设计制作一串联型连续可调直流稳压负电源电路.docx
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设计制作一串联型连续可调直流稳压负电源电路
摘要
在21世纪的社会，随着科学技术的不断发展，电子设备给人们带来极大的便利的，但是所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。
不同的电子产品在工作时所需要的电源电压不同。
通常情况下要求能提供稳定，满足直流电能的电源就是直流稳压电源。
目前，各种直流电源的产品充斥着市场，电源技术已经比较成熟。
然而，基于成本的考虑，对于电源性能的要求不是很高的场合，可采用过流保护的集成稳压电路，同样能满足产品的需要。
基于上述实际意义，设计一串联串联型连续可调直流稳压负电源，其主要是完成在输出最大电流为500mA,稳压洗漱小雨0.05的同时要求电流具有扩展，电路具有过流保护功能的情况下，调节电位器，使输出电压在1.5-10V之间连续可调。
经过一系列的分析，准备，通过Multisim仿真软件及实际焊接和调试来。
除了在布局和焊接美观方面之外，设计的电路基本符合设计要求。
关键词：
直流稳压变压过流保护电压可调
目录
第一章设计要求················································1
第二章方案设计原理及比较······································2
2.1设计方案··········································2
2.2方案比较············································4
第三章单元电路分析与设计······································5
3.1电路设计原理········································5
3.2单元模块············································5
3.2.1电源变压器····································5
3.2.2整流电路····································5
3.2.3滤波电路····································6
3.2.4稳压电路····································7
第四章总原理图和仿真图········································9
第五章电路的安装及调试·······································11
5.1电路的安装············································11
5.2调试仪器和设备·········································11
5.3电路的调试············································11
5.4电路的调试结果分析········································11
第六章实验结论和实验感悟·····································13
参考文献························································14
附录····························································15
第一章设计要求
设计制作一串联型连续可调直流稳压负电源电路
1.输出直流电压在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<0.5；
4.具有过流保护功能；
第二章方案设计及比较
2.1设计方案
根据目前所学的知识，主要有以下两种设计方法
（1）晶体管串联式直流稳压电路
电路框图如图2.1
（1）所示的串联型稳压电路，稳压部分有取样电路，基准电路，比较放大和调整电路等部分组成。
其中R4，R6和RP组成取样电路，R4，R6和RP为取样电阻；R1和D2组成基准电压电路，放大器是比较放大电路，R2和Q3的作用是限流保护电路，Q1，Q2两个晶体管合起来组成调整管，起调整作用。
稳压过程如下：
当输出Uo发生变化时，通过取样电路把Uo的变化量取样加到放大管V2的基极。
而由R1和Vz组成的基准电路为V2的发射极提供基准电压Uz。
由R2，晶体管和放大器组成的放大电路把取样电压和基准电压进行比较放大后，输出调整信号送到调整管的基极，控制调整管进行调整，以维持Uo基本不变。
图2.1
（1）晶体管串联型稳压电路
（2）采用三端集成稳压器
分析设计任务，整流，滤波和稳压是该系统的主要部分。
其主要设计思路为：
[1]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电，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，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。
[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，供给负载RL。
图2.1
（2）三端集成稳压电路
2.2方案比较
方案一：
结构简单，用的元器件大多是常用的，容易实现，技术成熟，能够达到技术参数的要求，用的元器件大多是常用的，造价成本不会高，但电路复杂，元器件太多，不利于实际操作，且精确度不太高。
方案二：
稳压部分需采用一块三端稳压器，其他分立元器件，元器件先进，技术成熟，完全能达到题目要求，虽成本比方案一高点，但精确度较方案一高，且电路没那么复杂，简单明了。
所以，综合考虑，选择方案二较好。
第三章单元电路分析与设计
3.1电路设计原理
直流稳压电源的总体参考方案框图如图2-1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。
图3.1
（1）直流稳压电源系统设计框图
3.2单元模块
3.2.1电源
采用电源为15V，频率为50HZ的交流电压电源。
3.2.2整流电路
整流电路将交流电压U变成脉动的直流电压。
再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。
常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波。
整流滤波电路一般由具有单向导电性的二极管构成，经常采用单向半波、单向全波和单向桥式整流电路。
在该实验中采用集成的W08桥堆来完成，电路中采用了4个二极管，组成单向桥式整流电路。
整流过程中，4个二极管轮流导通，无论正半周期还是负半周，流过负载的电流方向是一致的，形成全波整流，将变压器输出的交流电压变成了脉动的直流电压。
其外部结构如图（a）（b）所示.
其内部结构如图（c）所示：
图3.2.2
（1）桥堆内部结构示意图
3.2.3滤波电路
整流滤波电路的输出电压是单一方向的，但是含有较大的交流成分，不能适应大多数电子电路及设备的需要。
因此，一般在整流后，还需要用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压，需要滤波电路，用大电容电解电容并联来实现。
滤波电路的作用是平滑整流输出的单向脉动电压，最简单的滤波电路是电容器，桥式整流电路输出的波形经电容滤波电路处理后的输出电压波形如图10-1-2所示。
在整流后加上电容，如图2-3-3
（1）所示：
经电容滤波电路处理后的输出电压波形如图2-3-3
（2）所示：
直流稳压电源的全过程如图2-3-3（3）所示：
3.2.3
（1）在整流后加上电容
3.2.3
（2）经电容滤波电路处理后的输出电压波形
3.2.3（3）为直流稳压电源的全过程
3.2.4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。
因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。
因为本设计要求输出稳压负电源，并且在一定范围内可调，根据设计的要求，LM337符合这一设计，对于LM337来说，输出电压U随输出端与调整端之间的总电阻R1与调整端与地的总电阻R2的改变而改变，设输出端的电势为U（相对地），在一定范围内，调整端的电势U0满足
由于U0几乎不变，U0大约为1.1（不同的规格其值略有不同）。
根据设计的要求：
选取R1为五十欧，R2一个分压电阻R2为一欧，一个可调电位器R3为2k来达到设计要求。
还有其他一些设计细节在实物电路图中有添入（比如滤波、限流保护）。
图3.2.4
（1）LM337外形
图3.2.4
（2）LM337接线图
第四章总原理图和仿真图
根据上述设计思路和参数设计得到总电路原理图：
图4
（1）总电路原理图
图4
（2）最小输出电压
图4（3）最大输出电压
第五章电路的安装与调试
5.1电路的安装
1.先装矮后装高、先装昂小后装大、先装耐焊等等；
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.焊接时不能出现虚焊、假焊、漏焊，更不能出现过焊，因为有些器件，不能耐高温，比如焊接稳压器时，电烙铁绝对不能停留太久。
5.2调试仪器及设备
变压器万用表小镊子
5.3电路的调试
因为实验室只有220V的交流电压，没有直接提供15V交流电压的仪器，所以采用变压器，不过学校只能提供输出12V电压的变压器。
接通电源，调节电位器看输出的电压是否变化，变化则说明电路连接正确，否则对照电路图，一部分一部分检查焊接板，看哪部分搭错，重新搭过在接通电源，调节电位器看输出电压是否变化。
5.4电路的调试结果及分析
电路输出电压最小-2.4V，最大-8.89V.
最大输出电流为160mA.
有上述结果知，测量值与要求还存在较大误差。
主要是因为实验室无法提供15V电压，通过变压器最大只能提供12V电压，所以测得的输出电压比要求的小。
但通过综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有:
①测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差;
②电流表内阻串入回路造成的误差;
③万用表本身的准确度而造成的系统误差;
可以通过以下的方法去改进此电路:
1减小接触点的微小电阻;
2根据电流表的内阻对测量结果可以进行修正;
③采用更高精确度的仪器去检测;
第六章实验结论和实验感悟
通过本次设计,让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标。
也让我们认识到在此次设计电路中所存在的问题;而通过不断的努力去解决这些问题。
在解决设计问题的同时自己也在其中有所收获。
这次设计的这个直流稳压电源电路;采用了变压器、桥堆、电容、稳压器等元器件。
其中，电源变压器实现了将220V的市网电压变为低的交流电压；桥堆实现了将低交流电压转为直流电压的整流作用；电容实现了对含有纹波电压进行进一步的滤波；在LM337稳压器的公共端与地间接一精密电位器实现电压的连续可调。
这次实验中，电压调节范围为2.4V到8.89V可调，虽然没有严格的达到实验要求，但我们的总体设计思路是对的。
没有达到要求可能是焊接的不太好，使用的电阻电容等元器件存在误差。
总体来说实验还是成功的，并且在这次实验中学到了好多。
参考文献
（1）童白诗华成英主编.模拟电子技术基础（清华第四版）高等教育出版社.
（2）杨振江等.新颖实用电子设计与制作.西安电子科大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）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
（5）侯建军.电子技术基础实验与课程设计.高等教育2007.
（6）高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出2002.
（7）梁宗善.新型集成电路的应用.华中理工大学出版社，2001
（8）张友汉.电子线路设计应用手册.福建科学技术出版2000.
（9）毕满清.电子技术实验与课程设计.机械工业出版社.
附录一
实验原理图：
附录二
原件清单：
表1
序号
类型
型号
数量
1
二极管
IN4007
2
2
电阻
50Ω
1
3
1Ω
1
4
1kΩ
1
5
电位器
2kΩ
1
6
电
容
1μf
1
7
0.1μf
1
8
芯片
LM337
1
LM337内部图：
LM337参数：
主要性能:
输出电压从-1.2v—37v可调；
最大输出电流1.5A（-55OC—+150OC）；
电压调整率为（0.01%）/V；
负载调整率为0.3%；
热调整率为（0.002%）/W；
温度系数50*10-5/OC;
77dB波纹抑制；
输出短路保护；
限流与温度无关；
内部热过载保护；
100%老化；
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