串联型连续可调直流稳压正电源资料.docx

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串联型连续可调直流稳压正电源资料

课程设计说明书

课程设计名称：

模拟电子技术基础

课程设计题目：

设计制作一串联型连续可调直流稳压正电源

学院名称：

南昌航空大学信息工程学院

专业：

通信工程班级：

130422班

学号：

13042203姓名：

聂琴琴

评分：

教师：

张小林

2015年4月30日

模拟电路课程设计任务书

2014－2015学年第2学期　第7周－第9周

题目

设计制作一串联型连续可调直流稳压正电源电路。

内容及要求

①输出直流电压1.5∽10V可调；

②输出电流IOm=300mA；（有电流扩展功能）

③　稳压系数Sr≤0.05；

④具有过流保护功能。

进度安排

第7周：

查资料，完成原理图设计及仿真；

第8周：

完成系统的制作、调试；

第9周周三、四：

设计结果检查。

学生姓名：

03聂琴琴04朱琳

指导时间：

周一、周三、周四下午

指导地点：

综合楼506室

任务下达

2015年4月13日

任务完成

2015年4月30日

考核方式

1.评阅□2.答辩□3.实际操作□4.其它□

指导教师

张小林

系（部）主任

注：

1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。

2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。

摘要

1.本实验为了设计连续可调电源1.5-10V并掌握Multisim仿真软件的使用。

设计电路主要分为四大块：

通过变压器将220v的电网电压转化为需用的18V电压，再经过桥堆的整流、滤波从而得到平滑的直流电压，通过可调稳压管以及取样电路进行稳压从而得到稳定的直流电压。

关键字：

变压器、整流、滤波、稳压

目录

前言1

第一章设计任务及方案设计原理2

1.设计任务和要求2

2设计方案原理2

第二章单元电路及其原理4

2.1电源变压器4

2.2整流电路4

2.3滤波电路5

2.4稳压电路6

第三章单元件参数的选择及其计算7

电源变压器型号AIR_CORE_XFORMEP7

桥堆型号为W087

电容C11000uF7

4.电阻R1、R37

5.电阻R433Ω8

6.电容C210uF8

7电阻R250Ω8

8.三端稳压管LM3178

第四章总原理图与仿真9

第五章电路的安装及调试11

5.1电路的安装11

5.2电路的调试11

5.3电路的调试分析11

第六章实验总结12

参考文献13

附录A14

前言

现代化电子设备：

如各种测试设备、通信系统、计算机系统、电视机、影碟机、家用音响设备、办公电子设备等，都是将电网的交流电源经过整流、滤波和稳压等一系列变换获得必需的稳定直流电源，因此直流电源的性能将直接影响整机的可靠性及其性能指标,为此设计一串联串联型连续可调直流稳压电源。

第一章设计任务及方案设计原理

1.1设计任务和要求

①输出直流电压1.5∽10V可调；

②输出电流IOm=300mA；（有电流扩展功能）

③　稳压系数Sr≤0.05；

④具有过流保护功能。

1.2设计方案原理

直流稳压电源是电子设备能量的提供者，对直流电源要求是：

输出电压的幅值稳定，平滑，变换频率高，负载能力强，温度稳定性好。

电路设计原理

直流稳压电源的总体参考方案框图如下图所示。

它包括电源变压器，整流电路，滤波电路及稳压电路等四大块组成。

1、电源变压器：

实验室所有的电源都是220V电压，需要通过电源变压器把220V电压转化为需要的电源电压。

2、整流电路：

利用二极管的单向导电性，可以设计出把交流电变成单相直流电的电路

3、滤波电路：

由整流电路得到的电压波动大，通过电容的滤波作用，输出纹波较小的直流电，从而得到平滑的直流电压。

4、稳压电路：

滤波后的电压通过稳压便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。

图1.2为电路设计图

图1.2

第二章单元电路及其原理

2.1电源变压器

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。

在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹配阻抗，安全隔离等。

主要功能有：

电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。

本实验采用的变压器的型号是AIR_CORE_XFORMEP，

通常是一个降压变压器，将220V的电压转化为需要的电压值送给整流电路，本次所需电压为18v。

2.2整流电路

整流电路：

利用具有单向导电性能的整流元件，把方向和大小都变化的50Hz交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电。

利用半导体二极管的单向导电性可以组成各种整流电路。

其中单相半波整流结构简单，所用元件少，但输出电压平均值低且波形脉动大，变压器有半个周期为零，利用率低，且因含有直流成分而使铁心易于饱和。

为了提高变压器的利用率，减小输出电压的脉动，在小功率电源中，应用单相桥式整流电路。

如图所示，图中的整流管D1~D4接成桥路。

若电源变压器副边电压为正半周，则D1、D3导通；若为负半周，则D2、D4导通。

这样在整个周期，四只整流二极管两两交替导通，R上得到脉动的直流电压。

2.3滤波电路

图2.1给出了电容滤波电路在带电阻负载后的工作情况。

接通交流电源后，二极管导通，整流电源同时向电容充电和向负载提供电流,输出电压的波形是正弦形。

在时刻，即达到u290°峰值时，u2开始以正弦规律下降，此时二极管是否关断，取决于二极管承受的是正向电压还是反向电压。

先设达到90°后，二极管关断，那么只有滤波电容以指数规律向负载放电，从而维持一定的负载电流。

但是90°后指数规律下降的速率快，而正弦波下降的速率小，所以超过90°以后有一段时间二极管仍然承受正向电压，二极管导通。

随着u2的下降，正弦波的下降速率越来越快，uC的下降速率越来越慢。

所以在超过90°后的某一点，例如图2.1（b）中的t2时刻，二极管开始承受反向电压，二极管关断。

此后只有电容器C向负载以指数规律放电的形式提供电流，直至下一个半周的正弦波来到，u2再次超过uC，如图5（b）中的t3时刻，二极管重又导电。

以上过程电容器的放电时间常数为

电容滤波一般负载电流较小，可以满足td较大的条件，所以输出电压波形的放电段比较平缓，纹波较小，输出脉动系数S小，输出平均电压UO（AV）大，具有较好的滤波特性。

（a）（b）

     图2.1带载时桥式整流滤波电路

2.4稳压电路

经过滤波后输出的直流电压仍然存在较大波纹，而且交流电网电压容许有起伏，随着电网电压的起伏输出电压也会随之变动。

此外，经过滤波后输出的直流电压也与负载的大小有关，当负载加重的时候，由于输出的电流能力有限，使得输出的直流电压下降。

因此，当需要稳定的直流电压的时候，在整流、滤波电路后通常需要配有稳压电路。

稳压是该设计方案的主要，也是关键部分。

根据设计所要求的性能指标，选择集成三端稳压器。

三端集成稳压器：

常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。

本实验采用的型号是LM317。

LM317内部原理图

引脚图

第三章单元件参数的选择及其计算

3.1电源变压器型号AIR_CORE_XFORMEP

根据本实验的要求，变压器的副边电压应大概在18V左右所以可选择线圈匝数比为220:

12的线圈。

3.2桥堆型号为W08

仿真用的型号为：

1B4B42的桥堆，为了焊接的方便防止二极管放错方向，实验中选型号为W08的桥堆。

3.3电容C11000uF

电容C1的选择，因为C1为滤波电容，根据低频所学知识，滤波电容越大，放电过程越慢，输出电压越平滑，平均值越高。

但在实际上，电容的容量越大，不但体积越大，而却会使整流二极管流过的冲击电流更大。

通常滤波电容满足RC=（3-5）T/2，其中R为负载的电阻，经过计算及仿真可选择电容C1为1000uF。

3.4电阻R1、R3

实验中采选用LM317可调式三端稳压器。

可调式稳压器是通过外接电阻来调节输出电压的，根据稳压器输出端电压Uo=1.25（1+R1/R3）V可得到R1/R3=（Uo/1.25-1），又由设计输出要求电压范围为1.5~10V，得到R1/R3的值得范围为0.2~7，仿真根据实验室提供的电阻阻值可取R3为240Ω，这样求得电位器的阻值为1680Ω，但实验室只有2K的电位器，因此实验时选用2K的电位器。

3.5电阻R433Ω

实验要求输出电流IOm=300mA，输出电压为10V时，根据R1=UO/IOm得到输出端电阻R1约为33Ω。

3.6电容C210uF

电容C2是为了仿真电路产生自激振荡，选取小电容10uF。

3.7电阻R250Ω

当电位器R1值为零时，可求得R2电阻阻值为48Ω，试验中可取R2为50Ω。

3.8三端稳压管LM317

第四章总原理图与仿真

4.1图为滑动变阻器阻值最小时电压为1.5V

图4.2

图4.3

图4.4滑动变阻器阻值最大时的输出电压10v

图4.5为电流300mA

第五章电路的安装及调试

5.1电路的安装

1.对照原理图

2.布线尽量使电源线靠近实验电路板的周边，以起一定的屏蔽作用；

3.用电烙铁进行焊接，电路比较简单0.5天就完成了

5.2电路的调试

在输入端接入变压器，并接上220V的电压，然后在输出端接上万用表，一边调电位器一边观察电表示数即可。

5.3电路的调试分析

在输出端的电压的范围为1.2-15V，主要的原因是电位器用的电阻不是1680Ω而是2K，根据公式Uo=1.25（1+R1/R3），可以发现电压的范围扩大了。

第六章实验总结

本次选择做设计制作一串联型连续可调直流稳压正电源电路，利用低频所学的变压、整流。

滤波、稳压的知识进行了一个设计。

通过LM317的特性，加上取样电路，在误差允许范围内，本设计结果符合实验要求。

由于设计的变压器和电位器与实际的存在差异，从而导致实际输出电压范围比要求要宽，但是还是能实现1.5~10V范围内可调。

在本次实验过程中丰富了知识，比如本实验用了一个二极管IN4007，通过查阅资料，其起了防止电容直接对三端可调稳压器充电。

设计存在的不足是在仿真时所采取的电阻的值在实际中很难找到对应的标准阻值，从而使电路输出电压存在差值。

仿真时应该与实际结合，更换一些常用的电阻值，并且达到实验目的。

设计问题：

1.根据低频课上所学的知识直接进行设计仿真，原件的参数没有注意去配对，实验达不到要求。

最后通过查阅大量的资料，和队友一起合作下设计出了本电路图。

2.在和队友设计方案时，三端可调稳压器用得不是LM317，后经过老师的教导使用了LM317芯片。

在这个实验中，不仅增加了动手能力、丰富了理论知识，并且提升了合作能力！

参考文献

1、谢自美.电子线路设计、实验、测试（第二版）.华中理工大学出版社，2000

2、张友汉.电子线路设计应用手册.福建科学技术出版社，2000.

3、陈兆仁.电子技术基础实验研究与设计.电子工业出版社，2000.

4、毕满清.电子技术实验与课程设计.机械工业出版社.

附录A

元件名称

型号及数量

桥堆

W081个

电容

1个1000uF1个10uF

电阻

1个33Ω1个50Ω1个240Ω

电位器

1个2kΩ

三端稳压器

LM3171个

二极管

1N40071个

三极管

2N39041个

变压器

输出18V1个