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电子线路设计报告
可调直流稳压电源电路的设计
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摘要：
通过直流稳压电源将交流电变换成所需要的稳定的直流电压。
交流电源经变压器降压后，再经过整流滤波可获得低电压小功率的直流电源。
由于交流电有小幅度的变化，所以必须将整流滤波后的电压稳定后再提供给负载，使负载上直流电源电压受影响程度最小。
所以直流稳压电源包括变压、整流、滤波、稳压四部分。
关键字：
变压、整流、滤波、稳压
1.设计要求
（1）用集成芯片制作一个0～15V的直流电源。
（2）最大功率可达15W。
（3）测量直流稳压电源的纹波系数。
（4）具有过压、过流保护。
2．设计原理
（1）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。
稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成
图1直流稳压电源结构图和稳压过程
（2）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=η，式中η是变压器的效率。
（3）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）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UI。
常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。
（5）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。
3．方案设计与论证
方案一：
采用7805三端稳压器电源
固定式三端稳压电源（7805）是由输出脚V0，输入脚Ｖｉ和接地脚GND组成。
它的稳压值为正5V，它属于CW78XX系列的稳压器，输入端接电容可以进一步滤波。
输出端也要接电容可以改善负载的瞬时响应。
此电路的稳定性也较好。
只是采用的电容要漏电流较小的胆电容，如果采用电解电容，电容量要其他的数值增加十倍。
而且不能调节输出的直流电压，所以此方案不宜采用。
方案二：
采用LM317可调三端稳压电源
LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压，不过它只能输出连续可调的正电压，稳压器内含有过流和过热保护电路。
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，所以此方案可选,此电源就选用了LM317三端稳压电源，也就是方案二。
4．单元电路原理及其参数
4.1电源变压器
城市电网提供的一般为220V（或380V）/50HZ的正弦交流电，电源变压器的作用是将电网交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压。
然后再将其次级输出电压去整流、滤波和稳压，最后得到所需要的直流电压幅值。
（1）电源电压变压器参数介绍
a）电压比
初、次级电压和线圈圈数具有以下关系，即:
。
b）效率
在额定功率时，变压器的输出功率和输入功率的比值称为变压器的效率，即:
。
变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系，通常功率越大，损耗就越小，效率也就越高；反之，功率越小，效率也就越低。
c）额定电压
指在变压器的初级线圈上所允许施加的电压，正常工作时，变压器初级绕组上施加的电压不得大于规定值。
d）额定功率
额定功率是指变压器在规定的频率和电压下能长期工作，而不超过规定温升时次级输出的功率。
e）调整率
变压器的调整率=（空载电压-满载电压）/满载电压。
一般10W以下变压器的调整率在20%以上，要想在使用中降低变压器的调整率，只有选大一些的功率变压器，如3W的变压器的调整率为28%，使用功率为1.5W，调整率为12%。
（2）电源变压器的选择。
由设计要求可知输出最大电压为15V，又考虑到电阻等元件上的压降，故在选择电源变压器时，变压器次级电压应在15V左右为宜。
4.2整流电路
桥式整流电路的作用是利用单向导电性的整流元件二极管，将正负交替的正弦交流电压整流成为单向脉动电压。
但是，这种单向电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差得很远。
图2和图3即为整流电路部分的原理图和经整流后输出的波形。
图2整流电路原理图
图3整流电路波形图
整流桥的选择:
采用将四个二极管封装在一起接成全桥的形式，选用的型号平均电流为3A
4.3滤波电路
一般当整流输出电流大时，必须用电解电容滤波稳压；输出电流小时，用一般电容或电解电容滤波都可以，如果对直流输出电压有纹波系数要求或者为了防止高频噪音，用电解电容和小容量无极性电容并联使用效果较好。
小容量电容可滤掉脉动直流中的高次谐波，电解电容滤掉大幅值的低频成分，稳压范围宽、效果好。
稳压范围宽、效果好。
整流滤波电路对电容器的容量和耐压值要求不是太高，一般根据输出电流大小估算电容器的容量，输出电流大，容量就大；电流小，容量就小。
但是，容量太大会降低输出电压值，太小则会导致电压脉动大、不稳定。
滤波电路由电容、电感等储能元件组成。
它的作用是尽可能地将单向脉动电压中交流成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。
滤波电路即是将电容并联在整流电路上或者串联上电感。
其波形图如图5所示。
图4滤波电路原理图
图5滤波电路波形图
电容的选择：
在整个电路中，有多处必须用到电容以使得输出电压更平滑更稳定。
其中：
C1、C2：
滤波，抑制自激振荡C1=2200µF/50v、C2=（0.1～0.3）µF；
C3、C4、：
滤波，用以减小输出电压的波纹电压（即输出电压中的交变电压分量）。
C3=10uF、C4=2200uF/50v；
C5：
滤波作用，使Uo中的波动减小;C5=0.1uF；
4.4稳压电路
稳压电路的作用是采取某些措施，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。
随着集成技术的发展，稳压电路也迅速实现集成化。
目前已能大量生产各种型号的单片集成稳压电路。
集成稳压器具有体积小，可靠性高以及温度特性好等优点，而且使用灵活，价格低廉，被广泛应用于仪器，仪表及其它各种电子设备中，特别是三端集成稳压器。
图6lm317引脚图
（1）LM317可调电源板
a）电路原理说明：
LM317可调直流稳压电源板，加大散热器，换大的调节电位器，交流/直流均可输入，电压输入范围：
3-40V，带负载保护，最大输出2.2A，可接1.5A以下的负载，1.25V-37V连续可调，应用范围广。
电路中增加负载保护电路，对负载起到保护作用。
用LM317T制作可调稳压电源，常因电位器接触不良使输出电压升高而烧毁负载。
如果增加一只三极管，在正常情况下，三极管的基极电位为0，三极管截止，对电路无影响；而当电位器接触不良时，三极管的基极电位上升，当升至0.7v时，三极管导通，将LM317T的调整端电压降低，输出电压也降低，从而对负载起到保护作用。
b）LM117/LM317简介：
LM117/LM317是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路，我国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。
LM117/LM317的输出电压范围是l.25V至37V。
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。
LM117/LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。
（2）技术参数：
供电电压：
交流或直流3V-40V
输出电压：
直流1.25V-37V
可调整输出电压低到1.2V。
输出电流：
最大2.2A，推荐负载电流5mA-1.5A。
典型线性调整率0.01%。
典型负载调整率0.1%。
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。
标准三端晶体管封装。
（3）7809是三端固定负稳压器
接线方法：
7809是三端固定负稳压器，从正面看，左边接输入（﹢12V以上，一般不超过30V），中间为公共线，右边输出9V，最大可以接1.5A的负载。
7809的输出端接一个9V的数码管显示整个电路的输出电压
５．总原理图及元件清单
（1）LM317T可调稳压电源原理图
图7Protues仿真原理图
（2）元器件清单
元件标号
名称
型号与规格
数量
整流桥堆
3A
1
C1，C4
有极性电容
2200u/50v
2
C2，C5
无极性电容
0.1uf
2
C3
无极性电容
10uf
1
R1
电阻
100
1
R2
电阻
22
1
R3
电阻
7k
1
Rp
滑动变阻器
10k
1
D2
LED灯
1
LM317T
三端稳压器
LM317T
1
D1
二极管
IN4007
1
数显直流电压表
DC0-100V
1
变压器
220V/15V
1
６.焊接和调试
准备焊接时，先焊接比较小的元件，安装时要注意，二极管和电解电容的极性不能接反，芯片的引脚不能弄错。
焊接完成后，将变压器和板子连接，接通电源，LED灯亮并且数显表有示数表示电路已接通，通过调节电位器可以达到改变输出电压的大小，若输出电压满足设计要求，表明电路已正常工作，可接入负载，进行各项指标的测量了。
７.性能的测试和分析
（１）输出电压和最大输出电流的测试
电路如图2所示。
一般情况下，稳压器正常工作时，其输出电流Io要小于最大输出电流Iomax，取Io=1.2A，可算出RL=16Ω,工作时RL上消耗的功率为PL= UoIo=20*1.2=24W。
故RL取额定功率24W以上，阻值为20Ω的电位器。
测试时，先将RL=20Ω接入,交流输入电压为220V，用数字电压测量的电压指示Uo。
然后慢慢调小RL，直到Uo的值下降5%。
此时流经RL的电流就是Iomax，记下Iomax后，要马上调大RL的值，以减小稳压器的功耗。
2.波纹电压的测试
用示波器观察Uo的峰峰值，测量∆Uop-p的值（约几十mV）。
3.测试仪器
1）万用表、20Ω以上的电位器
2）示波器
８．参考文献
[1]电力电子技术基础模拟部分第六版主编：
康光华高等教育出版社
[2]电力电子技术第五版主编：
王兆安刘进军机械工业出版社
９．实物图片
１０．总结
几周的课程结束了，回想做这个实验的过程，心里还是有很多的感慨。
我们班实验课的时间排的比较靠后，正好是考试复习周，而且还有其它几门课的实验都排在了这几周时间，一天大部分的时间都是在实验室，别的有些实验真的只是走个形式，很简单，照葫芦画瓢的操作而已，为了应付学校的检查，但是还是要在实验室待满实验学时的，说实话，那段时间我很抗拒做实验，觉得特浪费时间，有这时间，不如我去看两本书。
在实验室搞复习的话，干与实验无关的事情又担心老师批评，而且又不能专心。
反正内心很不舒服，后来自己慢慢调整自己的心态，知道急也没用，自己就抽时间去复习。
（老师作为过来人，应该知道，考试不借助外力，想不挂科的话，必要的复习还是要做的，不然内心会很焦虑的）发完牢骚，
该说正事了。
下面才是关于这门实验课的一些想法，在这门实验课之前，我们的模电课也开了一门类似的课程，焊接一个收音机，不过焊收音机简单许多，有配好的元器件，画好的PCB电路板，这个考验的是焊接能力，（当然也有可能元器件有坏掉的，最后什么频道都调不出来，没声音），只要元器件的焊接芯片引脚，电容、二极管的极性不弄错，焊接的能力过得去，一般不会有什么大的问题。
电子线路设计这门实验课是在焊收音机的基础上，提高了一些要求，要利用自己所学的知识来设计实现要求的电路方案，简而言之，就是自己要画电路图，计算电路图的元器件参数，并且弄清楚为什么要这么设计。
对我而言，觉得难度比较大，只好根据要求，参考网上别人的电路图，自己在略作修改。
我觉得这门课最重要的目的是让学生在设计电路方案的时候加深对所学的知识的理解，同时通过做实物锻炼学生的动手能力，熟悉一些简单电子作品的制作过程。
达到这些目标，这门课开设的意义就达到了。
我做的电源题目，基本要求都达到了，但是在制作的过程，由于不会做PCB板，就只能请人代做板子了，然后自己焊接了。
由于以前焊接过，焊接板子没出什么大问题，但最后测试的实际结果预先的做电路分析的时候有些差别。
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