可调直流稳压电源（课程设计） - 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

班 级： 1303班

姓 名： 某某某

学 号： 2222222222

指导教师：

2015年12月7日

Ⅰ

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 专机械设计制造某某某 业 及其自动化 年2013学级 级 号 可调直流稳压电源 评分 权值 评定 成绩 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。20 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；课程设计结果 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。 30 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，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；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； 10 课程设计报告 20 答辩 20 合计 指导教 师评语

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100

《电子技术》课程设计任务书

设计题目： 电压可调的直流稳压电源的设计 指 导 老 师 参 加 学 生 设 计 目 的 设 计 内 容 （1）加深对理论知识的理解。 （2）学习电子产品设计、制作、调试的一般方法和步骤。 （4）掌握设计说明书的撰写规范。 （5）体会工程实践与理论学习的异同。 利用三端可调式集成稳压器LM317设计一个电压可调的直流稳压电源。主要技术指标： （1）输入电压：单相交流220V±10% （2）额定输出电压：DC 5—9V （3）额定输出电流：1A 制作PCB并安装调试。 （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。 设 计 （3）为简化设计可不考虑LM317的散热设计。 要 求 （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。 III

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。

IV

目 录

摘要 .................................................................................................................................I 1绪论 ............................................................................................................................. 1

1.1电源技术 ....................................................................................................... 1 1.2电源的分类 ................................................................................................... 1 2设计过程 ..................................................................................................................... 2

2.1设计目的 ....................................................................................................... 2 2.2设计任务及要求 ........................................................................................... 2 2.3直流稳压电源设计思路 ............................................................................... 2 2.4设计原理 ....................................................................................................... 2

2.4.1直流稳压电源的基本原理 ............................................................. 2 2.5电路相关元件及电路指标简介 ................................................................... 4

2.5.1 LM317集成稳压器的特性简介 .................................................... 4 2.5.2串联型稳压电路的主要特点 ......................................................... 5 2.6.1选择整流电路中的二极管 ............................................................. 6 2.6.2选择集成三端稳压器 ..................................................................... 6 2.6.3确定R1、R2的阻值 ...................................................................... 7 2.6.4滤波电路中滤波电容的选择 ......................................................... 8 2.7设计电路图 ................................................................................................... 8 2.8元件明细表 ................................................................................................... 9 3组合硬件电路的调试及改进 ................................................................................... 10

3.1输出电压 ..................................................................................................... 11 3.2纹波电压的测试 ......................................................................................... 11 3.3电源内阻的测量 ......................................................................................... 12 4结论 ........................................................................................................................... 13 5设计心得体会 ........................................................................................................... 14 致谢 .............................................................................................................................. 15 参考文献 ...................................................................................................................... 16

1

可调直流稳压电源

1绪论

1.1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。

1.2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。

1

2设计过程

2.1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。

2.2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

2.3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。

2.4设计原理

2.4.1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：

2

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。

4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

3

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.

2.5电路相关元件及电路指标简介

2.5.1 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=1.25(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1.25~35V或-1.25~-35V。比较典型的产品有LM317和LM337等。

其中LM317的输出电压范围是 1.2V 至 37V，LM337 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。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1.2V。

2、保证1.5A输出电流。 3、典型线性调整0.01%。 4、典型负载调整0.1%。 5、80dB纹波抑制比。

4

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 1.25V至37V连续可调。 2、输入输出最小压差降为0.2V

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。 2.5.2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

5

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 。

2.6电路元件选择

2.6.1选择整流电路中的二极管

因为变压器的伏变电压 U2?8V

桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：2U2?11.3V 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UBR?1000V??11.3V 最大整流电流

故选择二极管IN4001作为整流二极管 2.6.2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1.2V，保证1.5A输出电流，典型线性调整率0.01%，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：

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可调范围为1.25V-37V 最大输出点流为1.5A

输入与输出工作压差为?U?Ui?Uo：

3V-40V。

输出表达式为：Uo?(1?R2)*UREF R1其中，UREF是集成稳压器件的输出电压，为

1.25V 。如图所示，改变R2的值，Uo的值即可改变。当R2短路时，Uo最小，UREF为即1.25V；当R2大于零时，Uo都大于UREF，最大可达37V,如右图所示。

选稳压器：LM317 2.6.3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 U0?1.25(1?R2) R10) （1） R1带入数据可得 1.25?1.25(1? 12?1.25(1?有（1）（2）可得： R2?8.6R1

R2) （2） R1 7

取滑动变阻器： R2?1k?， 则R1?116?

R1?116?的阻值不是标称值，取标称阻值200?。 2.6.4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：SV??UoUo?Ui Ui 设计要求Vo1=5～10（V），Vo2=-5～-10（V）Sv1=Sv2=0.5%

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：

2U2?11.3V,所以所选电容器

电路中滤波电容承受的最高电压为

的耐压应大于11.3V.

2.7设计电路图

设计电路原理图

图5 电路原理图

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2.8元件明细表

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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

图7 实物图反面

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3.1输出电压

将万用表打到直流电压档，接到电路的正端输出端，然后给该电路通电,通过调节滑动变阻器的旋钮改变其阻值可改变输出电压，还有电压表读书知，该电路正端电压完全符合7.07V~12.7V的设计要求。

3.2纹波电压的测试

纹波电压即叠加在输出电压上的交流电压分量。用示波器观测器峰峰值，一般为毫伏级；也可用交流毫伏表测器有效值，但因纹波电压不是正弦波，所以又一定误差。将示波器接到输出端，并将示波器打到毫伏档，观察其纹波电压，通过观察示波器知纹波电压约为3mv,符合设计要求。

测试波形如下：

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3.3电源内阻的测量

只要测量输出电压在负载开路时(E)和接入负载时(U)的两个数值，就能算出内阻r.负载开路时测得的是电源电势E，接入负载R时，测得端电压为U。则：U=(E-Ir)=E-r*U/R ; r=(E-U)R/U

将正端输出端空载，接通电源，测得其输出电压为9.88V,断开电源，然后再在输出端加100欧姆的电阻，通过万用表测得输出电压为9.07V,计算的电源内阻约为8.9欧姆；通过同样方法测得负端电源内阻约为7.2欧姆，均小于10欧姆符合设计要求。

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4结论

本设计电路运用模拟电路的基本知识，通过变压，整流，滤波，稳压等步骤，输出理论可变电压范围为7.07~12.7(V),而实际可调节电压范围为7.8~12(V)的直流稳压电源。通过设计电路发现：串联型线性稳压电路具有结构简单，输出电压稳定，调节方便，纹波值小，经济实惠等优点。

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5设计心得体会

本次课程设计，培养了我运用互联网查找资料和综合应用课本理论知识解决实际问题的能力。启发了我，在今后的学习过程中不能懒懒散散，学的要懂不懂，要把课本上的知识学精通，同时也要多学习课外知识来扩张自己的知识面；在计算和动手方面要更加的耐心加细心，才能把事情做得更好；在生活和学习中，要和身边的人团结互助，能帮的就要尽力帮。

过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！

相信以后我会以更加积极地态度对待我的学习、对待我的生活。我的激情永远不会结束，相反，我会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己的优点，去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。只有不断的测试自己，挑战自己，才能拥有更多的成功和快乐！To us, happiness equals success! 快乐至上，享受过程，而不是结果！认真对待每一个实验，珍惜每一分一秒，学到最多的知识和方法，锻炼自己的能力，这个是我在课程设计中学到的最重要的东西，也是以后都将受益匪浅的！

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致谢

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参 考 文 献

[1]康华光.电子技术基础 模拟部分[M].北京:高等教育出版社，2001.1:20-25 [2] 张宪. 电子电路制作指导[M].北京: 化学工业出版社，2005.8:203-240 [3]张友汉.电子技术基础教学参考书[M].北京: 高等教育出版社，2005.6:184-198 [4]杨刚.模拟电子技术基础实验[M].北京:电子工业出版社，2003.11:35-67

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参 考 文 献

[1]康华光.电子技术基础 模拟部分[M].北京:高等教育出版社，2001.1:20-25 [2] 张宪. 电子电路制作指导[M].北京: 化学工业出版社，2005.8:203-240 [3]张友汉.电子技术基础教学参考书[M].北京: 高等教育出版社，2005.6:184-198 [4]杨刚.模拟电子技术基础实验[M].北京:电子工业出版社，2003.11:35-67

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