直流稳压电源设计报告模板.docx

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直流稳压电源设计报告模板

《直流稳压电源》设计报告

学院

通信与电子学院

课程名称

电子技术设计实训1

设计题目

直流稳压电源的设计与制作

专业

班级

姓名

学号

指导教师

时间

目录

1．实训目的┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈3

2．设计要求┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈3

3．方案选择与论证┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈3

3.1课题分析

3.2稳压电路方案选择

3.2.1分立元件串联型稳压电路

3.2.2集成稳压块稳压电路

4．单元电路的设计

4.1桥式整流电路

4.2滤波电路

4.3稳压电路

5．PCB板设计

5.1设计要点

5.2PCB板的制作

6．安装与调试

6.1仪器、材料的准备

6.2单元电路安装与检测

6.2.1变压器的检测安装

6.2.2整流电路的安装与检测

6.2.3滤波电路的安装与检测

6.2.4稳压电路的安装与检测

6.3主要技术指标的测试

6.4器件清单

7．收获、体会和心得

8．参考文献

直流稳压电源设计报告

1．实训目的

（1）研究单相桥式整流、电容滤波电路的原理、特性和设计方法；

（2）掌握串联稳压电路的原理、特性和设计方法

（3）掌握电子元器件选择、参数计算方法；

（4）掌握PCB板的制作和元器件的安装技术；

（5）熟悉常用电子仪器、设备的使用和主要技术指标的测试方法；

（6）树立科学发展观，养成实事求是的科学态度，具有观察、理解、判断、推理辩证思维能力。

（7）培养良好的职业道德、组织与协调和善于与他人合作共事的能力。

（8）锻炼勇于创新和抗挫折的能力。

（9）树立节约能源、节省材料与爱护工具设备、保护环境等职业意识。

2．设计要求

设计并制作一个带过流保护的串联式稳压电源。

主要技术指标为：

（1）输入交流电压U=220V，f=50Hz.；

（2）输出直流电压Uo=9~12V；

（3）额定输出电流IOM=300mA；

（4）稳压系数Sr≤0.1；

（5）电源内阻rO≤0.5Ω；

（6）纹波电压≤30mV；

（7）具有工作指示。

3．方案选择与论证

3.1课题分析

根据设计指标要求，该稳压电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路和指示电路等组成。

原理方框如下图3-1所示。

图3-1直流稳压电源的结构方框图

①变压器：

变压器的功能是将220V的交流电变换成整流电路所需要的低压交流电。

②整流电路：

整流电路是利用二极管的单向导电特性，将变压器的次级电压变换成单向脉动直流。

③滤波电路：

滤波电路的作用是平波，将脉动直流变换成比较平滑的直流。

④稳压电路：

滤波电路的输出电压还是有一定的波动，对要求较高的电子设备，还要稳压电路，通过稳压电路的输出电压几乎就是恒定电压。

3.2稳压电路方案选择

串联型稳压电源有两种方案可供选择：

分立元件串联调整稳压电路和集成稳压块稳压电路。

3.2.1分立元件串联型稳压电路

典型的串联型稳压电路见下图3-2所示。

是由调整环节，比较放大环节，基准环节和取样环节所组成的电压负反馈闭环系统。

图3-2分立元件稳压电路

取样环节：

由R1、R2和RP组成的分压电路。

它将输出电压U0的变化取回一部分UF（称取样电压）送刀比较放大器的基极。

基准环节：

由限流电阻R3和稳压管DZ组成，为比较放大器T2的发射极提供一个稳定的基准电压UZ。

比较放大环节：

由T2、R4组成，R4为T2的集电极负载电阻。

比较放大器对取样电压UF和基准电压UZ的差值进行放大，去控制T1的基极。

调整环节：

由基极偏置电阻R4及调整管组成。

实际它是一个射极输出器调整管T1起电压调节作用，其C，E极间的管压降UCE1受比较放大器误差电压的控制，由于起电压调节作用的调整管T1与负载是串联的，故称为串联型稳压电路。

3.2.2集成稳压块稳压电路

集成稳压器多采用串联型稳压电路，组成框图如图3-3所示。

除基本稳压电路外，常接有各种保护电路，当集成稳压器过载时，使其免于损坏。

图3-3三端集成稳压器电路框图

由于集成稳压电路性能优越，安装调试方便，应用广泛，满足本设计指标要求，故本设计采用可调集成稳压电路LM317。

4．单元电路的设计

4.1桥式整流电路

（1）整流电路的结构原理

整流电路的功能是把交流电变换成直流电，它的基本原理是利用了晶体二极管的单向导电特性。

桥式整流电路及信号的输入、输出波形如下图4-1所示。

输出直流电压为：

图4-1桥式整流电路及输出波形

（2）主要元件选取与参娄计算

桥式整流电路主要参数计算公式：

①变压器选取

根据设计指标，稳压电源的最高输出电压为12V，则滤波电路最小输出电压为15V。

而Uo=1.2U2

则U2的最小值为12.5V。

又额定输出电流为300mA，则变压器的输出功率为3.75W。

考虑到电源电压的允许变化范围为±10%，为了在最低电压时U2=12.5V，并留有一定的电压和功率余量，变压器可取220V/15V/5W。

②整流二极的选取

在滤波电路中，二极管中的最大整流平均电流IF通常选择大于负载电流的2～3倍。

IF=3×300mA=900mA，二极管的最高反压UBR=1.414×15V=21.21V。

考虑到留有一定的余量，可选电流为1.5A，耐压为50V的整流二极管，如IN4007等。

4.2滤波电路

（1）滤波电路的形式

虽然整流电路的输出电压包含一定的直流成分，但脉动较大，须经过滤波才能得到较平滑的直流电压。

常用滤波器有C型、型、型。

本任务只研究C型与（RC）型滤波器。

图4-2为桥式整流C型滤波电路及其输出电压的波形。

图4-2桥式整流C型滤波电路及其输出电压的波形

滤波电路的输出电压与滤波电容有关，一般取：

UO=（0.9~1.4）Ui

（2）滤波电容的选取

为了获得较好的滤波效果，应使滤波电容满足RLC=（3～5）T/2的条件。

此时UO≈1.2U2。

由于滤波电路的最小输出电压为15V，负载额定电流为300mA，所以RL=15/0.3A=50Ω。

取C1=4×T/2RL=（4×0.02s）/（2×50Ω）=800uF，取标称值C=1000uF。

4.3稳压电路

（1）电路形式

通过滤波电路输出的直流电压比较平滑，但还是会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。

在对直流供点要求比较高的场合，还需要使用稳压电路，保证输出直流电压更加稳定。

本设计采用输出电压可调的317系列。

由LM317构成的直流稳压电源原理如下图4-3所示。

图4-3LM317直流稳压电路

其输出电压为：

，其中：

VREF=1.2V

（2）元件选择

按照LM317的参数和典型应用电路，C2取0.1uF、C3取10uF、C4取220uF。

R不超过220Ω，这里取200Ω，RW取5.1KΩ可以满足输出电压调节范围。

R2取510Ω可保证LED电流在20-30mA之间。

5．PCB板设计

5.1设计要点

（1）板板选用：

电路板一般用敷铜层压板制成，板层选用时要从电气性能、可靠性、加工工艺要求和经济指标等方面考虑。

电路板的厚度应该根据电路板的功能、所装元件的重量、电路板插座的规格、电路板的外形尺寸和承受的机械负荷等来决定。

业余条件下可以万能板，比较方便。

（2）电路板的尺寸：

从成本、铜膜线长度、抗噪声能力考虑，电路板尺寸越小越好，但是板尺寸太小，则散热不良，且相邻的导线容易引起干扰。

电路板的制作费用是和电路板的面积相关的，面积越大，造价越高。

电路板的最佳形状是矩形，长宽比为3:

2或4:

3，当电路板的尺寸大于200mm×150mm时，应该考虑电路板的机械强度。

总之，应该综合考虑利弊来确定电路板的尺寸。

5.2PCB板的制作

根据稳压电源的原理图制作出PCB板（或用万能板绘制）如下图5-1所示。

图5-1稳压电源的PCB板

6．安装与调试

6.1仪器、材料的准备

①准备以下仪器和工具：

可调工频电源、双踪示波器、交流毫伏表、直流电压表、直流毫安表、万用电表、电烙铁、吸锡器、PCB板、滑线变阻器200Ω/1A等。

②仪器检查：

检查和校正交注毫伏表、示波器、万用表、直流电压表的直流毫安表。

③元器件检测：

在将元器件插装到印制电路板上之前，应对所装配的元器件进行检测，保留合格品，更换不合格品。

检测方法参看《电子工艺实训教程》/殷志坚。

④将所有的元器件刮腿、上锡处理，电路板焊接孔处涂上松香水。

6.2单元电路安装与检测

6.2.1变压器的检测安装

（1）用万用表判断变压器原、副边有无短路和开路。

（2）用万表检测变压器输出电压是否正常。

将变压器220V端接入220V交流插座，用万用表交流档测变压器副边电压，观察是否与标称值（12V）一致。

（3）变压器的安装

变压器检测正常后就可以安装了。

安装前先在电路板的适当位置钻两个固定孔，孔的大小与安装的罗丝一致。

将变压器放到安装孔处，用罗丝罗帽固定就可以了。

6.2.2整流电路的安装与检测

（1）二极管的检测

借助资料读懂二极管的型号与极性；用万用表简易测出二极管的极性与质量好坏。

主要元件：

二极管1N4001四个。

（2）二极管的安装

a）.将二极管的管脚刮净上锡，按PCB板要求将管脚湾折合适长度。

b）.按正确的方向插入PCB板孔中，用焊锡焊好，用钭口钳剪去多余管脚。

（3）用万用表检测整流电路输出电压，并作记录，分析工作是否正常。

也可以用示波器观测整流电路输出波形，并分析。

6.2.3滤波电路的安装与检测

（1）滤波电容的检测

借助资料读懂电容的型号与极性；用万用表简易测出电容的极性与质量好坏。

主要元件：

C1/470uF、C2/0.1uF、C3/10uF、C2/220uF各一个。

（2）电容的安装

a）.将电容的管脚刮净上锡，按PCB板要求将管脚湾折合适长度。

b）.按正确的方向插入PCB板孔中，用焊锡焊好，用钭口钳剪去多余管脚。

（3）用万用表检测滤波电路的输出电压，并作记录，分析工作是否正常。

也可以用示波器观测滤波电路输出波形，并分析。

6.2.4稳压电路的安装与检测

（1）集成稳压块及附属元件的识别与检测

借助资料读懂集成稳压块的型号与各引脚功能，如下图6-1；用万用表检测R1、R2及RW的阻值是否符合要求；测出开关二极管、指示二极管的极性与质量好坏。

主要元件：

LM317一块、R1/200Ω、R2/5.1KΩ、RW/4.7KΩ各一个、开关二极管IN4148两个、发光二极LED1个。

图6-1LM317的封装与引脚

（2）稳压电路的安装

a）.将LM317的管脚刮净上锡，按正确的方向（千万不可接反）插入PCB板孔中，用焊锡焊好，用钭口钳剪去多余管脚，用罗丝将散热片固定好。

b）.将电位器RW的管脚刮净上锡，按正确的方向插入PCB板孔中，用焊锡焊好，用钭口钳剪去多余管脚。

c）.将电阻R1、开关二极管D5、D6的管脚刮净上锡，按PCB板要求将管脚湾折合适长度。

按正确的方向插入PCB板孔中，用焊锡焊好，用钭口钳剪去多余管脚。

（3）用万用表检测稳压电路的输出电压，调节电位器RW，记录输出电压的变化范围。

6.3主要技术指标的测试

（1）输出电压可调范围

按下图6-2（a）所示接线。

负载电阻输入端接220V交流电压，输出端接万用表或数字万用表，调节电路中RW的大小，使其值为最大和最小，测出对应的输出电压Uomin和Uomax。

则该稳压电源输出电压的可调范围为Uomin~Uomax。

（2）最大输出电流

指稳压电源正常工作的情况下能输出的最大电流，用IOmax表示。

一般情况下的工作电流IO

按下图6-2（a）接线。

稳压电源的输入端接220V的交流电压，将稳压电源的输出电压调到10V，然后在稳压电源的输出端接滑线变阻器RWL，如下图6-2（b）所示。

RWL的值应调到1kΩ以上。

用万用表或数字万用表测出对应的UO。

然后逐渐减小RWL的值，直到UO的值下降5%，此时流经负载RWL的电流就是IOmax。

记下IOmax后应迅速增大RWL的值，以减小稳压电源的功耗。

图6-2测试电压、电流接线图

（3）输出电阻RO

稳压电源的输出电阻RO用来表明负载电流IO变化时，引起输出电压UO变化的程度。

当输入电压不变时，由于负载电流变化IO，而引起输出电压变化UO，则：

显然，RO越小负载变化时对输出电压的影响就越小。

说明该稳压电源的性能越好。

按上图（b）接线。

在不接负载电阻RL时测得开路电压UO1，这时IO1＝0，接上负载电阻RL时，测得UO2和IO2，则

（4）纹波因数的测量

直流稳压电源中不可避免地含有一定的交流成份，用来描述稳压电源直流电压输出中交流成份的比重，常用纹波因数来表示。

即：

越小，输出脉动越小，表示整流电源的性能越好。

方法是：

用晶体管毫伏表（或示波器）测量电源输出端的交流电压分量的有效值，用万用表（或数字万用表）的直流档测量电源输出端的直流电压分量，按上式就可算出电源的纹波因数。

6.4器件清单

名称

变压器

电源线

保险线

二极管

电容

型号

220/12V

带插头

有盒0.5A

IN4001

IN4148

470uF、0.1uF、10uF、220uF

数目

1个

2米

1个

4个

2个

各1个

名称

变压器固定罗丝

PCB板或万能板

集成块

发光二极管

电位器

电阻

型号

LM317

红色

4.7KΩ

200Ω、5.1KΩ

数目

2个

2米

1块

1个

1个

各1个

7．收获、体会和心得

这次的电子技术是我们进入大学以来的第一次电子技术，一开始我们都无从下手，我们只好到图书馆去查资料，经过我们两个人反复折磨之后才把电路图给画出来，在查那么多资料的过程中也对自己所学的电路基础知识有了进一步的认识，以前学模电都没有那么深刻的体会。

通过电子设计才知道自己学的很多知识都是很不扎实的，这次电子设计可以说是拓展了自己电路方面的知识，所以说学习是永远没有止境的。

电路图设计好之后我们就到赛格电子城买元件，买器件可不是一件容易的事情，到了那边才发现电路图上部分元器件是买不到的，很多老板都说那些元件只是存在于书本上，很少有投入生产的。

于是我们图中的几个二极管不得不寻找同类的二极管来代替，看来还真是“尽信书则不如无书”。

经过翻查资料和上网XX搜索之后，我们终于找到了可以代替的元件，从此买器件的工作就够一个段落。

经过一翻艰辛的前期准备工作之后我们的电路板终于正式开工焊接了，焊接电路可是一个很细心的活，我们都很清楚的意识到如果焊接的不好将会给电路和调试造成很多障碍。

我们先在电路板上提前布好各元件的点，然后再逐个细心地焊上去。

经过两个下午的焊接终于把全部都焊好了。

焊接好之后就到了最最关键的调试阶段了。

和大部分同学一样，我们的电路板并没有一次就调试成功。

拿着自己辛苦焊的电路板怎么看都觉得好象没什么问题但又为什么调不出来呢，只能心里暗暗的想着或许所有的成功都需要经历一翻风雨吧，于是我们拿起了万用表首先检查有没有哪些地方是虚焊的，检查了几次都没有发现这类问题。

接着我们又检查着看是不是输入接口的正负极弄反了，于是把输入接口互换了下正负极，但还是没有一点点声息，经过一翻假设与没有真正结果的论证让我们的心都凉了一大半。

第二次调试时我们又再次认真地检查了电路，又把芯片再检查一遍看看有没有问题，最后又把所有的二极管和电容及可变电阻都查了一遍看有没有焊接时烧坏，结果都未能如我们所愿。

离开实验楼之后我们又上图书馆找了点资料看是不是我们的电路图出了问题，可还是找不出什么端倪来，后来又上网找了很久也没有结果。

这几周我们一直对着那块板在宿舍弄了好久，也找了好些同学帮忙检查，在同学的帮助下我们又细心的作了全方面的检查，最后工夫不负有心人，我们的电路板在同学们的帮助下终于调试成功了。

可能我们是高兴的太早了，调试好以后我们就开始了我们的设计报告了，经过一个星期以后，当我们打算把作品拿去交的时候，发现我们的电路又不行了，当时差点给气爆炸了，呵呵~~无奈啊，我们开玩笑的说“难道是给冻坏了吗？

”呵呵因为现在的天气很热，又经过几个轮回的苦苦挣扎后，终于调到了现在的效果来；虽然不是很好，但我们还是充满了成就感！

电子电子技术终于告一段落了，通过几周以来同学和老师的共同努力，我们终于完成了电子设计。

调试成功的那一刻，我们两个都大吸了一口气，然后感叹道：

终于做完了，终于胜利了。

我知道每一个调试成功者脸上的表情都是欣慰和欢喜的而我们也不例外。

我们这几周以来所受的苦和所受的一点点气又算得了什么呢，看着自己的劳动成果所有的苦与累都烟消云散了。

你们可知道，这是我们的第二个作品了，第一个已经失败了，从中我们也终于体验到了和印证了那么一句话：

失败是成功之母！

从电路图的设计到电路板的调试成功让我们更加深刻的认识了电路的设计和一些基本的元器件及其用法，这也为我们以后的毕业设计打下了一个基石，一块坚固的基石。

不仅如此，通过这次的电子技术设计实训之后，我们也更加热爱电子信息工程这个专业了。

现在发现这个专业其实也蛮有趣的，无论当你做什么作品，当成功那一刻到来时，当时的喜悦绝对不会逊色于在奥运会上所获得的金牌！

再次衷心的感谢老师和同学们的帮助~~谢谢你们！

8．参考文献

[1]《电工与电子实训教程》/华东科大出版社/殷志坚。

[2]《电子工艺实训教程》北京大学出版社/殷志坚。

[3]《电子技术设计实训操作手册》曾旺辉

[4]《电子设计技术》电子科技大学出版社97年5月陆坤奚大顺李之权

[5]模拟电路等