完整版LM317的直流稳压电源课程设计.docx

1、完整版LM317的直流稳压电源课程设计1.1课题任务设计一个连续可调直流稳压电源1.2功能要求说明1输出电压可调：Uo=+3S +9V2输出最大电流：lomax=800mA3输出电压变化量： U 0.8A(2)选用电源变压器根据变压器的次级输出功率 P2来选用变压器，LM317的输入电压Ui的范围为：Ucmax+ (Ui Uo)min Ui Uomin + (Ui Uo)max 2.1即：9V+ 3V Ui 3V+ 40V12V Ui lomax= 0.8A取I2 = 1A,变压器次级输出功率为：P2三12= 11W变压器的效率一般取n= 70 %,则变压器初级功率为：P1 三 P2/n =

2、15.7W为留有余地，设计方案中选取输出电压为12V,功率为20W的变压器。在multisim 中采用的是 TS-PQ4-20。（3）单相桥式整流电路 桥式整流电路的特点是输出电压高,纹波电压较小,管子所承受的最大反向电 压较低,同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载,电源变压器得到了 充分利用,效率较高。因此,设计方案采用单相桥式整流电路,实物制作中选用的 整流桥堆为：DCW08M在multisim 中采用的是IB4B42。（4）滤波电容设计要求中输出最大电流Iomax=800mA滤波电容电容量C根据负载电流选用， 其经验数据为，负载电流为0.51A时，电容选用1000uF。设计方案

3、中选用2只电 容2200uF/ 25V并联，分别为C1、C22.2直流稳压电源的仿真结果与调试2.2.1设计的直流稳压电源原理图设计方案采用的的是 multisim 10.0 版本进行的仿真操作，设计的原理图如图2.1示。图 2.1 连续可调 3 9V 直流稳压电源2.2.2输出电压的仿真调试电位器RP1滑到最小时，Uo=3.005V,仿真图如图2.2示图 2.2 直流稳压电源最小输出电压电位器滑到58%寸，即卩RP=1160 , Uo=9.142V,仿真图如图2.3示图2.3 直流稳压电源9V电压输出电路由于市场上没有1158的电位器出售，课题设计方案中采用 2K的电位器代替，最大输出电压可

4、达到13.523V，设计符合要求，输出电压连续可调。2.2.3稳压电源最大输出电流调试仿真测试电路如下图2.4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lomax,取lo=0.7A，可算出RL 12 ,工作时RL上消耗的功 率为r. H I -：.7 故在仿真调试时Rl取额定功率为10W阻值为20的电位器。测试时，先将Rl 20 ,交流输入电压为220V,用万用表测量的电压指示 UQ 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lomax，记下lomax 后, 马上调大Rl的值，以减小稳压器的功耗。Rl 20 时，Uo=9.115V, Io = 455

5、.735mA 仿真图如图 2.4 示。图2.4 直流稳压电源输出电流测试图Uo下降5%寸（8.68V）, lo=0.7A，仿真图如图2.5示图2.5 直流稳压电源最大输出电流测试图由仿真测试图可知，设计电路符合要求，其最大输出电流满足指标。2.2.4稳压系数的仿真测试稳压系数是输出电压和输入电压的相对变化之比，用来表征稳压性能。其公式为：输入电压为220V时，电路输出电压Uo=9.115V,电路中的电流Io=0.456A，仿真 测试图如图2.6示。图2.6 直流稳压电源稳压系数测试图 1输入电压为269V时，Uo=9.121V，电路中的电流lo=0.456A，仿真测试图如图2.7 示。图2.7

6、 直流稳压电源稳压系数测试图 2输入电压分别为220V和269V时负载上的电流基本不变，满足 1。=0。稳压系数综上所述，电路的输出电压，最大输出电流，稳压系数均符合设计要求。该设 计电路图可行，能满足设计方案性能指标。3 可调直流稳压电源硬件系统的设计3.1直流稳压电源硬件系统各模块功能简要介绍3.1.1变压电路（1）变压器设计方案中采用输出电压12V,功率20W的变压器。其作用是把220V的交流电 经过变压器降压后获得12V的输出电压，实现后续电路正常的工作。（2）保险丝设计中选用的是允许通过的最大电流为 1A的保险丝，其作用是保护电路中的元 器件，以防电路中出现电流过大而烧坏器件。3.1

7、.2整流滤波电路设计采用的是单相桥式整流电路，选用的整流桥堆为： DCW08M其内部是由四只整流二极管接成电桥形式。其作用是把降压后的交流电变换成直流电。滤波电路由两只2200UF/ 25V的电容并联组成。其作用是滤去整流输出电压中 的纹波。在电源供给的电压升高时，把部分能量存储起来，在电源电压降低时，把 电场能量释放出来，得到较为平滑的负载电压，有平波的作用。3.1.3稳压电路（ 1 ）集成三端稳压器 LM317设计采用的稳压芯片为LM317T实现稳压。LM317为三端输出元件。有输入端UI，输出端UO以及调整端ADJ,其作用是在输入电压UI输入适当的电压，从输出 端UO得到设计所需的稳定电

8、压。设计电路中，调整端处的电阻 R2( 330 )、电位器RP( 2K、与输出端电阻 R1 (240 、实现电路中输出电压的连续调节；输入端处 的无极性电容C(0.1UF)其作用是防止电路自激振荡减小电压波动、输出端有极性 电容CO( 1UF)用于改善负载效应起稳压作用，调整端的有极性电容 C3(10)，其作用是有效去除电路中的纹波。(2)保护二极管IN4007芯片处的两只二极管IN4007起保护作用，为稳压器接反时与逆偏置保护用二极 管。(3)散热装置设计中采用了散热片，用于保护芯片且为得到额定输出电流。3.2直流稳压电源电路原理图和 PCB图设计电路的电路原理图如下图 3.1示。电路图来源

9、protel 99 SE 。图3.1 直流稳压电源电路原理图设计电路的电路PCB图如下图3.2示。电路图来源protel 99 SE图3.2 直流稳压电源电路 PCB图3.3直流稳压电源电路兀器件清单表3.1兀器件清单兀件标号名称型号与规格数量备注T变压器12V1个FUSE保险丝1A1根D整流桥堆DC W08M1个C1、C2极性电容2200UF2只C无极性电容0.1UF1只CO极性电容1UF1只C3极性电容10UF1只R1电阻2401只R2电阻3301只RP电位器2K1只D1、D2二极管IN40072只LM317T三端稳压器LM317T1个4 直流稳压电源的设计结论及误差分析、教学建议4.1直

10、流稳压电源的设计结论及使用说明4.1.1直流稳压电源的设计结论直流稳压电源电路的设计电路都是经过四个步骤：变压、整流、滤波、稳压。在这四个步骤当中，由输出电压的要求来决定稳压电路的选择，如选用稳压管稳压 还是用集成芯片稳压。稳压器可分为三端固定式集成稳压器如 78XX 79XX系列；三端可调式集成稳压芯片LM317337系列。其中78XXLM317系列为正电压输出，79XX LM337系列为负电压输出。决定了稳压部分电路后，由设计要求的输出电压来考虑变 压器的选择，由最大输出电流来考虑整流二极管、滤波电容的选择。整流部分一般 选用整流桥堆，单相桥式整流，可使得变压器的利用率较高。4.1.2直流

11、稳压电源的使用说明引入220V交流电后，经过变压、整流、滤波、稳压后得到的直流电可直接供给负载使用。调节稳压部分的电位器，电位器滑到最小时，输出电压为 3V,电位器滑到最大时，输出电压为13V左右。可以根据需要调节电位器得到在 3-9V内所需要电 压。4.2直流稳压电源的硬件调试按 PCB 图所示，制作好电路板。安装时，先安装比较小的元件。首先安装整流 电路，再安装稳压电路，最后再装上电路（电容） 、保险丝等。检查无误后，再将电 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，

12、 就会损坏集成稳压器。然后接通电源，调节 RP使之为不同的阻值，同时用万用表测 量负载RL两端的电压并进行记录。将测试所得结果和理论值相比较，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，然后再进行各项指标的测试。4.3直流稳压电源的误差分析电路中测量值出现误差其原因可以分为以下几个部分：（1） 电路安装的元器件本身阻值存在的误差；（2） 元件在通电后消耗能量产生的误差；（3） 测量过程中存在的读数和测量仪器本身存在的误差。结束语此次课程设计，让我知道了如何去设计并制作一般的直流稳压电源电路，懂得 了不同系列的稳压器有不一样的性能。LM系列的稳压芯片能在比较大的范围内调节电压，

13、 它的稳压电路也相对78系列 的稳压电路要复杂一些，与LM系列的稳压芯片连接的电阻和电位器的参数选定，有 固定的计算公式。为了能使电路设计的误差更少，在设计出电路图后进行仿真。仿 真也还是有一定的误差。这次的课程设计从题目的选定到最后硬件的完成、性能测 试都让我受益匪浅，不但懂得了一些电路元件的性能、作用，同时知道了应该如何 去设计，从电路的哪个部分开始设计，怎样去达到符合性能指标的电路，为以后的 毕业设计奠定了基础。课程设计所用的两种软件 multisim 10.0 和 protel 99SE 都是第一次使用，为 课程设计本身增加了一定的难度，在查阅资料和通过同学的帮助下得以能够初步运 用这

14、两种软件了。 知道了如何在 multisim 中测量电路的波形和输出电压等， 知道了 如何去把电路原理图导入网络表生成 PCB虽然对软件操作有了初步了解，但是我们 要学习的还有很多！通过图书馆借阅资料和网上查询，完成了直流稳压电源电路的 设计。而制作实物和对实物进行焊接和测量则再一次检验了自己对电路本身和电路 元器件的了解。本次的课程设计让我明白了不仅仅要学好专业知识，还要懂得如何 运用计算机软件来操作！本次的设计让我受益匪浅，让我更进一步的了解自己的不足之处，更进一步的巩固的所学过的知识。只有把理论知识运用在实践中，才会真正发挥作用，也只有 通过实践才能把知识运用的现实中。准备越充分，实验越

15、顺利，在实验中总是会出 现各种状况而导致实验失败，在检查设计电路的过程中，分析测量电路产生错误的 原因，一步步检查电路的各个器件的连接和电压是否正常，测量值是比理论值大了 还是小了，大了应该如何改变电路，小了又应该如何去改变等等。在检查错误并改 正电路的过程中对电路的理解和掌握更近一步！通过这次对直流稳压电源实物的两次制作，使自己对其更深层次的了解了，在 实验过程中学习到了许多课堂上无法学到的知识，收获颇多。也只有通过动手从零 开始制作才明白自己对很多电路知识的缺乏很严重！完成制作直流稳压电源加深了 我对知识的了解，并有所巩固，在此基础上得到了升华。本次课程设计收获多多参考文献1 康华光 , 陈大钦，张林电子技术基础 模拟部分（第五版） 北京：高等教育出 版社， 2006.1 （2011.11 重印）2 何希才，姜余祥 . 新型稳压电源及其应用 .北京: 国防工业出版社， 2002.13郭勇，董志刚 .protel 99 SE 印制电路板设计教程 . 北京：机械工业出版社， 2004.6致谢本次模拟电子技术课程设计制作直流稳压电源获益匪浅，感谢各位老师对我们 课本理论知识的教学和实验课程的指导。感谢学校对我们各方面的大力支持，同时 为我们提供实验室来进行电路的测量操作和支持鼓励学生加强动手制作设计电路的 能力！附录A实物制作照片