可调直流稳压电路课程设计报告 - 图文

《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化

班 级： 卓越班13级

姓 名： 侯燕

学 号： 2013010624

指导教师： 朱连庆

2015年12月14日

工学院课程设计评审表

学生姓名 设计题目 评价内容 设计目的及设计方案 侯燕 专业 机械设计制造及其自动化 年级 13级 学号 2013010624 可调直流稳压电路 评价指标 有扎实的基础理论知识和专业知识；能正确设计实验方案；独立进行实验工作；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。选题合理、目的明确。设计方案正确，具有可行性、创新性。 论文结果有应用价值；图纸绘制符合国家标准，质量符合要求；工作中有创新意识；对前人工作有改进或突破，或有独特见解。（电子CAD 图纸、测试或仿真数据、在试验箱上搭建30 电路或用电路板制作产品）计算及测试结果准确；能正确处理实验数据。 20 评分 评定 权值 成绩 课程设计结果 课程设计态度 准时到课，按期完成规定的任务，工作量饱满；工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。态度认真、学习刻苦。 实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符10 课程设计报告 号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；20 设计报告的规范化、参考文献充分（不少于3篇）。 能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理； 合计 20 答辩 100 指导教师评 语

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目 录

摘要 .................................................................................................................................. 1 1 前言 .............................................................................................................................. 2 2直流稳压电源设计过程 ............................................................................................... 3

2.1 设计任务及要求 ............................................................................................... 3 2.2 设计思路 ........................................................................................................... 3 2.3主要器件介绍 .................................................................................................... 4

2.3.1LM317集成三端稳压块 ......................................................................... 4 2.3.2电位器 ..................................................................................................... 4 2.3.3二极管 ..................................................................................................... 5 2.3.4电解电容 ................................................................................................. 6 2.4参数计算 ............................................................................................................ 6

2.4.1整流部分 ................................................................................................. 6 2.4.2滤波部分 ................................................................................................. 7 2.4.3稳压电路 ................................................................................................. 7 2.5原理图 ........................................................................................................ 8

3原理说明 ....................................................................................................................... 9

3.1整流电路 ............................................................................................................ 9 3.2滤波电路 ............................................................................................................ 9 3.3稳压电路 .......................................................................................................... 10 4元件明细表 ................................................................................................................. 10 5 PCB图 .........................................................................................................................11 6产品照片 ......................................................................................................................11 7实验数据、波形 ......................................................................................................... 12

7.1变压波形 .......................................................................................................... 12 7.2滤波波形 .......................................................................................................... 13 7.3无负载波形 ...................................................................................................... 13 7.4有负载波形 ...................................................................................................... 14 8对数据、波形的分析、结论 ..................................................................................... 14

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可调直流稳压电源设计

摘要

高科技设备的发展离不开电源技术的进步，高精度电源已广泛应用到于通信、工业、军事、航空航天、家电等领域。其中弱电的重要性是所有电源的基础，人们对它的研究、开发技术水平也越来越高。低压大电流的电源也是以后发展的方向。而直流稳压电源是常用的电子设备，它能保证在电网电压波动或负载发生变化时，输出稳定的电压。

本文就是利用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。输出电压在1.2-37V之间连续可调电压供功率放大器使用。该稳压电源具有性能稳定.结构简单.电压、电流指标精度高.调节方便等优点。

直流稳压电源是一种当电网电压波动或温度、负载改变时，能保持输出直流电压基本不变的电源。其电源电路包括电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个环节。设计中要用的元件有变压器、稳压器、整流二极管、电解电容等。实测结果表明，该装置实现了题目要求的全部功能，实现了题目的基本要求。

本文介绍了输出电压可调的直流稳压电源的原理分析和设计过程，通过对相关参数的计算来选择恰当的元器件，设计出电路，经过仿真和焊电路板的实验结果表明，此可调的直流稳压电源满足设计要求。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。

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1 前言

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。

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2直流稳压电源设计过程

2.1 设计任务及要求

目的：1.进一步加深对课程设计电工电子的了解 2.掌握从设计，制作及检验的过程 3.规范报告的写法

要求：（1）除了已给参数，电路结构及其他参数自己计算、选定。

（2）完善电路，使之更接近实用。如：增加短路保护、防输入振荡、LED指示等。 （3）为简化设计可不考虑LM317的散热设计。

（4）报告包括：设计过程（设计任务及要求、设计思路、主要器件介绍、参数计算、原理图）、原理说明、元件明细表、PCB图、产品照片、实验数据、波形及对数据、波形的分析、结论。

2.2 设计思路

首先，从交流到直流，除可以采用直流发电机外，还可以采用由交流电变换为直流电的各种半导体直流电源，如图1-1所示是各种半导体直流电源的原理框图，一般由四个部分组成，表示将交流电变换为直流电的过程。其各部分的功能如下：

图2-1各种半导体直流电源的原理框图

变压器：将交流电源的电压u1(一般为220V或380V）变换为符合整流电路错需要的交流电压u2。

整流电路：利用具有单向导电性的整流器件（半导体二极管，晶闸管等），将交流电压u2变换为单相脉动的直流电压u3。

滤波电路：滤去单相脉动直流电压u3中的交流成分，减小脉动程度，攻击负载比较平滑的直流电压u4。

稳压电路：在交流电源电压波动或负载变化时，滤波后的直流电压大小还会有变化，利用稳压电路是直流输出电压u0成为平滑稳定的直流电压。

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2.3主要器件介绍

2.3.1LM317集成三端稳压块

LM317是美国国家半导体公司的三端可调稳压器集成电路。国内和世界各大集成电路生产商均有同类产品可供选用，是使用极为广泛的一类串连集成稳压器。

LM317是应用最为广泛的电源集成电路之一，它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，又具备输出电压可调的特点。此外，还具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。

LM317 的输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。

(1)LM317主要特性: 输出电压：1.25-37V DC 输出电流：5mA-1.5A

芯片内部具有过热、过流、短路保护电路 最大输入-输出电压差：40V DC 最小输入-输出电压差：3V DC 使用环境温度：-10-+85℃ 存储环境温度：-65-+150℃

LM317输出电压的是电阻R1,R2的比值,假设R2是一个固定电阻。因为输出端的电位高,电流经R1, R2流入接地点。LM317的控制端消耗非常少的电流,可忽略不计。

LM317有三个管脚，如图1-2所示，第一引脚，为电压调节脚；第二引脚，为电压输出脚；第三引脚，为电压输入脚。

图2-2 LM317三个管脚

2.3.2电位器

电位器就是电阻值可以调节变化的电阻，是一种可调的电子元件。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触点之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。 电位器通常有三个引出端子，其中有两个固定端，

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固定端之间的阻值最大，为电位器的标称值；另一端子为活动端子，通过改变活动端子与固定端子间的位置，可以改变相应端子间的电阻值。其典型电位器基本结构如下图所示，均由电阻体、滑动臂、转轴、外壳和焊片构成。它有三个引出端，其中AC两端电阻值最大，AB、BC之间的电阻值可以通过与转轴相连的簧片位置不同而加以改变。

电位器的作用：

电位器主要应用于分压、电流调节等场合。另外对带开关的电位器还有开关电压和载流量的限制（带开关的电位器的结构与上面的不同）。是在电路中作分压器或变阻器。用作电压电流的调节。

图2-3电位器实物图

本实验LM317输出电流为0.5mA时，在LM317的输出电压低到1.2V条件下，假设滑动变阻器阻值为0，根据欧姆定律求得R1?240?，而本实验规定输出R0?5~9V，假设R0为9V，带入欧姆定律求得电阻为1800?，而滑动变阻器阻值为1560?，假设R0为5V时，带入欧姆定律求得电阻为1000?，则认为还有个R=750?电阻。而滑动变阻器为750?。 2.3.3二极管

电子元件当中，二极管是一种具有两个电极的装置，如图1-4二极管实物图，只允许电流由单一方向流过，许多的使用是应用其整流的功能。

大部分二极管所具备的电流方向性我们通常称之为“整流”功能。二极管最普遍的功能就是只允许电流由单一方向通过（称为顺向偏压），反向时阻断 （称为逆向偏压）。正、负电极的判别从外形上看，金属封装稳压二极管管体的正极一端为平面形，负极一端为半圆面形。塑封稳压二极管管体上印有彩色标记的一端为负极，另一端为正极。

图2-4二极管实物图

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2.3.4电解电容

电解电容是电容的一种，如图1-5电解电容实物图，金属箔为正极（铝或钽），与正极紧贴金属的氧化膜（氧化铝或五氧化二钽）是电介质，阴极由导电材料、电解质（电解质可以是液体或固体）和其他材料共同组成。

有极性电解电容器通常在电源电路或中频、低频电路中起电源滤波、信号耦合及时间常数设定、隔直流等作用。一般不能用于交流电源电路，在直流电源电路中作滤波电容使用时，其正极应与电源电压的正极端相连接，负极与电源电压的负极端相连接，不能接反，否则会损坏电容器。

电解电容的极性，注意观察在电解电容的侧面有“—”，是负极，如果电解电容上没有标明正负极，也可以根据它的引脚的长短来判断，长脚为正极，短脚为负极。

图2-5电解电容实物图

2.4参数计算

2.4.1整流部分

输出的直流电压值为

U0?12?2??02U2sin?td（?t）?0.9U2

流过负载平均电流

ID0?U00.9U2? RLRL 流过整流二极管的平均电流

IVD?1U2I0?0.5 2RL 整流二极管耐压 UD?UOM?2U2,ID?I0max?0.3A 反击穿电压UBR?50V?17V,

为了焊接便利,二极管采用IN4001~IN4007。

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2.4.2滤波部分

对电容滤波整流电路可估算取值

U0?1.2U2

一般要求 RL?(10~15)1 ?CT 2即 RLC?(3~5) I0?I0max?1A,

)?F 得出 C1?(825?1375为了留有余地，取2200uF/50V 作滤波电容。 2.4.3稳压电路

由于LM317的2、3脚之间的电压U32为一稳定的基准电压(1.2V)，故有

RPU0?(1?)?1.2V

R11.2V是集成稳压器输出端与调整端之间的固定参考电压UREF;R1取值120～240?（此值保证稳压器在空载时也能正常工作），调节RP可改变输出电压的大小（RP取值视RL和输出电压的大小而确定）。

选可调式三端稳压器LM317，其特性参数U0=1.2V-37V，I0max=1.5A，按I0?0.5A计算，本实验的要求，输出的电压为5~9V。

1.2V?240? 根据欧姆定律得出 R?5mA9V?1560?则RPmax=1560? 取R1=240?，R?5mA5V?1000? 又规定最小输出电压为5V，R?5mA为了方便R=750?,故取RP为750K的精密线绕可调电位器。

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2.5原理图

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3原理说明

3.1整流电路

整流电路的主要作用是把经过变压器降压后的交流电通过整流变成单个方向的直流电，但是这种直流电的幅值变化很大。它主要是通过二极管的截止和导通来实现的，在

U2的正半周,D1、D3导通，D2、D4截止，通过D1、D3给RL提供电流;

在U2 的负半周，D2、D4 导通，D1、D3 截止，通过D2、D4给RL提供电流;

3.2滤波电路

尽管整流后的电压为直流电压，但波动较大，仍然不能直接作为电源使用，还需进一步滤波，将其中的交流成份滤掉。在小功率整流滤波电路中，电容滤波是最常用的一种。电容在电路中有储能的作用，并联的电容器在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑，效果较好。而且本电路后级是稳压电路，因此可以使用电容滤波电路进行简单滤波。 负载未接入（开关S 断开）时：设电容两端初始电压为零，接入交流电源后，当U2为正半周时，U2通过D1、D3向电容C 充电；U2为负半周时，经D2、D4向电容C充电。充电时间常数为：tC?RintC。其中Rint包括变压器副绕组的直流电阻和二极管的正向电阻。由于Rint一般很小，电容器很快就充电到交流电压U2的最大值U2max，由于电容无放电回路，故输出电压保持在U2max不变。

②接入负载RL（开关S合上）时：设变压器副边电压U2 从0开始上升时接入RL，由于电容已到U2 ，故刚接入负载时，U2 ＜UC ，二极管在反向电压作用下而截止，电容C 经RL放电。

当U2升至U2>UC时，二极管D1、D3 在正向电压作用下而导通，此时U2 经D1、D3 一方面向RL提供电流，一方面向C充电（接入RL后充电时间常数变为

tC=RL/RintC≈Rint ）。UC将如图中b、c 段所示。

当U2又降至U2＜UC时，二极管又截止，电容C又向RL放电，如图中c、d段所示。电容如此周而复始充放电，就得到了一个如图所示的锯齿波电压U0= UC，由此可见输出电压的波动大大减小。

为了得到平滑的负载电压，一般取td=RLC≥(3~ 5)T/2 (T 为交流电周期20ms)此时：U0 = (1.1~ 1.2)U2。

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3.3稳压电路

集成稳压器如果离滤波电容C1较远,应在靠近LM317输入端接0.1F?旁路电容

C2，接在调整端和地之间的电容C3用来旁路电位器两端的纹波电压。当C3容量为10F

?时,纹波抑制比可提高20dB,减小到原来的十分之一。另一方面,由于C3的接入,一旦输入或输出端发生短路,C3中储存的电荷会通过稳压器内部的调整管和基准放大管而损坏稳压器,故在R1两端并接二极管VD2

在没有容性负载的情况下,稳压器可以稳定地工作,但当输出端有500-5000pF的容性负载时,容易发生自激。为抑制自激,在输出端接一只100F的铝电解电容C4,它还可以发送电源的瞬态响应。但当输入端发生短路时,C4中储存的电荷将对稳压器输出端放电,放电电流可能损坏稳压器，故在稳压器两端并接保护二极管VD2。

4元件明细表

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5 PCB图

6产品照片

由于是三个人一组进行的试验，所以三个人的方案不能完全的采纳，所以我们就一个人的电路设计，完成此次操作，三人一起通过此电路进行学习，所做的电路实物如图所示。

图6.1产品照片（正）

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6-2产品照片（反）

7实验数据、波形

7.1变压波形

7-1变压波形

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7.2滤波波形

7-2滤波波形

7.3无负载波形

7-3无负载波形

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7.4有负载波形

7-4有负载波形

8对数据、波形的分析、结论

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参 考 文 献

[1] 谢宋和, 甘勇. 单片机模糊控制系统设计与应用实例[M]. 北京: 电子工业出版社, 1999.5:20-25. （参考书或专著格式为: 著者. 书名[M]. 版本(第1版不注). 出版地：出版者, 出版时间：引文所在页码）

[2] 潘新民, 王燕芳. 微型计算机控制技术[M], 第2版. 北京: 电子工业出版社, 2003.4:305-350. [3] Newman W M, Sbroull R F. Principles of Interactive Computer Graphics[M]. New York: McGraw Hill, 1979.10: 10-25.

[4]卜小明, 龙全求. 一种薄板弯曲问题的四边形位移单元[J]. 力学学报, 1991,23(1):53-60. （参考期刊杂志格式为: 作者. 论文题目[J]. 期刊名, 出版年, 卷号(期号): 页码）

[5] Mastri A R. Neuropathy of diabetic neurogenic bladder[J]. Ann Intern Med, 1980, 92(2):316-318. [6] 范立南, 韩晓微, 王忠石等. 基于多结构元的噪声污染灰度图像边缘检测研究[J]. 武汉大学学报(工学版), 2003,49(3):45-49.

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致 谢

通过这学期的课程设计，我受益匪浅，认识到了自己的许多不足和缺点。要想把理论与实际联系起来，还是需要一段时间的。要想做出一个实用的实物来，并不是自己想象中的那样简单。

其一，我们必须掌握一些必备的常识，比如，三极管引脚的判定以及电阻值的判定。

其二，应该以作为一个工程人员应用的素质去面对，发现问题，解决问题。在实验时应保持冷静，测试有条理。遵循物质客观规律，不随便改写实验数据。

其三，自己平时要多动手、多动脑，这样当问题来临时你就不会手忙脚乱。该多画就多画些，以便能增加你对该软件的熟练度。用起来称心如意，这样就不会浪费时间。再如，在焊接导线时，应区别不同类型的导线用不同类型的焊接方法及焊接的先与后顺序。如果你不懂那些，你就会出现很大笑话。

其四，要注意试验安全，不要轻易地尝试不安全接法。在做设计时必须讲求产品的实用性及美观性。这就要求我们对所需器件进行合理布置。让我对模电知识更近一步的了解，对模电课程中直流稳压电源这一章所涉及的部分元件有了一定的认识；掌握了选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源。让我对模电知识更近一步的了解，对模电课程中直流稳压电源这一章所涉及的部分元件有了一定的认识；掌握了选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源。

团结就是力量，在做设计的过程中我们必须讲究团队精神，各施其职。这样就能起到事半功倍的作用，面对一个课题必须严肃而认真地对待，作为一名电类专业的学生必须多参加一些动手制作活动来提高自己的动手能力。今后我们会继续努力。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4lq2.html