输出电压从1.73V 到 10.15V 连续可调。使 用散热风扇测试。测试结果为：当风扇两端电压为1.73V 时，流过风扇的电流为 0.01mA 。当风扇两端的电压为4.83V 时，流过风扇的电流为0.03mA 。当风扇两端的 电压为 6.68V 时，流过风扇的电流为0.03mA 。当风扇两端的电压为8.03V 时，流过 风扇的电流为 0.04mA 。当风扇两端的电压为9.04V 时，流过风扇的电流为0.05mA 。 当风扇两端
14、的电压为10.15V 时，流过风扇的电流为0.05mA 。测试结果均满足设计的 基本要求。 5设计体会 本次课程设计， 我们分工合作， 快速的完成了这次任务， 蒋聪负责查资料， 画图； 潘倩玲负责焊电路板；毛平凤负责论文、在期间我们有相互讨论方案和向他人指教。 从这次设计中我感到自己提高了电路应用方面的实践技能，对于模电知识有了更 深的了解，尤其是对连续可调直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标方面 的知识有了进一步的研究。 ， 加深了我对模拟电路设计方面的知识理论的认识与理解， 使我有效的结合所学知识， 把理论应用于实际。 同时实物的制作也提升了我的动手能 力，实践能力，熟练掌握了焊接
15、技术。 通过此次课程设计对该电路的设计、 组装与调试，使我们加深了对桥堆整流电路， 电容滤波电路的了解， 学会运用了用选择器整流二极管、滤波器、滤波电容及集成稳 压器来设计直流稳压电源。 虽然在在设计过程遇到一些困难，比如在滤波电容的容量、电阻的阻值选择上， 但是经过查阅的资料， 认真思考，分析数据， 总结经验最后终于解决了各种各样的困 难。 ，终于把这个串联可调直流稳压电源设计出来了。 串联型连续可调直流稳压正电源的设计 10 参考文献 1 张新 喜， 许军 .Multisim 10 电 路仿 真及应用 M. 北 京: 机 械工业 出版 社,2010. 2 何宝详 . 电子设计实训教程 M. 北京: 清华大学出版社 ,2011. 3 郭业才，黄友锐 . 模拟电子技术 M. 北京: 清华大学出版社 ,2011. 4 吴慎山 . 模拟电子技术实验与实践 M. 北京：电子工业出版社， 2008. 5 罗厚军 . 模拟电子技术与实训 M. 北京: 机械工业出版社 ,2012. 6 罗杰，谢自美 . 电子线路设计实验测试（第4 版）M. 北京: 电子工业出 版社,2008. 7 康华光，陈大钦 . 电子技术基础模拟部分（第四版）M. 北京: 高等教育出 版社,2008.