設(shè)計(jì)制作一串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓負(fù)電源電路

1、摘要在21世紀(jì)的社會(huì)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子設(shè)備給人們帶來極大的便利的，但是所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。不同的電子產(chǎn)品在工作時(shí)所需要的電源電壓不同。通常情況下要求能提供穩(wěn)定，滿足直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。目前，各種直流電源的產(chǎn)品充斥著市場，電源技術(shù)已經(jīng)比較成熟。然而，基于成本的考慮，對于電源性能的要求不是很高的場合，可采用過流保護(hù)的集成穩(wěn)壓電路，同樣能滿足產(chǎn)品的需要。基于上述實(shí)際意義，設(shè)計(jì)一串聯(lián)串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓負(fù)電源，其主要是完成在輸出最大電流為500mA,穩(wěn)壓洗漱小雨0.05的同時(shí)要求電流具有擴(kuò)展，電路具有過流保護(hù)功能的情況下，調(diào)節(jié)電位器，使輸出電壓

2、在1.5-10V之間連續(xù)可調(diào)。經(jīng)過一系列的分析，準(zhǔn)備，通過Multisim仿真軟件及實(shí)際焊接和調(diào)試來。除了在布局和焊接美觀方面之外，設(shè)計(jì)的電路基本符合設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：直流 穩(wěn)壓 變壓 過流保護(hù) 電壓可調(diào)目錄第一章 設(shè)計(jì)要求·······························&#

3、183;················1第二章 方案設(shè)計(jì)原理及比較·······························

4、·······22.1 設(shè)計(jì)方案·········································

5、83;22.2 方案比較············································4第三章 單元電路分析與設(shè)計(jì)·

6、3;····································53.1 電路設(shè)計(jì)原理············

7、;····························53.2 單元模塊····················&#

8、183;·······················53.2.1 電源變壓器························&#

9、183;···········5 3.2.2 整流電路····································5

10、3.2.3 濾波電路····································6 3.2.4 穩(wěn)壓電路··········&#

11、183;·························7第四章 總原理圖和仿真圖······················&

12、#183;·················9第五章 電路的安裝及調(diào)試······························

13、·········115.1 電路的安裝·······································&

14、#183;····115.2 調(diào)試儀器和設(shè)備·········································115.3 電路的調(diào)試&

15、#183;···········································115.4 電路的調(diào)試結(jié)果分析···

16、3;···································· 11第六章 實(shí)驗(yàn)結(jié)論和實(shí)驗(yàn)感悟···········

17、··························13參考文獻(xiàn)·······················

18、·································14附錄················&#

19、183;···········································1517第一章 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)制作一串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓負(fù)電源電路1.輸出直

20、流電壓在1.5-10V可調(diào)；2.輸出電流Iom=300mA；（有電流擴(kuò)展功能）；3.穩(wěn)壓系數(shù)Sr<0.5；4.具有過流保護(hù)功能；第二章 方案設(shè)計(jì)及比較2.1 設(shè)計(jì)方案根據(jù)目前所學(xué)的知識，主要有以下兩種設(shè)計(jì)方法（1）晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路電路框圖如圖2.1(1)所示的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓部分有取樣電路，基準(zhǔn)電路，比較放大和調(diào)整電路等部分組成。其中R4，R6和RP組成取樣電路，R4，R6和RP為取樣電阻；R1和D2組成基準(zhǔn)電壓電路，放大器是比較放大電路，R2和Q3的作用是限流保護(hù)電路，Q1，Q2兩個(gè)晶體管合起來組成調(diào)整管，起調(diào)整作用。穩(wěn)壓過程如下：當(dāng)輸出Uo發(fā)生變化時(shí)，通過取樣電路把Uo的

21、變化量取樣加到放大管V2的基極。而由R1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R2，晶體管和放大器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)整信號送到調(diào)整管的基極，控制調(diào)整管進(jìn)行調(diào)整，以維持Uo基本不變。圖2.1（1） 晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路（2）采用三端集成穩(wěn)壓器分析設(shè)計(jì)任務(wù)，整流，濾波和穩(wěn)壓是該系統(tǒng)的主要部分。其主要設(shè)計(jì)思路為： 1電網(wǎng)供電電壓交流 220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。 2降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即 脈動(dòng)大） 。 3脈動(dòng)大的直流電壓須經(jīng)過濾波

22、電路變成平滑，脈動(dòng)小的直流電，即將交流 成份濾掉，保留其直流成份。 4濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的 穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負(fù)載 RL。圖2.1（2）三端集成穩(wěn)壓電路2.2 方案比較方案一：結(jié)構(gòu)簡單，用的元器件大多是常用的，容易實(shí)現(xiàn)，技術(shù)成熟，能夠達(dá)到技術(shù)參數(shù)的要求，用的元器件大多是常用的，造價(jià)成本不會(huì)高，但電路復(fù)雜，元器件太多，不利于實(shí)際操作，且精確度不太高。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，雖成本比方案一高點(diǎn)，但精確度較方案一高，且電路沒那么復(fù)雜，簡單明了。所以，綜合考慮，選擇方案二較好。第三章

23、 單元電路分析與設(shè)計(jì)3.1 電路設(shè)計(jì)原理直流穩(wěn)壓電源的總體參考方案框圖如圖 2-1 所示。 它包括電源變壓器， 整流電路， 濾波電路及穩(wěn)壓電路等四大塊組成。圖 3.1(1)直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖3.2 單元模塊3.2.1 電源 采用電源為15V，頻率為50HZ的交流電壓電源。3.2.2 整流電路 整流電路將交流電壓 U 變成脈動(dòng)的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓U1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波。整流濾波電路一般由具有單向?qū)щ娦缘亩O管構(gòu)成，經(jīng)常采用單向半波、單向全波和單向橋式整流電路。在該實(shí)驗(yàn)中采用集成的 W08 橋堆來完成，電路中采用了4

24、個(gè)二極管，組成單向橋式整流電路。整流過程中，4個(gè)二極管輪流導(dǎo)通，無論正半周期還是負(fù)半周，流過負(fù)載的電流方向是一致的，形成全波整流，將變壓器 輸出的交流電壓變成了脈動(dòng)的直流電壓。其外部結(jié)構(gòu)如圖（a）(b)所示. 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖(c)所示：圖 3.2.2(1) 橋堆內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖3.2.3 濾波電路 整流濾波電路的輸出電壓是單一方向的，但是含有較大的交流成分，不能適應(yīng)大多數(shù)電子電路及設(shè)備的需要。因此，一般在整流后，還需要用濾波電路將脈動(dòng)的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?，需要濾波電路，用大電容電解電容并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。 濾波電路的作用是平滑整流輸出的單向脈動(dòng)電壓，最簡單的濾波電路是電容器， 橋式整流電路輸出的

25、波形經(jīng)電容濾波電路處理后的輸出電壓波形如圖 10-1-2 所 示。在整流后加上電容，如圖 2-3-3（1）所示： 經(jīng)電容濾波電路處理后的輸出電壓波形如圖 2-3-3（2）所示： 直流穩(wěn)壓電源的全過程如圖 2-3-3（3）所示：3.2.3(1) 在整流后加上電容3.2.3(2) 經(jīng)電容濾波電路處理后的輸出電壓波形3.2.3(3) 為直流穩(wěn)壓電源的全過程3.2.4 穩(wěn)壓電路 經(jīng)過濾波后輸出的直流電壓仍然存在較大波紋，而且交流電網(wǎng)電壓容許有起伏，隨著電網(wǎng)電壓的起伏輸出電壓也會(huì)隨之變動(dòng)。此外，經(jīng)過濾波后輸出的直流電壓也與負(fù)載的大小有關(guān)，當(dāng)負(fù)載加重的時(shí)候，由于輸出的電流能力有限，使得輸出的直流電壓下降。

26、因此，當(dāng)需要穩(wěn)定的直流電壓的時(shí)候，在整流、濾波電路后通常需要配有穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓是該設(shè)計(jì)方案的主要，也是關(guān)鍵部分。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。三端集成穩(wěn)壓器：常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器與可調(diào)式三端穩(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。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)要求輸出穩(wěn)壓負(fù)電源，并且在一定范圍內(nèi)可調(diào)，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，LM337符合這一設(shè)計(jì)，對于LM337來說，輸出電壓U隨輸出端與調(diào)整端之間的總電阻R1與調(diào)整端與地的總電阻R2的改變而改變，設(shè)輸出端的電勢為U（相對地），在一定范圍內(nèi)，調(diào)整端的電勢U0滿足由于U0幾乎不變，U0大約為1.1（不同的規(guī)格其值略有不同）。根

27、據(jù)設(shè)計(jì)的要求：選取R1為五十歐，R2一個(gè)分壓電阻R2為一歐，一個(gè)可調(diào)電位器R3為2k來達(dá)到設(shè)計(jì)要求。還有其他一些設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)在實(shí)物電路圖中有添入（比如濾波、限流保護(hù)）。圖3.2.4(1) LM337外形圖3.2.4(2) LM337接線圖第四章 總原理圖和仿真圖根據(jù)上述設(shè)計(jì)思路和參數(shù)設(shè)計(jì)得到總電路原理圖：圖4(1) 總電路原理圖圖4(2) 最小輸出電壓圖4(3) 最大輸出電壓第五章 電路的安裝與調(diào)試5.1 電路的安裝1. 先裝矮后裝高、先裝昂小后裝大、先裝耐焊等等； 2. 布線盡量使電源線靠近實(shí)驗(yàn)電路板的周邊，以起一定的屏蔽作用； 3. 焊接時(shí)不能出現(xiàn)虛焊、假焊、漏焊，更不能出現(xiàn)過焊，因?yàn)橛行┢骷?/p>

28、， 不能耐高溫，比如焊接穩(wěn)壓器時(shí)，電烙鐵絕對不能停留太久。5.2 調(diào)試儀器及設(shè)備變壓器 萬用表 小鑷子5.3 電路的調(diào)試因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室只有220V的交流電壓，沒有直接提供15V交流電壓的儀器，所以采用變壓器，不過學(xué)校只能提供輸出12V電壓的變壓器。接通電源，調(diào)節(jié)電位器看輸出的電壓是否變化，變化則說明電路連接正確，否則對照電路圖，一部分一部分檢查焊接板，看哪部分搭錯(cuò)，重新搭過在接通電源，調(diào)節(jié)電位器看輸出電壓是否變化。5.4 電路的調(diào)試結(jié)果及分析電路輸出電壓最小-2.4V，最大-8.89V.最大輸出電流為160mA.有上述結(jié)果知，測量值與要求還存在較大誤差。主要是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室無法提供15V電壓，通過變壓器最大只能提供12V電壓，所以測得的輸出電壓比要求的小。但通過綜合分析可以知道在測試電路的過程中可能帶來的誤差因素有: 測得輸出電流時(shí)接觸點(diǎn)之間的微小電阻造成的誤差; 電流表內(nèi)阻