模电直流稳压电源课程设计.docx
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模电直流稳压电源课程设计
模拟电路课程设计报告
设计课题：
直流集成稳压电源设计
专业班级：
08通信工程2班
学生姓名：
学 号：
指导教师：
设计时间：
直流集成稳压电源设计
一、设计任务与要求
1.设计并制作一个直流集成稳压电源，主要技术指标要求是：
⑴输出电压范围：
+3V~+9V,Imax=80mA
（2）纹波电压：
△VOP-P≤5mA
（3）稳压系数：
SV≤0.003
2.设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实验电路图，并进行仿真研究，最后确定元件参数
3.对元件进行组装，调试，并进行误差分析
二、方案与论证
直流集成稳压电源设计思路：
⑴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，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，即将交流成分滤掉，保留其直流成分；（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。
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，如图1所示
+电源+整流+滤波+稳压+
u1u2u3uIU0
_变压器_电路_电路_电路_
1.1.稳压电源的组成框图
u1u2u3uIU0
0t0t0tt0t
（b）整流与稳压过程
图1稳压电源的组成框图及整流与稳压过程
对于整流电路
方案一：
单相半波整流电路：
单相半波整流简单，使用器件少，它只对交流电的一半波形整流，只要横轴上面的半波或者只要下面的半波。
但由于只利用了交流电的一半波形，所以整流效率不高，而且整流电压的脉动较大，无滤波电路时，整流电压的直流分量较小，Vo=0.45Vi，变压器的利用率低。
电路及波形图如图2所示：
图2
方案二：
单相全波整流电路：
使用的整流器件较半波整流时多一倍，整流电压脉动较小，比半波整流小一半。
无滤波电路时的输出电压Vo=0.9Vi，变压器的利用率比半波整流时高。
变压器二次绕组需中心抽头。
整流器件所承受的反向电压较高。
电路及波形图如图3所示：
图3
方案三：
单相桥式整流电路：
使用的整流器件较全波整流时多一倍，整流电压脉动与全波整流相同，每个器件所承受的反向电压为电源电压峰值，变压器利用率较全波整流电路高。
电路及波形图如图4所示：
图4
对于滤波电路：
方案一：
电感滤波电路
电感滤波电路适用于负载电流较大的场合。
它的缺点是制作复杂，体积大，笨重且存在电磁干扰。
电路图如图5所示：
图5
方案二：
电容滤波电路
电容滤波电路的输出电压在负载变化时波动较大，它的负载能力比较差，只是用于负载较轻且变化不大的场合。
电路图及波形图如图6：
图6
三、单元电路设计与参数计算
1.电源变压器：
电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。
2.整流电路：
整流电路常采用二极管的单相全波整流电路，电路如下图所示。
在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3,D4截止；在u2的负半周内，二极管
D3,D4导通，D1,D2截止。
正负半周内部都有电流流过的负载，且方向是一致的。
电路的输出波形如图所示
（b）波形图
图7
在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即.电路中的每只二极管承受的最大反向电压为
（U2是变压器副边电压有效值）。
在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。
选择电容滤波电路后，直流输出电压：
Uo1=（1.1～1.2）U2，直流输出电流：
（I2是变压器副边电流的有效值。
），稳压电路可选集成三端稳压器电路。
总体原理电路见图8
3.选择集成三端稳压器
因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。
而我之所以决定采用LM317三端稳压芯片作为设计直流稳压源，主要因为它的使用非常简单，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/LM117内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。
通常LM317/LM117不需要外接电容，除非输入滤波电容到LM117/LM317输入端的连线超过15厘米左右。
使用输出电容能改变瞬态响应。
调整管使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。
LM317其特性参数：
输出电压可调范围：
1.2V～37V
输出负载电流：
1.5A
输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo：
3～40V
能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。
4．选择电源变压器
电源变压器的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。
变压器副边与原边的功率比为P2/P1=η，式中η是变压器的效率。
一般小型变压器的效率如表1所示：
表1小型变压器的效率
副边功率
效率
0.6
0.7
0.8
0.85
因此，当算出了副边功率
后，就可以根据上表算出原边功率
。
由于LM317的输入电压与输出电压差的最小值
，输入电压与输出电压差的最大值
，故LM317的输入电压范围为：
即
，取
变压器副边电流：
I2＞IOmax=0.08A,取I2=0.1A
因此，变压器副边输出功率：
P2≥I2U2=1.2W
由于变压器的效率
，所以变压器原边输入功率
≥
=1.71W，为留有余地，选用功率为3w的变压器。
5.选用整流二极管和滤波电容
（1）二极管的选择：
，
。
1N4007的反向击穿电压为1000V，额定工作工作电流ID=1A≥0.08A，股整流二极管选用1N4007。
（2）滤波电容的选择：
根据
，
和公式
可求得：
所以，滤波电容：
一般滤波电路常用的滤波电容有2200uF和1100uF两种，电容的耐压要大于
U2=
×12=16.968V≈17V，故滤波电容C取容值为2200uF（1100uF仿真的结果是一样的），耐压为25V电解电容。
四、总原理图及元器件清单
1．总原理图、PCB图如下：
2.元件清单
元件序列
型号
元件参数值
数量
备注
J1
变压器
12V
1
实际输入电压大于12V
D1D2D3D4D5D6
二极IN4007
U≥1000V,1A
6
也可用IN4001
D7
发光二极管
1
J3
保险丝
1A
1
C1
电解电容
2200uF/25V
1
也可用
1100uF25V
C2
电解电容
10uF/25V
1
C3
电解电容
100uF/50V
1
R3
电阻
2.5K
1
R2
电阻
2K
1
R1
电阻
7.5K
1
RV4
电位器
10K
1
J2
三端稳压器LM317
可调范围1.2V~37V
1
五、安装与调试（ProteusV7.1SP2完美破解版调试）
按PCB图所示，制作好电路板。
安装时，先安装比较小的元件，所以先安装整流电路，再安装稳压电路，最后再装上滤波电路（电容）。
安装时要注意，二极管和电解电容的极性不要接反。
接通电源，用数字万用表检查整流后输出LM317输入端电压U1的极性，若U1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。
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。
在ProteusV7.1SP2中用LM317L表示LM317。
具体的仿真调试图如下：
①电位器RV4取最小值时，U0＝2.95V
②电位器RV4取最大值时，U0＝9.71V
电位器在0到10K之间，输出电压连续可调：
约为3V~9V
六、性能与分析
1.调试：
（1）静态调试：
当连好电路板的线路时，先不要急着通电，而因从以下两个方面进行检测：
A.对照原理图，用万用表一一检测线路的各个接口是否接通，是否有短路、断路或漏接的现象，如果有，因及时改好电路连线；B.对照原理图，检查各元件是否焊接正确。
（2）动态调试：
接通220V的电源，调节RV4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。
2.稳压系数的测量：
按图9接好电路，在
时，测出稳压电源的输出电压U0。
然后调节自耦变压器使输入电压
，测出稳压电源对应的输出电压Uo1；再调节自耦变压器使输入电压
，测出稳压电源的输出电压Uo2。
则稳压系数为：
SV=
=
×
=4×
电流表
自耦变压器电压表
由于在本次的动态调试中，无法取得自耦变压器，因此，只能把电压归算到降压器的输出：
①UI=190V,UI=10.2V
②UI=220V,UI=12.4V
③UI=245V,UI=13.8V
①UI=190V,UI=10.2V时，U02=9.70V
②UI=220V，UI=12.4V时，U0=9.71V
③UI=245V，UI=13.8V时，U01=9.71V
因此由公式：
SV=4*
=
=0.0041
3.波纹电压的测试
用示波器观察UO的峰峰值，（此时Y通道输入信号采用交流耦合AC），测量△U0p-p的值（约几mV）。
由示波器得出：
△U0p-p=1388mV
设计要求
测试结果
误差分析
U0=+3～+9V
2.95V～9.71V
0.78%
IOMAX=80mA
53.64mA
53.64mA＜80mA
△Vop-p≤5mV
1388mV
1388mV＞＞5mV
0.0041
36.7%
在实际的电路板中，用万用表测得的最大输出电压为10.27V,最小输出电压为3.47V。
在允许误差的范围内，基本符合所需的要求。
尽管△Vop-p测试所得的值远远大于5mV,但在实际电路要求中，VOP-P的值在输出电压的5%以下就符合要求了。
因此，在本次的设计中，允许的误差范围内已经基本符合要求。
七、结论与心得
经过了将近一个月的努力，本次的集成直流稳压电源的课程设计也终于完成了。
心里面有一丝的喜悦，毕竟忙碌了这么久终于可以有时间去好好复习准备考试了。
然而，在心里面更多的是担忧。
这次课程设计，虽然是可以勉强完成了，但是也发现了许多以前我们从没有发现的问题。
一直以来，无论是师长还是同学都跟我说一定要把理论知识与实际相结合。
本来以为是很简单的事情，然而做起来却让我感到很吃力。
首先是画电路原理图以及PC图，尽管在上个学期已学过了PROTEL，但当时都是按照课本来画原理图的，许多元件的封装以及参数都是现成的，所以我们不需要费什么力气就能把课本上那些复杂的电路原理图画出来。
然而，当我着手这个课程设计的时候，我才发现我对PROTEL的使用很不熟悉，并且很多元器件的封装都是通过自己对实物的测量或网上查找资料才把封装画出来的。
其次是选购元器件，虽然我们已经确定好元件的种类及参数，但当我们选购的时候才发现，原来商店并不是所有的元器件都有，有很多时候我们只能选择参数相差不大或是稍微调整电路，才能使我们的硬件符合要求。
再次，在打印PC图、打孔以及焊接元器件的时候，才真正的发现自己的动手能力是多么的缺乏，也明显感觉到自己与在基地学习的同学之间的差距。
也许，真的如学长所说的一样，当我们同时踏入贺州学院的时候，大家都是站在同一起跑线上，而四年过后，我们却是站在不同的跑道上，面对不一样的未来。
至于四年后的道路谁的比较平坦，就取决于这四年的光阴是怎么度过的了。
最后，虽然整个硬件部分都完成了，但是我还是不能把整个电路每一部分和每一个元件在电路中所起到的作用有一个很清楚的了解，以致在写课程设计报告中花了很多时间查找资料。
通过这次的课程设计，使我更清楚的了解了理论与实际相结合的重要性，在以后的学习和生活中，我会更注重培养自身的实践能力以及自学能力，并加强专业知识的系统性，努力扎实自己的专业基础，进而提高自身的实际操作以及应用能力。
尽管现在我和那些在基地学习的同学有很大的差距，但我一定会尽自己最大的努力缩小我和他们之间的差距。
我相信，事在人为，我一定也可以和他们并排前进的！
在本次的课程设计中，一定还存在很多的不足，恳请老师指出，我们一定会虚心改正并争取取得更大的进步！
八、参考文献
1.王淑娟蔡惟铮齐明模拟电子技术基础北京高等教育出版社，2009.5
2.夏路易石宗义电路原理图与电路板设计教程，北京希望电子出版社，2002.6
3.
4.
5.
6.LM317资料
致谢
感谢在本次设计中张伟亮老师的精心辅导和同学们的热情帮助
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