模电课程设计报告《直流稳压电源》

模 电 设 计

课题名称：直流稳压电源

学 院： 信 息 学 院 专 业： 电子信息工程 班 级： B 电子 062 姓 名： 王 爱 斌 学 号： 0610620201

目录

一、 设计目的

二、 设计任务和要求

三、 实验原理

四、 元件清单及性能分析

五、 误差分析

六、 实验小结

七、 资料文献

一、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。

二、设计任务和要求

1．设计并制作一串联型（连续调整式）直流稳压电源。 2. 主要技术指标与要求： ① 输出电压可调：Uo=1.5V ～ 12V ② 最大输出电流：Imax=500mA ③ 稳压系数：SV≤0.05 ④ 具有过流保护功能

3.用三端集成稳压器LM780系列构成直流稳压电源

4.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。 5.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。

三、实验原理

直流稳压电源一般由变压器、整流器、滤波器和稳压器四部分组成。变压器

把220V交流电（市电）变为稳压所需的低压交流电；整流器把低压交流电变为直流电；整流后的直流电中仍会含有交流成分，可以通过滤波电路将交流成分滤除；经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流输出。串连型直流稳压电源原理图见图1

交流输入 变压 整流 滤波 稳压 直流输出 220V 图1：串联型直流稳压电源原理框图 1、 电源变压器

变压器的作用是将220V 50Hz交流电变成整流滤波所需的交流电压。本设计需要把220V交流电变为15V 交流电，变压器匝数比 n=原边匝数/副边匝数≈15。

2、 整流电路

整流电路将交流电压变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压。整流通常有半波整流和全波整流。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。本设计采用桥式整流滤波，如图2所示。

图2： 桥式整波电路

其中，R是负载，D1、D2、D3、D4是四只整流二极管，把它们接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。

桥式整流电路波形前后对比见图3

图3： 桥式整流波形前后对比 工作原理：u2 >0 时: 二极管导通，uL=u2 u2 <0 时: 二极管截止, uL=0 主要参数：

输出电压平均值：UL=0.9U2

输出电流平均值:IL= UL/RL =0.9 U2 / RL 流过二极管的平均电流：ID=IL/2 二极管承受的最大反向电压：URM=1.414U2

3、滤波电路

滤波电路通常有电容、电感和RC等滤波电路。本实验我们使用桥式整流电容滤波电路，故这里我们详细介绍一下电容滤波电路：桥式整流电容滤波电路原理图见图4

图4:桥式整流电容滤波电路

(1)当开关S断开，即负载R未接入时，在变压器次级交流电压U2为正半周时，二极管D2、D4导通，D2、D4截至。此时D2、D4为电容C充电

当U2为负半周，二极管D1、D3导通，此时D1、D3为电容C充电 (2)接入负载(开关S合上)时 ：

u2＞ uC时：二极管导通，C充电 u2＜ uC时：二极管截止，C放电 波形图见图5

图5 滤波电路波形图

4、稳压电路

经整流滤波输出的电压通常是不稳定的，不能直接对系统供电。 对任何稳压电路都应从两个方面考察其稳压特性，一是设电网电压波动，研究起输出电压是否稳定；二是设负载变化，研究其输出电压是否稳定。直流稳压电路分为串联型稳压电路和开关型稳压电路，本设计采用串联型稳压电路。稳压器一般包括单管稳压器和集成稳压器。常用的集成稳压器有固定式三端稳压器和可调式三端稳压器，本设计可调式三端稳压器LM317，它们的输出电压从1.25V－37伏可调，最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5A。

其典型电路如图5，其中电阻R1与电位器R2组成输出电压调节器，输出电压Uo的表达式为：Uo＝1.25（1＋R2/R1），式中R1一般取120－240欧姆，输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V）。

图5 简易LM317工作原理图

5.稳压电路图及工作原理

稳压电路的作用:

交流 整流 脉动 滤波 有波纹的 稳压 直流 稳压原理——利用稳压管的反向击穿特性。

I+RDzUzIZ++Ui-+IL+UoRL-+

工作原理： Uo=Uz=Ui-Ur =Ui-IR I=IL+Iz (1)

当输入电压变化时

Ui Uo Uo

UZ IZ UR

I

(2) 当负载电流变化时

稳压过程：

IL Uo Uo

IZ

UR

IR 稳压电路采用串联反馈式稳压电路。比较放大单元采用分立三极管组成的差动放大器或者运算放大器，可提高电路的稳定性。如下图6

图6:串联反馈式稳压电路一般结构图

四、元件清单及性能分析

总电路图见图7

实验所需元件清单: 元件名称 电阻 标号 R1 R2 电容 电位器 电解电容 C4 C5 RP C1 C2 C3 二极管 三极管 稳压块 电压表 LED 1 D1-D4 D5,D6 T1 20V量程 参数 925Ω 100Ω 330nF/25v 100nF/25v 35V 25V 25V 334 104 4.7K 470uF 10uF 100uF 1N4002 1N4001 S9014 LM317 BT112-X 型号 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 4 2 1 1 1 电路图说明：

本电路目的是将220V交流电转换为1.5V～18V的直流电，首先是设计电路原理图，在这里考虑到实际应用的需要，增加了一个LED二极管作为指示灯和一个电压表以便确定实际输出电压的大小。电路图中电位器RP1用于调节输出电压大小。桥式电路的目的是为了整流。C1，C3起滤波作用，稳压电路是通过三端集成稳压器LM317来实现的，为了保护电路安全，二极管D1和双极型三极管T1起到过流保护的作用。在正常工作条件下，D1与T1均截止，当负载电阻过小、负载短路导致负载上电流过大时，D1与T1均导通，将电流引回输入端与公共接地端，从而起到保护LM317的目的。滤波电容C3可滤掉输出电压中的交流成分，使输出端得到一个比较稳定理想的直流电压。

稳压电源的性能指标及测试方法:

稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、纹波电压（纹波系数）及温度系数。

（1） 纹波电压：叠加在输出电压上的交流电压分量。用示波器观测其峰峰值一般为毫伏量级。也可用交流毫伏表测量其有效值，但因纹波不是正弦波，所以有一定的误差。

（2）稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即：

（3） 电压调整率：输入电压相对变化为±10%时的输出电压相对变化量，稳压系数和电压调整率均说明输入电压变化对输出电压的影响，因此只需测试其中之一即可。

（4） 输出电阻及电流调整率

输出电阻与放大器的输出电阻相同，其值为当输入电压不变时，输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值.电流调整率：输出电流从0变到最大值时所产生的输出电压相对变化值。输出电阻和电流调整率均说明负载电流变化对输出电压的影响，因此也只需测试其中之一即可。

五、误差分析

综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有: ① 测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差; ② 电流表内阻串入回路造成的误差; ③ 测得纹波电压时示波器造成的误差;

④ 示波器, 万用表本身的准确度而造成的系统误差; 可以通过以下的方法去改进此电路: ① 减小接触点的微小电阻;

② 根据电流表的内阻对测量结果可以进行修正;

③ 测得纹波时示波器采用手动同步; ④ 采用更高精确度的仪器去检测;

六、设计小结

通过本次设计,让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标.也让我们认识到在此次设计电路中所存在的问题;而通过不断的努力去解决这些问题.在解决设计问题的同时自己也在其中有所收获.这次模电设计使我认识很多，在刚开始弄的时候，我是什么都不懂感觉到无从下手，后来自己上网找资料，从别人那里吸取了很多有用的东西，让我懂得没有不可能做的，只要自己努力去做，努力去学没有什么学不好的。这次设计让我对我的专业更有兴趣。这次稳压电源的设计让我感想很多，说实话我们这个实验设计是所有的实验设计里面最简单的，可是我还是做的磕磕碰碰的，这说明我的模电学得是多么的差劲，这次稳压电源的设计，我又把模电第十一章的书认真看了一下，这让我又把以前的知识补习了一下，其实学到的些知识倒没什么，通过这次模电设计让我非常深刻的认识到要学好东西，一定要自己不断的专研，一定要肯下功夫。

七、参考文献资料

1.《电子线路基础》,华东师范大学物理系万嘉若,林康运等编著,高等教育出版社. 2.《电子技术基础》,华中工学院电子学教研室编,康华光主编,高等教育出版社。 3.《电子线路设计》,(第二版)华中科技大学谢自美主编,华中科技大学出版社.

4.《模拟电子技术基础》，（第二版）清华大学电子学教研组编，童诗白主编，高等教育出版社。

5.《电子技术基础：模拟部分》，（第三版）华中工学院电子学教研室编，康华光主编，高等教育出版社。

6.《国产集成电路应用500例》，周仲编，电子工业出版社。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/f1j5.html