畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)課題題目：串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)摘 要簡(jiǎn)要介紹了1.56 v可調(diào)直流穩(wěn)壓電源電路的3種設(shè)計(jì)方案，分別為晶體管串聯(lián)式可調(diào)直流穩(wěn)壓電源電路、三端集成穩(wěn)壓器式可調(diào)直流穩(wěn)壓電源電路和用單片機(jī)制作的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源電路，并較詳細(xì)地闡述了一種應(yīng)用三端穩(wěn)壓集成電路cw317的電路設(shè)計(jì)方法。關(guān)鍵字：直流電源 穩(wěn)壓 過(guò)流保護(hù) cw317 收獲abstractthis paper describes the 1.5 6 v adjustable dc power supply circuit of the three kinds of designs, namely, the transistor seri

2、es adjustable dc power supply circuit, three-terminal adjustable voltage regulator integrated dc power supply circuit, and produced with the mcu adjustable dc power supply circuit, and a more detailed description of an application cw317 three-terminal regulator ic circuit design methods.keywords: dc

3、 power supply regulator over-current protection cw317 harvest引 言當(dāng)今社會(huì)人們極大的享受著電子設(shè)備帶來(lái)的便利，但是任何電子設(shè)備都有一個(gè)共同的電路-電源電路。大到超級(jí)計(jì)算機(jī)、小到袖珍計(jì)算器，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。當(dāng)然這些電源電路的樣式、復(fù)雜程度千差萬(wàn)別。超級(jí)計(jì)算機(jī)的電源電路本身就是一套復(fù)雜的電源系統(tǒng)。通過(guò)這套電源系統(tǒng)，超級(jí)計(jì)算機(jī)各部分都能夠得到持續(xù)穩(wěn)定、符合各種復(fù)雜規(guī)范的電源供應(yīng)。袖珍計(jì)算器則是簡(jiǎn)單多的電池電源電路。不過(guò)你可不要小看了這個(gè)電池電源電路，比較新型的電路完全具備電池能量提醒、掉電保護(hù)等高級(jí)功能

4、?？梢哉f(shuō)電源電路是一切電子設(shè)備的基礎(chǔ)，沒(méi)有電源電路就不會(huì)有如此種類繁多的電子設(shè)備，我們的生活也就不會(huì)這么豐富多彩了。由于電子技術(shù)的特性，電子設(shè)備對(duì)電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負(fù)載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有十分重要的地位。目 錄摘要 1abstract 1引言 1一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 31.1 直流穩(wěn)壓電源的種類及選用 31.2穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)及對(duì)穩(wěn)壓電源的要求 41.3串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)要求 5二、電路原理分析與方案設(shè)計(jì) 52.1電路設(shè)計(jì) 52.2 方案論證與比較 7三、單元電

5、路分析與設(shè)計(jì) 83.1基本方案介紹83.2 單元電路分析 83.2.1 降壓電路 93.2.2 整流電路 103.2.2.1 半波整流電路 103.2.2.2 全路整流電路 123.2.2.3 橋式整流電路 153.2.3 濾波電路 173.2.3.1 電容濾波電路 183.2.3.2 電感濾波電路213.2.3.3 l型濾波電路 223.2.3.4 型濾波電路 233.2.4 穩(wěn)壓部分 233.2.4.1 利用穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓 233.2.4.2 三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓233.3 元件電路參數(shù)計(jì)算 28四、總原理圖及元器件清單 30五、安裝與調(diào)試 31六、性能測(cè)試與分析32七、結(jié)論與心得33八、參

6、考文獻(xiàn)35一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1直流穩(wěn)壓電源的種類及選用直流穩(wěn)定電源按習(xí)慣可分為化學(xué)電源，線性穩(wěn)定電源和開(kāi)關(guān)型穩(wěn)定電源，它們又分別具有各種不同類型： 化學(xué)電源 平常所用的干電池、鉛酸蓄電池、鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池均屬于這一類，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，又產(chǎn)生了智能化電池；在充電電池材料方面，美國(guó)研制 員發(fā)現(xiàn)錳的一種碘化物，用它可以制造出便宜、小巧、放電時(shí)間 ，多次充電后仍保持性能良好的環(huán)保型充電電池。 線性穩(wěn)壓電源 線性穩(wěn)定電源有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是它的功率器件調(diào)整管工作在線性區(qū)，靠調(diào)整管之間的電壓降來(lái)穩(wěn)定輸出。由于調(diào)整管靜態(tài)損耗大，需要安裝一個(gè)很大的散熱器給它散熱。而且由于變壓器工作

7、在工頻（50hz)上,所以重量較大。線性穩(wěn)壓電源又分為串聯(lián)型穩(wěn)壓電源盒交流型穩(wěn)壓電源。 該類電源優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性高，紋波小，可靠性高，易做成多路，輸出連續(xù)可調(diào)的成品。缺點(diǎn)是體積大、較笨重、效率相對(duì)較低。這類穩(wěn)定電源又有很多種，從輸出性質(zhì)可分為穩(wěn)壓電源和穩(wěn)流電源及集穩(wěn)壓、穩(wěn)流于一身的穩(wěn)壓穩(wěn)流（雙穩(wěn)）電源。從輸出值來(lái)看可分定點(diǎn)輸出電源、波段開(kāi)關(guān)調(diào)整式和電位器連續(xù)可調(diào)式幾種。從輸出指示上可分指針指示型和數(shù)字顯示式型等等。 開(kāi)關(guān)型直流穩(wěn)壓電源 與線性穩(wěn)壓電源不同的一類穩(wěn)電源就是開(kāi)關(guān)型直流穩(wěn)壓電源，它的電路型式主要有單端反激式，單端正激式、半橋式、推挽式和全橋式。它和線性電源的根本區(qū)別在于它變壓器不工作在工

8、頻而是工作在幾十千赫茲到幾兆赫茲。功能管不是工作在飽和及截止區(qū)即開(kāi)關(guān)狀態(tài)；開(kāi)關(guān)電源因此而得名。 開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)是體積小，重量輕，穩(wěn)定可靠；缺點(diǎn)相對(duì)于線性電源來(lái)說(shuō)紋波較大（一般1%vo(p-p),好的可做到十幾mv(p-p)或更小)。它的功率可自幾瓦幾千瓦均有產(chǎn)品。1.2穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)及對(duì)穩(wěn)壓電源的要求（1）穩(wěn)定性好 當(dāng)輸入電壓usr （整流、濾波的輸出電壓）在規(guī)定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，輸出電壓usc 的變化應(yīng)該很小一般要求 。 由于輸入電壓變化而引起輸出電壓變化的程度，稱為穩(wěn)定度指標(biāo)，常用穩(wěn)壓系數(shù)s 來(lái)表示：s 的大小，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源克服輸入電壓變化的能力。在同樣的輸入電壓變化條件下，s 越小，

9、輸出電壓的變化越小，電源的穩(wěn)定度越高。通常 s 約為10-210-4。 （2）.輸出電阻小 負(fù)載變化時(shí)（從空載到滿載），輸出電壓usc ，應(yīng)基本保持不變。穩(wěn)壓電源這方面的性能可用輸出電阻表征。 輸出電阻（又叫等效內(nèi)阻）用rn 表示，它等于輸出電壓變化量和負(fù)載電流變化量之比。 rn 反映負(fù)載變動(dòng)時(shí)，輸出電壓維持恒定的能力，rn 越小，則ifz 變化時(shí)輸出電壓的變化也越小。性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源，輸出電阻可小到1歐，甚至001歐。 （3）.電壓溫度系數(shù)小 當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，會(huì)引起輸出電壓的漂移。良好的穩(wěn)壓電源，應(yīng)在環(huán)境溫度變化時(shí)，有效地抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓穩(wěn)定，輸出電壓的漂移用溫度系數(shù)kt

10、來(lái)表示. （4）.輸出電壓紋波小 所謂紋波電壓，是指輸出電壓中50赫或100赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示。經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓作用，可以使整流濾波后的紋波電壓大大降低，降低的倍數(shù)反比于穩(wěn)壓系數(shù)s 。1.3串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)指標(biāo)：（1） 輸出直流電壓，1.56v連續(xù)可調(diào)；（2） 額定電流100ma，最大電流300ma；（3） 交流電電源電壓200v；（4） 放大管具有恒流源負(fù)載；（5） 有過(guò)流保護(hù)電路；二、電路原理分析與方案設(shè)計(jì)2.1電路設(shè)計(jì)符合上述要求的電源電路的設(shè)計(jì)方法有很多種，比較簡(jiǎn)單的有3種：(1) 晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路。電路框圖如圖1所示的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路, 由取樣電路

11、、基準(zhǔn)電路、比較放大和調(diào)整電路等部分組成。其中r1、r2和rp組成取樣電路，r1、r2和rp稱為取樣電阻；r3和v2組成基準(zhǔn)電路，r3是vz的限流電阻，vz給v2發(fā)射極提供一個(gè)基準(zhǔn)電壓；v2為比較放大管，作用是將穩(wěn)壓電路輸出電壓的變化量先放大，然后再送到調(diào)整管基極；v1是調(diào)整管，起調(diào)整作用。穩(wěn)壓過(guò)程如下：當(dāng)輸出電壓u0發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)取樣電路把u0的變化量取樣加到放大管v2的基極。而由r3和vz組成的基準(zhǔn)電路為v2的發(fā)射極提供基準(zhǔn)電壓uz。由v2和r4組成的放大電路把取樣電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較放大后，輸出調(diào)整信號(hào)送到調(diào)整v1的基極，控制v1進(jìn)行調(diào)整，以維持u0基本不變。圖1串聯(lián)型穩(wěn)壓電路(2)

12、 采用三端集成穩(wěn)壓器電路。如圖2所示，他采用輸出電壓可調(diào)且內(nèi)部有過(guò)載保護(hù)的三端集成穩(wěn)壓器（cw317），輸出電壓調(diào)整范圍較寬，設(shè)計(jì)一電壓補(bǔ)償電路可實(shí)現(xiàn)輸出電壓從 1.5 v起連續(xù)可調(diào)，因要求電路具有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，該電路所用器件較少，成本低且組裝方便、可靠性高。 圖2三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路(3) 用單片機(jī)制作的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。該電路采用可控硅作為第一級(jí)調(diào)壓元件，用穩(wěn)壓電源芯片lm317，lm337作為第二級(jí)調(diào)壓元件，通過(guò)at89cs51 單片機(jī)控制繼電器改變電阻網(wǎng)絡(luò)的阻值，從而改變調(diào)壓元件的外圍參數(shù)，并加上軟啟動(dòng)電路，獲得1.56 v，0.1 v步長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)能力可達(dá)1 a，同時(shí)可以顯示電源電

13、壓值和輸出電流值的大小。其硬件電路主要包括變壓器、整流濾波電路、壓差控制電路、穩(wěn)壓及輸出電壓控制電路、電壓電流采樣電路、掉電前重要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、單片機(jī)、鍵盤顯示等幾部分，硬件部分原理圖如圖3所示。正、 負(fù)端壓差控制電路的作用是減少lm317和lm337輸入端和輸出端的壓差以降低lm317和lm337的功耗。穩(wěn)壓電路由三端穩(wěn)壓芯片lm317(負(fù)壓 用lm337)及外圍器件組成，輸出電壓控制電路采用繼電器控制的電阻網(wǎng)絡(luò)。電阻網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)電阻都需要精密匹配，電阻的精密程度直接影響輸出電壓的精度。 電壓電流采樣電路由單片機(jī)控制實(shí)時(shí)對(duì)當(dāng)前電壓電流進(jìn)行采樣，以修正輸出電壓值。掉電前重要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路用以保存當(dāng)

14、前設(shè)置的電壓值，可以方便用戶在重新上電 后不用設(shè)置，而且也不會(huì)因?yàn)殡妷褐颠^(guò)高損壞用戶設(shè)備。2.2 方案論證與比較方案一：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可用常用分立元器件，容易實(shí)現(xiàn)，技術(shù)成熟，完全能夠達(dá)到技術(shù)參數(shù)的要求，造價(jià)成本低，精確度不是太高；方案二：穩(wěn)壓部分需采用一塊三端穩(wěn)壓器其他分立元器件，元器件先進(jìn)，技術(shù)成熟，完全能達(dá)到題目要求，性能較方案一需優(yōu)越一些，但成本較高；方案三：電源穩(wěn)定性好、精度高，并且能夠輸出6v范圍內(nèi)的可調(diào)直流電壓，且其性能于傳統(tǒng)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，但是電路比較復(fù)雜，成本很高，使用于要求較高的場(chǎng)合。在實(shí)際中，如果對(duì)電路的要求不太高(這種情況較多)，多采用第二種設(shè)計(jì)方案。綜合考慮，采用方案二

15、來(lái)實(shí)現(xiàn)。三、單元電路分析與設(shè)計(jì)3.1 基本方案介紹本設(shè)計(jì)電路分為降壓電路、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四大部分組成。降壓電路：本電路使用的降壓電路是單相交流變壓器，選用電壓和功率依照后級(jí)電路的設(shè)計(jì)需求而定。 整流電路：整流電路的主要作用是把經(jīng)過(guò)變壓器降壓后的交流電通過(guò)整流變成單個(gè)方向的直流電。但是這種直流電的幅值變化很大。它主要是通過(guò)二極管的截止和導(dǎo)通來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常見(jiàn)的整流電路主要有全波整流電路、橋式整流電路、倍壓整流電路。我們選取單相橋式整流電路實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的整流功能。濾波電路：采用電容濾波電路。由于電容在電路中也有儲(chǔ)能的作用，并聯(lián)的電容器在電源供給的電壓升高時(shí)，能把部分能量存儲(chǔ)起來(lái)，而當(dāng)電源電

16、壓降低時(shí)，就把能量釋放出來(lái)，使負(fù)載電壓比較平滑。由于本電路后級(jí)是穩(wěn)壓電路，因此可以使用電容濾波電路進(jìn)行簡(jiǎn)單濾波。穩(wěn)壓電路：因?yàn)橐筝敵鲭妷嚎烧{(diào)，所以選擇三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓內(nèi)部含有過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。其電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構(gòu)成的可調(diào)電壓穩(wěn)壓電源。3.2 單元電路分析3.2.1 降壓電路降壓電路由電源變壓器組成，變壓器電路原理圖及其波形變換如圖4所示，變壓器的功能是交流電壓變換部分，作用將電網(wǎng)電壓變?yōu)樗璧慕涣麟妷海磳⒅绷麟娫春徒涣麟娋W(wǎng)隔離。 圖4變壓器及其波形變換 電源變壓器實(shí)物圖如圖5，變壓器工作原理電路示意框圖

17、見(jiàn)圖6。 圖5 圖6 仿真一：電源變壓器的基本特性 （1）要求：電源變壓器： 10：1，200v 50hz 負(fù)載電阻：100歐，示波器 （2）仿真電路： 3.2.2 整流電路整流部分主要依靠二極管的單向?qū)щ娦詠?lái)實(shí)現(xiàn)。其電路原理圖及其波形變換如圖7所示，整流部分的電路形式有半波整流、全波整流、橋式整流。 圖73.2.2.1 半波整流電路（1）電路圖如圖8所示，利用二極管的單向?qū)щ娦裕谪?fù)載rl上得到單向脈動(dòng)電壓vo。（2）電路特點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出電壓波動(dòng)較大、效率低。輸出的直流電壓值為：（3）工作原理：u2為正半周:d管導(dǎo)通，有輸出電壓；u2為負(fù)半周：d管截止，無(wú)輸出電壓。 圖8 仿真二：半

18、波整流電路1. 要求：二級(jí)管（理想）1只2. 仿真電路： （4）參數(shù)計(jì)算 輸出的直流電壓值為： 流過(guò)負(fù)載平均電流： ido= uo /rl=0.45u2/ rl流過(guò)整流二極管的平均電流： if= ido =0.45u2/ rl整流二極管的最大反向電壓： udr=sqr（2）u2二極管的選擇：（1）d管的最大整流電流if必須大于實(shí)際流過(guò)二極管的平均電流ido：if ido =ulo/rl=0.45 u2/rl（2）d管的最大反向工作電壓ur必須大于二極管實(shí)際所承受的最大反向峰值電壓urm： ur urm =sqr（2）u2 3.2.2.2全波整流電路（1）電路圖：如圖9所示，二極管d1,d2分別

19、在v2的正、負(fù)半周導(dǎo)通，在rl上得到如圖所示電壓波形。（2）電路特點(diǎn)：是輸出電壓波動(dòng)小，變壓需中心抽頭，繞制復(fù)雜，成本高，笨重。（3）工作原理：在u2正半周：d1導(dǎo)通、d2管截止，負(fù)載中有電流流過(guò)； 在u2負(fù)半周：d1截止、d2管導(dǎo)通，負(fù)載中有電流流過(guò)。 圖9仿真三：?jiǎn)蜗嗳ㄕ麟娐?、 要求：二極管（理想）2只2、 仿真電路：（4）參數(shù)計(jì)算 輸出的直流電壓值為： 流過(guò)負(fù)載平均電流： ido= uo /rl=0.9u2/ rl流過(guò)整流二極管的平均電流： if= ido =0.45u2/ rl整流二極管的最大反向電壓： udr=2sqr（2）u2二極管的選擇：（1）d管的最大整流電流if必須大于

20、實(shí)際流過(guò)二極管的平均電流ido：if ido =ulo/rl=0.45 u2/rl（2）d管的最大反向工作電壓ur必須大于二極管實(shí)際所承受的最大反向峰值電壓urm： ur urm =2sqr（2）u2 3.2.2.3橋式整流電路（1）電路圖：如圖10所示，二極管d1、 d2 、d3、 d4四只二極管接成電橋的形式，名稱由此而來(lái)。 圖10 （2）工作原理：在v2的正半周， d1、 d3導(dǎo)通， d2、 d4截止， 通過(guò)d1、 d3給rl提供電流，方向由上向下（圖中虛線)； 在v2的負(fù)半周， d2、 d4導(dǎo)通， d1、 d3截止，通過(guò)d2、 d4給rl提供電流，方向仍然是由上向下（圖中虛線）由此得到

21、圖示的整流波形。 （3）波形圖 仿真四：橋式整流電路1、要求：整流橋（理想）1只。2、仿真電路：（4）參數(shù)計(jì)算 輸出的直流電壓值為： 流過(guò)負(fù)載平均電流： ido= uo /rl=0.9u2/ rl流過(guò)整流二極管的平均電流： if= ido =0.45u2/ rl整流二極管的最大反向電壓： udr=sqr（2）u2二極管的選擇：（1）d管的最大整流電流if必須大于實(shí)際流過(guò)二極管的平均電流ido：if ido =ulo/rl=0.45 u2/rl（2）d管的最大反向工作電壓ur必須大于二極管實(shí)際所承受的最大反向峰值電壓urm： ur urm =sqr（2）u2 綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇橋式整流電路較為

22、合適。3.2.3 濾波電路作用：對(duì)整流電路輸出的脈動(dòng)直流進(jìn)行平滑，使之成為含交變成份很小的直流電壓。說(shuō)明：濾波電路實(shí)際上是一個(gè)低通濾波器，截止頻率低于整流輸出電壓的基波頻率。電路形式：電容濾波、電感濾波、 l型濾波電路、p型濾波電路。3.2.3.1電容濾波電路 盡管整流后的電壓為直流電壓，但波動(dòng)較大，仍然不能直接作為電源使用，還需進(jìn)一步濾波，將其中的交流成份濾掉。濾波通常是采用電容或電感的能量存儲(chǔ)作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的常用的濾波電路有電容濾波、電感濾波、倒l型濾波、p型濾波等幾種。在小功率整流濾波電路中，電容濾波是最常用的一種，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效果較好。 電路組成： 橋式整流、電容濾波電路如圖11所示

23、: 圖11 電容濾波的原理： 電容是一個(gè)能儲(chǔ)存電荷的元件。有了電荷，兩極板之間就有電壓uc=q/c。在電容量不變時(shí)，要改變兩端電壓就必須改變兩端電荷，而電荷改變的速度，取決于充放電時(shí)間常數(shù)。時(shí)間常數(shù)越大，電荷改變得越慢，則電壓變化也越慢，即交流分量越小，也就“濾除”了交流分量。 工作原理： 負(fù)載未接入（開(kāi)關(guān)s斷開(kāi)）時(shí)：設(shè)電容兩端初始電壓為零，接入交流電源后，當(dāng)v2為正半周時(shí)， v2通過(guò)d1、 d3向電容c充電； v2為負(fù)半周時(shí)，經(jīng)d2、 d4向電容c充電。充電時(shí)間常數(shù)為：tc=rintc。其中rint包括變壓器副繞組的直流電阻和二極管的正向電阻。由于rint一般很小，電容器很快就充電到交流電壓

24、v2的最大值v2 ，由于電容無(wú)放電回路，故輸出電壓（電容c兩端的電壓)保持在v2不變。 1 接入負(fù)載rl（開(kāi)關(guān)s合上）時(shí)：設(shè)變壓器副邊電壓v2從0開(kāi)始上升時(shí)接入rl，由于電容已到v2 ，故剛接入負(fù)載時(shí)， v2 vc，二極管在反向電壓作用下而截止，電容c經(jīng)rl放電，放電時(shí)間常數(shù)為：td=rlc。因td一般較大，故電容兩端電壓vc(即vo)按指數(shù)規(guī)律慢下降（圖中a,b段）。 2 當(dāng)v2升至v2vc時(shí)，二極管d1、 d3在正向電壓作用下而導(dǎo)通，此時(shí)v2經(jīng)d1、 d3一方面向rl提供電流，一方面向c充電（接入rl后充電時(shí)間常數(shù)變?yōu)閏=rl/rintcrintc ）。vc將如圖中b、 c段所示。3 當(dāng)v

25、2又降至v2vc時(shí)，二極管又截止，電容c又向rl放電，如圖中c 、d段所示.電容如此周而復(fù)始充放電，就得到了一個(gè)如圖所示的鋸齒波電壓vo = vc ，由此可見(jiàn)輸出電壓的波動(dòng)大大減小。4 為了得到平滑的負(fù)載電壓，一般取d=rlc(35)t/2 (t為交流電周期20ms) 此時(shí)：vo = (1.11.2) v2。仿真五：電容濾波1、要求：電容1000f 1只2、仿真電路：電容濾波的特點(diǎn) 1、rlc越大，電容放電速度越慢，負(fù)載電壓中的紋波成份越小，負(fù)載平均電壓越高。為了得到平滑的輸出電壓，一般?。?rlc（35）t/2 (t交流電源電壓周期) 2、rl越小，輸出電壓越小。（1）當(dāng)c一定時(shí)， rl時(shí)，

26、即空載： ulo=1.4u2（2）當(dāng)c=0時(shí)，即無(wú)電容時(shí)： ulo=0.9u2（3）一般情況下，ulo=（1.11.2)u23、電容濾波適用于負(fù)載電壓較高、負(fù)載變化不大的場(chǎng)合。3.2.3.2電感濾波電路 電路圖如圖12所示： 圖12 電感濾波的原理： 電感濾波是利用電感的儲(chǔ)能來(lái)減小輸出電壓紋波的。當(dāng)電感中電流增大時(shí)，自電感電動(dòng)勢(shì)的方向與原電流方向相反，自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電位增加的同時(shí)，也將能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，使電流的變化減??；反之，當(dāng)電感中電流減少時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)的作用阻礙電流的減少，同時(shí)釋放能量，使電流變化減小，因此，電流的變化小，電壓的紋波得到抑制。 電感濾波電路的幾點(diǎn)說(shuō)明：1、l越大、rl越小，輸出

27、電壓紋波越小；2、忽略電感內(nèi)阻， ulo=0.9u2 （理論值）；3、電感濾波適用于低電壓，大電流的場(chǎng)合。3.2.3.3 l型濾波電路3.2.3.4 型濾波電路 因整流部分選擇了橋式整流電路，濾波部分選擇電容濾波與橋式整流結(jié)合使用，即可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。3.2.4 穩(wěn)壓部分3.2.4.1 利用穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓穩(wěn)壓管穩(wěn)壓原理：利用穩(wěn)壓管在反向擊穿時(shí)電流可在較大范圍內(nèi)變動(dòng)但擊穿電壓卻基本不變的特點(diǎn)而實(shí)現(xiàn)的。3.2.4.2 三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓 集成穩(wěn)壓器的特點(diǎn)：隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小，可靠性高，使用靈活，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和

28、公共引出端，故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。 集成穩(wěn)壓器是將調(diào)整電路、取樣電路、基準(zhǔn)電路、啟動(dòng)電路及保護(hù)電路集成在一塊硅片上構(gòu)成的芯片。它完整的功能體系、健全的保護(hù)電路、安全可靠的工作性能，給穩(wěn)壓電源的制作帶來(lái)了極大的方便。集成電路穩(wěn)壓器的型號(hào)很多，按單片的引出端子分類，有三端固定式、三端可調(diào)式、和多端可調(diào)式等。三端集成穩(wěn)壓器只有三個(gè)端子，安裝和使用都很方便。1三端固定式集成穩(wěn)壓器（）三端固定式集成穩(wěn)壓器外形及管腳排列三端固定式集成電路穩(wěn)壓器的外形和管腳排如圖13所示。 圖13三端固定式集成穩(wěn)壓器外形及管腳排列（）三端固定式穩(wěn)壓器的型號(hào)組成及其意義三端固定式集成穩(wěn)壓器的型號(hào)組成及其意義如圖14所示。國(guó)

29、產(chǎn)三端固定式集成穩(wěn)壓器有cw78xx系列（正電壓輸出）和cw79xx系列（負(fù)電壓輸出），其輸出電壓有5v、6v、8v、9v、12v、15v、18v、24v，最大輸出電流有0.1a、0.5a、1a、1.5a、2.0a等。 圖14 三端固定式集成穩(wěn)壓器型號(hào)組成及意義（）三端固定式集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用固定輸出穩(wěn)壓器在實(shí)際上工作中，可根據(jù)不同的需要，選取符合要求的cw78xx、cw79xx系列產(chǎn)品。電路組成如圖15所示。圖中c1可以防止由于輸入引線較長(zhǎng)時(shí)產(chǎn)生的電感而引起的自激。c2用來(lái)減小由于負(fù)載電流瞬時(shí)變化而引起的高頻干擾。c3是容量較大的電解電容，主要用來(lái)進(jìn)一步減小輸出脈動(dòng)和低頻干擾。 圖15 三端集

30、成穩(wěn)壓器的典型接法 擴(kuò)壓、擴(kuò)流和可調(diào)電路如果需要輸出電壓高于三端穩(wěn)壓器輸出電壓時(shí)，可采用圖16所示電路。 圖16提高輸出電壓接線圖 （1）通過(guò)調(diào)整r2可得所需電壓,但它的可調(diào)范圍小。當(dāng)負(fù)載電流大于三端穩(wěn)壓器輸出電流時(shí)，可采用圖17所示電路。 圖17 提高輸出電流接線圖 （2）由于；且 很小，可忽略不計(jì)，所以 （其中） （3）式中r為v提供偏置電壓，ube由三極管決定，鍺管為v，硅管為v。要得到可調(diào)的輸出電壓，可采用圖8.12所示的電路。其輸出電壓表達(dá)式如式（1）所示。 具有正、負(fù)電壓輸出的穩(wěn)壓電源如上圖所示，由圖可知，電源變壓器帶有中心抽頭并接地，輸出端得到大小相等、極性相反的電壓。 2. 三

31、端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器按輸出電壓分為正電壓輸出cw317（cw117、cw217）和負(fù)電壓輸出cw337（cw137、cw237）兩大類。按輸出電流大小，每個(gè)系列又分為l型和m型等。三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器克服了固定三端穩(wěn)壓器輸出電壓不可調(diào)的缺點(diǎn)，繼承了三端固定式集成穩(wěn)壓器的諸多優(yōu)點(diǎn)。三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器cw317和cw337是一種懸浮式串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓器，它們的外形如圖18所示。 圖18 cw317和cw337外形典型應(yīng)用電路如圖19所示。 圖19 cw317和cw337典型應(yīng)用電路為了使電路正常工作，一般輸出電流不小于5ma。輸入電壓范圍在240v之間，輸出電壓可在1.2537v之間調(diào)

32、整。負(fù)載電流可達(dá)1.5a，由于調(diào)整端的輸出電流非常小（50a）且恒定，故可將其忽略，那么輸出電壓可用下式表示： （4） 式中，1.25v 是集成穩(wěn)壓器輸出端與調(diào)整端之間的固定參考電壓uref；r1取值120240（此值保證穩(wěn)壓器在空載時(shí)也能正常工作），調(diào)節(jié)rp可改變輸出電壓的大小（rp取值視r(shí)l和輸出電壓的大小而確定）。綜合比較而言穩(wěn)壓電路部分選擇具有體積小，可靠性高，使用靈活，價(jià)格低廉，穩(wěn)壓內(nèi)部含有過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)電路等優(yōu)點(diǎn)三端集成穩(wěn)壓（cw317）電路。3.3 元件電路參數(shù)計(jì)算 （一） 根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的性能指標(biāo)，選擇集成三端穩(wěn)壓器。 因?yàn)橐筝敵鲭妷嚎烧{(diào)，所以選擇三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器?？烧{(diào)式

33、集成穩(wěn)壓器，常見(jiàn)主要有cw317、cw337。317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，337系列穩(wěn)壓器輸出連可調(diào)的負(fù)電壓，可調(diào)范圍為6v13v，最大輸出電流 為1.5a。穩(wěn)壓內(nèi)部含有過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。其電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構(gòu)成的可調(diào)電壓穩(wěn)壓電源。選集成穩(wěn)壓器，確定電路形式選可調(diào)式三端穩(wěn)壓器cw317，其特性參數(shù)vo=1.2v37v，iomax=1.5a，最小輸入、輸出壓差(vi-vo)min=3v，最大輸入、輸出壓差(vi-vo)max=40v。組成的穩(wěn)壓電源電路如圖20所示。由計(jì)算得vo1.25(1+rp1/r1)，取r

34、1=240 ，則rplmin=48 ，rplmax=912，故取rp1為2.7k 的精密線繞可調(diào)電位器。 圖20 （二） 選電源變壓器 由計(jì)算可得輸入電壓vi的范圍為 vomax+(vi-vo)minvivomin+(vi-vo)max6v+3vvi1.5v+40v 9vvi41.5v副邊電壓v2vimin/1.1=9/1.1v，取v2=9v，副邊電流i2iomax=0.3a，取i2=0.5a，則變壓器副邊輸出功率p2i2v2=4.5w。 變壓器的效率 =0.6，則原邊輸入功率p1p2/=7.5w。為留有余地，選功率為10w的電源變壓器。（三） 選整流二極管及濾波電容 整流二極管耐壓vdvom

35、= v2 idiomax =0.3a 為了焊接便利，選擇整流橋kbpc610 (1000v 6.0a )作為整流部分。濾波電容: 為了留有余地，取2200uf/50v作濾波電容。（四）保護(hù)管vd1,vd2集成穩(wěn)壓器如果離濾波電容c1較遠(yuǎn),應(yīng)在靠近317輸入端接0.33微法旁路電容c2.接在調(diào)整端和地之間的電容c3用來(lái)旁路電位器兩端的紋波電壓.當(dāng)c3容量為10微法時(shí),紋波抑制比可提高20db,減小到原來(lái)的十分之一.另一方面,由于c3的接入,一旦輸入或輸出端發(fā)生短路,c3中儲(chǔ)存的電荷會(huì)通過(guò)穩(wěn)壓器內(nèi)部的調(diào)整管和基準(zhǔn)放大管而損壞穩(wěn)壓器.故在r1兩端并接二極管vd2。在沒(méi)有容性負(fù)載的情況下,穩(wěn)壓器可以穩(wěn)

36、定地工作,但當(dāng)輸出端有500-5000pf的容性負(fù)載時(shí),容易發(fā)生自激.為抑制自激,在輸出端接一只1微法的鉭電容或25微法的鋁電解電容c4,它還可以發(fā)送電源的瞬態(tài)響應(yīng).但當(dāng)輸入端發(fā)生短路時(shí),c4中儲(chǔ)存的電荷將對(duì)穩(wěn)壓器輸出端放電,放電電流可能損壞穩(wěn)壓器.故在穩(wěn)壓器兩端并接保護(hù)二極管vd2。vd1和vd2都選用in4002 額定電流1a，最大反向電壓100v。 四、總原理圖及元器件清單總電路原理圖：pcb板圖:元器件清單：編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量r1電阻240歐1rp可調(diào)電阻2.7k1c1電解電容2200u/50v1c2絳綸電容0.33u1c3電解電容10u/50v1c4電解電容100u/50v1vd1、v

37、d2整流二極管in40022u整流全橋kbpc6101ic可調(diào)三端穩(wěn)壓cw3171t電源變壓器tda20261五、安裝與調(diào)試 根據(jù)圖21所示電路繪制出裝配電路圖，標(biāo)清楚各元件的位置。 圖21可調(diào)輸出三端集成穩(wěn)壓器應(yīng)用電路 根據(jù)圖21所示電路列出元件清單，備好元件，檢查各元件的好壞。 正確識(shí)讀cw317的引腳，根據(jù)裝配圖完成可調(diào)輸出的三端集成穩(wěn)壓器組成的穩(wěn)壓電源安裝。 焊接時(shí)要對(duì)各個(gè)功能模塊電路進(jìn)行單個(gè)測(cè)試，需要設(shè)計(jì)一些臨時(shí)電路用于調(diào)試。 測(cè)試電路時(shí)，必須要保證焊接正確，才能打開(kāi)電源，以防元器件燒壞。 按照原理圖焊接時(shí)必須要保證可靠接地。 調(diào)節(jié)電位器rp，測(cè)量輸出電壓的變化范圍是否在1. 5v6

38、v之間。若不是，分析原因，找出故障，排除之。六、性能測(cè)試與分析 測(cè)試要求 測(cè)試并記錄電路中各環(huán)節(jié)的輸出波形。 測(cè)量穩(wěn)壓電源輸出電壓的調(diào)整范圍及最大輸出電流。 測(cè)量輸出電阻ro。 測(cè)量穩(wěn)壓系數(shù)。 用改變輸入交流電壓的方法，模擬ui的變化，測(cè)出對(duì)應(yīng)的輸出直流電壓的變化，則可算出穩(wěn)壓系數(shù)sv. （注意： 用調(diào)壓器使220v交流改變10。即ui=44v） 用毫伏表可測(cè)量輸出直流電壓中的交流紋波電壓大小，并用示波器觀察、記錄其波形。 分析測(cè)量結(jié)果，并討論提出改進(jìn)意見(jiàn)。 此電路的誤差分析 綜合分析可以知道在測(cè)試電路的過(guò)程中可能帶來(lái)的誤差因素有: 測(cè)得輸出電流時(shí)接觸點(diǎn)之間的微小電阻造成的誤差; 電流表內(nèi)阻串

39、入回路造成的誤差; 測(cè)得紋波電壓時(shí)示波器造成的誤差; 示波器, 萬(wàn)用表本身的準(zhǔn)確度而造成的系統(tǒng)誤差; 可以通過(guò)以下的方法去改進(jìn)此電路: 減小接觸點(diǎn)的微小電阻; 根據(jù)電流表的內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果可以進(jìn)行修正; 測(cè)得紋波時(shí)示波器采用手動(dòng)同步; 采用更高精確度的儀器去檢測(cè);七、結(jié)論與心得 經(jīng)過(guò)自己獨(dú)立自主的設(shè)計(jì)電路，自己翻閱查找各種資料，我不僅學(xué)到了關(guān)于集成流穩(wěn)壓電源有關(guān)的知識(shí)，更加了解了三端穩(wěn)壓器，而且增強(qiáng)了自己運(yùn)用學(xué)習(xí)工具protel的能力和實(shí)踐動(dòng)手能力，使自己對(duì)模擬電路充滿了興趣，增加了我對(duì)模擬電路學(xué)習(xí)的熱情。在pspice的時(shí)候，在自學(xué)過(guò)程中有很多不懂的問(wèn)題，通過(guò)與任課老師的溝通和向同學(xué)們的虛心請(qǐng)

40、教，終于完成了課程設(shè)計(jì)的要求的電路圖部分和仿真部分。在設(shè)計(jì)的時(shí)間上由于與復(fù)習(xí)考試的時(shí)間有些沖突，在設(shè)計(jì)的時(shí)候有些地方很可能還不夠完善，但是我非常高興學(xué)?？梢越o我們同學(xué)們這次自己設(shè)計(jì)報(bào)告的機(jī)會(huì)，這個(gè)看似簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)報(bào)告卻真的花了我們不少的時(shí)間和心血。剛開(kāi)始抱怨的同學(xué)們看著自己花了很大代價(jià)做出來(lái)的報(bào)告都十分激動(dòng)，成功的喜悅掩蓋了奮斗的汗水。 通過(guò)自己預(yù)先設(shè)計(jì)的電路，然后再參考一些書(shū)籍上的電路并經(jīng)過(guò)修改和創(chuàng)造，設(shè)計(jì)成了最終符合要求的電路原理圖，并進(jìn)一步了解和學(xué)習(xí)了整個(gè)電路的各個(gè)部分的具體工作原理，達(dá)到了理想的要求。最后我用multisim軟件對(duì)電路圖進(jìn)行了部分仿真。經(jīng)過(guò)對(duì)前面部分電路的仿真我掌握了仿真的具體方法?？偟膩?lái)說(shuō)我對(duì)仿真的結(jié)果還是比較滿意。 這次的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)我不僅進(jìn)一步學(xué)習(xí)了穩(wěn)壓電路的原理和設(shè)計(jì)，以及對(duì)電路的更深一步的了解，特別是掌握了仿真的方法，學(xué)會(huì)了仿真軟件的應(yīng)用，獲益匪淺。 經(jīng)過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)我收獲了很多，也學(xué)習(xí)到了很多有關(guān)專業(yè)方面的知識(shí)！在這次的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我初步掌握了直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試方法，學(xué)會(huì)了直流穩(wěn)壓電源電路的安裝及使用，同時(shí)也熟悉了電子技術(shù)設(shè)計(jì)的一些基本方法和技巧，收獲頗大。希望以后能將自己設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源運(yùn)用到實(shí)際應(yīng)用中去。 在剛接到該次設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，心里還沒(méi)有一點(diǎn)準(zhǔn)備，不知如何下手。不過(guò)這個(gè)巨大的挑戰(zhàn)激起了我鉆研的決心，我將模擬電子技術(shù)