連續(xù)可調(diào)直流電壓源(DOC)

1、連續(xù)可調(diào)直流電壓源一、設(shè)計(jì)題目連續(xù)可調(diào)直流電壓源的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)目的1）學(xué)習(xí)電子電路設(shè)計(jì)方法。2）熟知整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路的工作原理及特點(diǎn)，熟知直流電源的構(gòu)成 和工作原理。3）通過(guò)設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。4）通過(guò)設(shè)計(jì)使學(xué)生具有一定的計(jì)算能力、制圖能力以及查閱手冊(cè)、使用國(guó)家技術(shù) 標(biāo)準(zhǔn)的能力和一定的文字表達(dá)能力。三、設(shè)計(jì)依據(jù)1、設(shè)計(jì)一個(gè)輸出為 3V-10V 的連續(xù)可調(diào)的直流電源，輸入電源電壓為 220V；2、為直流電源設(shè)計(jì)保護(hù)電路；3、穩(wěn)定性要求不超過(guò) 0.1v4、設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源目的就是要把工頻交流電源或者直流變化的電源通過(guò)此裝置變?yōu)?直流穩(wěn)壓電源，并畫(huà)出整體電路。四、

2、設(shè)計(jì)內(nèi)容1）復(fù)習(xí)課本，收集查閱資料，選定設(shè)計(jì)方案；2）繪制電氣框圖、電氣原理圖；3）對(duì)主要元器件進(jìn)行計(jì)算選擇，列寫(xiě)元器件的規(guī)格及明細(xì)表；4）設(shè)計(jì)總結(jié)及改進(jìn)意見(jiàn)；5）參考資料；1 序 言 2 設(shè)計(jì) 思想 32. 1 設(shè)計(jì)步 驟 32. 2 穩(wěn)壓 源 基本 組成 33 單元電路43.1 電源變壓器 43.2 整流電路 53.3 濾波電路 73. 4 穩(wěn) 壓 器 3. 5 電路圖及器件明細(xì) 103.5.1 連續(xù)可調(diào)直流電壓源電路圖 103.5.2 元件電路參數(shù)計(jì)算 103.5.3 器件明細(xì)表 124 電路常見(jiàn)故障及原因135 附錄 LM317 資料 146 課程設(shè)計(jì)體會(huì) 1 57 參考文獻(xiàn)161 緒

3、言1.1 隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，穩(wěn)壓電路也制成了集成器件。由于集成穩(wěn)壓器具有 體積小，外接線路簡(jiǎn)單、使用方便、工作可靠和通用性等優(yōu)點(diǎn)，因此在各種電子設(shè)備中 應(yīng)用十分普遍，基本上取代了由分立元件構(gòu)成的穩(wěn)壓電路。集成穩(wěn)壓器的種類(lèi)很多，應(yīng) 根據(jù)設(shè)備對(duì)直流電源的要求來(lái)進(jìn)行選擇。對(duì)于大多數(shù)電子儀器、設(shè)備和電子電路來(lái)說(shuō)， 通常是選用串聯(lián)線性集成穩(wěn)壓器。而在這種類(lèi)型的器件中，又以三端式穩(wěn)壓器應(yīng)用最為 廣泛。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

4、、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?？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(lèi)繁多的電子設(shè)備。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(mǎn)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。另外，很多

5、電子愛(ài)好者初學(xué)階段首先遇到的就是要解決電源問(wèn)題，否 則電路無(wú)法工作、電子制作無(wú)法進(jìn)行，學(xué)習(xí)就無(wú)從談起。為此， Pecker's Home專(zhuān) 門(mén)開(kāi)辟了這個(gè)直流穩(wěn)壓電源技術(shù)專(zhuān)題，希望給初學(xué)階段的電子愛(ài)好者一些幫助。 同時(shí)也可以作為普通愛(ài)好者電源技術(shù)方面的參考資料，供日常學(xué)習(xí)、制作參考上 之用。1.2 直流穩(wěn)壓電源的種類(lèi)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(lèi)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(lèi)，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

6、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。1.2.2 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(lèi)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(lèi)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

7、（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。1.2.3 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(lèi)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

8、瓦均有 產(chǎn)品。1.3 穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)及對(duì)穩(wěn)壓電源的要求穩(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(chēng)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，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 。1.3.2. 輸出電阻小負(fù)載變化時(shí)（從空載到滿(mǎn)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

9、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。1.3.3. 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 來(lái)表示 .1.3.4. 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

10、數(shù) S 。2 設(shè)計(jì)思想2.1 設(shè)計(jì)步驟（1）電網(wǎng)供電電壓交流 220V（有效值 ） 頻率為 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(guò)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(guò)濾波電路變成平滑，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(guò)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。2.2 穩(wěn)壓源基本組成U4U2整流U3負(fù) 載電路原理框圖直流穩(wěn)壓電源是將頻率為 50Hz、有效值為 220V 的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值

11、穩(wěn)定、 輸出電流為幾十安以下的直流電源，其基本組成如上圖所示：直流穩(wěn)壓電源的輸入為 220V的電網(wǎng)電壓，一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值和電 網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需要通過(guò)電源變壓器降壓后，再對(duì)交流電壓進(jìn)行處理。 變壓器副邊電壓有效值決定于后面電路的需要。變壓器副邊電壓通過(guò)整流電路從交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓， 即正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單 一方向的脈動(dòng)電壓，半波整流電路和全波整流電路的輸出波形如圖所示?？梢钥闯?，他 們均含有較大的交流分量，會(huì)影響負(fù)載電路的正常工作。為了減小電壓的脈動(dòng)，需通過(guò)低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。理想情況下， 應(yīng)將交流分量全部濾掉，使濾波電路的輸出電壓僅為直流電壓。然而，

12、由于濾波電路為 無(wú)源電路，所以接入負(fù)載后勢(shì)必影響其濾波效果。對(duì)于穩(wěn)定性要求不高的電子電路，整 流、濾波后的直流電壓可以作為供電電源。交流電壓通過(guò)整流、濾波后雖然變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓，但是當(dāng)電網(wǎng)電壓波 動(dòng)或者負(fù)載變化時(shí)，其平均值也將隨之變化。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不 受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性。3 單元電路3.1 電源變壓器電源變壓器 T 的作用是將電網(wǎng) 220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電 壓 Ui 。 同 時(shí) 還 可 以 起 到 直 流 電 源 與 電 網(wǎng) 的 隔 離 作 用 。 實(shí) 際 上 ， 理 想 變 壓 器 滿(mǎn) 足 I1

13、/I 2=U2/U1=N2/N1=1/n，因此有 P1=P2=U1I 1=U2I 2。變壓器副邊與原邊的功率比為 P2/ P1=， 式中 是變壓器的效率。根據(jù)輸出電壓的范圍，可以確定變壓器副邊電壓。小型變壓器的效率副邊功率 P210VA10 30VA30 80VA80 200VA效率0.60.70.80.853.2 整流電路半波整流D1半波整流電路整流電路圖所示，其輸出電壓平均值就是負(fù)載電阻上電壓的平均值U1(AV) 。從波形圖所示可知，當(dāng) t=0 時(shí)， Uo = 2 U2sin t; 當(dāng) t= 2時(shí)， Uo=0。所以，求解 Uo 的平均值 Uo(AV) ，就是將 0 的電壓平均在 02時(shí)間間

14、隔之中，寫(xiě)成表達(dá)式為 : Uo(AV) =1/2 U2sin td( t)解得: U o(AV)= U2/ 0.45U2負(fù)載電流的平均值 : I o(AV) = Uo(AV) /RL半波整流電路中的二極管安全工作條件為：a) 二極管的最大整流電流必須大于實(shí)際流過(guò)二極管平均電流，即I F>I DO=ULO/RL=0.45U2/RLb) 二極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，即 UR>URM = 2U2單相半波整流電路簡(jiǎn)單易行，所用二極管數(shù)量少。但是由于它只是利用了交流電壓 的半個(gè)周期，所以輸出電壓低，交流分量大，效率低。 而且整流電壓的脈動(dòng)

15、較大，無(wú)濾波電 路時(shí)，整流電壓的直流分量較小， Vo=0.45Vi ， 適用于整流電流較小，對(duì)脈動(dòng)要求不高的場(chǎng) 合。3.1.2 全波橋式整流電路AC全波橋式整流電路UL設(shè) 變壓器次級(jí)電壓 U2=U2msin t= 2 U2sin t，其中 U2m為其幅值， U2為有效值，在電壓 U2 的正半周期時(shí)，二極管 D1、D3因受正向偏壓而導(dǎo)通， D2、D4 因承受反向電壓而截止； 在電壓 U2 的負(fù)半周期時(shí)，二極管因受 D2、D4 正向偏壓而導(dǎo)通， D1、D3因承受反向電壓 而截止。 U2和 UL的波形如圖所示，顯然，輸入電壓是雙極性，而輸出電壓是單極性，且 是全波波形，輸出電壓與輸入電壓的幅值基本相

16、等。全波整流電路中的二極管安全工作條件為：a）二極管的最大整流電流必須大于實(shí)際流過(guò)二極管平均電。由于4 個(gè)二極管是兩兩輪流導(dǎo)通的，因此 I F>I DO=0.5ULO/RLb 二極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，即 UR>URM= 2 U2。單相橋式整流電路與半波整流 電路相比，在相同的變壓器副邊電壓下，對(duì)二極管的參數(shù)要求是一樣的，并且還具有輸 出電壓高、變壓器利用高、脈動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，因此得到廣泛的應(yīng)用。它的主要缺點(diǎn)是所需 二極管的數(shù)量比較多，由于實(shí)際上二極管的正向電阻不為零，必然使得整流電路內(nèi)阻較 大，當(dāng)然損耗也就比較大。綜合以上分

17、析采用單相橋式整流電路3.3 濾波電路電容濾波電路是最常見(jiàn)的也是最簡(jiǎn)單的濾波電路， 在整流電路的輸出端并聯(lián)一個(gè)電 容即構(gòu)成電容濾波電路，如下圖所示：R單相橋式整流電容濾波電路該電路工作原理：設(shè) U2= U2msin t= 2 U2sin t ，由于是全波整流，因此不管是在正 半周期還是在負(fù)半周期，電源電壓 U2 一方面向 RL 供電，另一方面對(duì)電容 C進(jìn)行充電， 由于充電時(shí)間常數(shù)很?。ǘO管導(dǎo)通電阻和變壓器內(nèi)阻很小） ，所以，很快充滿(mǎn)電荷， 使電容兩端電壓 UC基本接近 U2m，而電容上的電壓是不會(huì)突變的。現(xiàn)假設(shè)某一時(shí)刻 U2 的 正半周期由零開(kāi)始上升，因?yàn)榇藭r(shí)電容上電壓 UC基本接近 U2m

18、，因此 U2<UC， D1、D2、 D3、D4管均截止，電容 C通過(guò) RL放電，由于放電時(shí)常數(shù) d=RLC很大（ RL較大時(shí)），因此 放電速度很慢， UC下降很少。與此同時(shí)， U2 仍按 2 U2sin t 的規(guī)律上升，一旦當(dāng) U2> UC 時(shí)，D1、D3導(dǎo)通，U2對(duì)C充電。然后，U2又按 2 U2sin t 的規(guī)律下降，當(dāng)U2<UC 時(shí)， 二極管均截止，故 C又經(jīng) RL放電。同樣，在 U2 的負(fù)半周期也會(huì)出現(xiàn)與上述基本相同的 結(jié)果。這樣在 U2 的不斷作用下，電容上的電壓不斷進(jìn)行充放電，周而復(fù)始，從而得到一 近似于鋸齒波的電壓 UL= UC，使負(fù)載電壓的紋波大為減小。由以上

19、分析可知，電容濾波電路有如下特點(diǎn)：a）RLC 越大，電容放電速度越慢， 負(fù)載電壓中的紋波成分越小， 負(fù)載平均電壓越高。 為了得到平滑的負(fù)載電壓，一般取 R LC（3 5）T/2 式中， T為交流電源電壓的周期。 由上式可以解得 C =（3 5）T/2 R L400 Fb）RL越小輸出電壓越小。若 C 值一定，當(dāng) RL ，即空載時(shí)有 ULO= 2 U21.4 U2。 當(dāng) C=0，即無(wú)電容時(shí)有 ULO 0.9 U2。當(dāng)整流電路的內(nèi)阻不太大（幾 ）和電阻 RL電容 C 取值滿(mǎn)足上式時(shí)，有 ULO（1.1 1.2） U 2總之，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3.4 穩(wěn) 壓器穩(wěn)壓器為電源

20、的核心部分。盡管經(jīng)過(guò)整流濾波后的直流電壓，可以充當(dāng)某些電子電 路的電源，但是其電壓值的穩(wěn)定性很差，它受溫度、負(fù)載、電網(wǎng)電壓波動(dòng)等因素的影響 很大。因此還必須有穩(wěn)壓電路，以維持輸出直流電壓的基本穩(wěn)定。圖 5 為直流穩(wěn)壓電源 穩(wěn)壓器電路，通過(guò)三端可調(diào)線性集成穩(wěn)壓器 LM317 的穩(wěn)壓，輸出電壓在輸入電網(wǎng)波動(dòng) ±10%、輸出負(fù)載變化以及溫度波動(dòng)幾種情況下仍然可以保持不變。D6輸入LM317輸出C2D5C3R3C4C5R2直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓器電路三端穩(wěn)壓器的額定輸出電壓一般是不可調(diào)的， 但可以通過(guò)外接元件 R2、R3 來(lái)擴(kuò)展輸 出電壓，達(dá)到調(diào)壓作用，如圖所示。輸出電流可達(dá) 1.5A 。 輸出端

21、和調(diào)節(jié)端之間在工作時(shí)產(chǎn)生標(biāo)稱(chēng)值為 1.25V的基準(zhǔn)電壓 UREF輸出電流可達(dá) 1.5A 。， 這個(gè)基準(zhǔn)電壓加在電阻 R3上，由于電壓是恒定的，就有一個(gè)恒定的電流流過(guò)輸出設(shè)定電 阻R2，得到的輸出電壓是：UO=RREF(1+R3/R2)+IADJR3 IADJ代表了一個(gè)誤差項(xiàng)，在設(shè)計(jì) LM317 時(shí)盡量減小 IADJ，并使之等于一個(gè)常數(shù)，完全 不隨輸入電壓和負(fù)載變化，于是：UO1.25(1+R3/R2)為了減少 R2上的紋波電壓， 可在其上并聯(lián)一個(gè) 10F 電容 C4但是，在輸出開(kāi)路時(shí)， C4將向穩(wěn)壓器調(diào)整管發(fā)射結(jié)反偏，為了保護(hù)穩(wěn)壓器，可加二極管D6，提供一個(gè)放電回路，D5,D6 起保護(hù)作用。

22、由于加外接保護(hù)電路 C5 的存在，容易發(fā)生電容器發(fā)電而損壞 穩(wěn)壓器。若有外接保護(hù)二極管 D6 ，電容器 C5 放電時(shí)， D5 導(dǎo)通鉗位，使穩(wěn)壓器得到保 護(hù)。可見(jiàn)，當(dāng) R3 取定(通常取 R3=240)后，改變 R2的值，輸出電壓 UO也隨之改變，即 輸出UO可調(diào)。C2：應(yīng)靠近穩(wěn)壓器， 輸入電容器 C1用于抑制紋波電壓C4：為一旁路電容， 可進(jìn)一步抑制紋波， 當(dāng)輸出電壓升高時(shí)， C3可防止紋波的放大。 (即將 R3上的紋波旁路掉)C5：由于使用了 C2、C4等 ，與任何反饋電路一樣，某些數(shù)值的外接電容( 500F 5000F)可能引起振蕩， C5的作用就是消除這種效應(yīng)，確保工作穩(wěn)定。用于消除輸出

23、 電壓中的高頻噪音，可取小于 1 F的電容實(shí)際的穩(wěn)壓電源產(chǎn)品常常在輸出兩端并聯(lián)電壓表，作 UO的指示。 由于設(shè)計(jì)要求電壓不是從零開(kāi)始調(diào)起， LM317集成穩(wěn)壓器不需要電壓補(bǔ)償電路來(lái)抵消 LM317的1.25V最小輸出電壓，LM317 其特性參數(shù)輸出電壓可調(diào)范圍： 1.2V37V；輸出負(fù)載電流： 1.5A ；輸入與輸出工作壓差 U=Ui -Uo：340V3.4.2 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的主要特點(diǎn)a）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。的變化越小，電源的穩(wěn)定度越由于輸入電壓變化而引起輸出電壓變化的程度，稱(chēng)為穩(wěn)定度指標(biāo)，常

24、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，輸出電壓高。通常 S 約為b）輸出電阻小負(fù)載變化時(shí)（從空載到滿(mǎn)載），輸出電壓的性能可用輸出電阻表征。Usc ，應(yīng)基本保持不變。穩(wěn)壓電源這方面輸出電阻（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 0 01歐。c）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)，

25、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 來(lái)表示 .d）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 。103.5 電路圖及器件明細(xì)3.5.1 連續(xù)可調(diào)直流電壓源電路圖Uo3.5.2 元件電路參數(shù)計(jì)算a) 輸出電壓計(jì)算公式 U0 1.25(1 R2 ) 帶入數(shù)據(jù)可得 1.25=1.25 (1+R2/R3)(1) 0R110=1.25 (1+R2/R3)(2) 有(1)(2)可得：R2 8.6R1 取滑動(dòng)變阻器：R2 1k

26、 ，則 R1 116 ， R1 116 的阻值不是標(biāo)稱(chēng)值，取標(biāo)稱(chēng)阻值 200 。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)式集成穩(wěn)壓器，常 見(jiàn)主要有 LM317,317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。b) 選集成穩(wěn)壓器，確定電路形式選可調(diào)式三端穩(wěn)壓器 LM317，其特性參數(shù) Vo=1.2V3

27、7V，I omax=1.5A，最小輸入、輸出 壓差(Vi-Vo)min=3V ，最大輸入、輸出壓差 (Vi -V o) max=40V。組成的穩(wěn)壓電源電路。由計(jì)算 得 Vo1.25(1+R2/R3) ，取 R3=240 ，則RPlmin=48 ，RPlmax=912，故取 R2為 2.7k 的精密 線繞可調(diào)電位器。c) 選電源變壓器 由計(jì)算可得輸入電壓 Vi 的范圍為omax+(Vi -Vo) minVi Vomin+(Vi-Vo)max3V+3VVi 1.5V+40V6VVi 41.5V副邊電壓 V2 Vimin /1.1=6/1.1V ，取 V2=6V，副邊電流 I 2>Iomax=

28、0.3A，取 I 2=0.5A，則11變壓器副邊輸出功率 P2I 2V2=3W。變壓器的效率 =0.6，則原邊輸入功率 P1P2/ =5W。為留有余地，選功率為 10W 的電源變壓器。d)整流二極管耐壓 VD>VOM= 2V2 ID> I Omax =0.3AVDmim2 Vomax (Vi Vo ) min9 2 12.76V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:C1Ii maxT(3 5)2Uimin(825 1375) F為了留有余地，取 2200uF/50V 作濾波電容。d) 保護(hù)管 VD1,VD2集成穩(wěn)壓器如果離濾波

29、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 D5。在沒(méi)有容性負(fù)載的情況下 , 穩(wěn)壓器可以穩(wěn)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

30、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 D6。VD1和 VD2都選用 IN4007 額定電流 1A，最大反向電壓 100V。123.5.3 器件明細(xì)表元件型號(hào)或數(shù) 值數(shù)量作用穩(wěn)壓器LM3171三端集成穩(wěn)壓器變壓器 T/1電源變壓器，將輸入 220V ，50Hz 交流電壓降壓保險(xiǎn)管 Fu1A1防止電流過(guò)大損壞器件二極管 D1 D41N40074橋式整流，將交流信號(hào)變成脈動(dòng)直流二極管 D5、 D61N40072保護(hù)，防止調(diào)整器外接電容通過(guò)小電流端放電而進(jìn)入調(diào) 整器電容 C14000

31、F1濾波電容，濾除交流成分，使脈動(dòng)直流更加平滑電容 C20.01F1消振電容， 靠近穩(wěn)壓器， 起消振作用 （即防止自激振蕩）電容 C347F1旁路電容，當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，可進(jìn)一步抑制紋波，防 止紋波的放大電容 C4100F1消振電容，消除某些數(shù)值的外接電容（ 500 p 5000 p ） 可能引起振蕩電容 C50.01F1防止負(fù)載連續(xù)突變而造成對(duì) T1 連續(xù)沖擊（防干擾）， T2 的交流旁路電容電容 C6100F1輸出電容，濾波、防止當(dāng)輸出電壓突變時(shí)造成對(duì)負(fù)載沖 擊（消振）電阻 R32401調(diào)壓電位器 R22.7k1調(diào)壓134 電路常見(jiàn)故障及原因4.1、降壓變壓器故障 直流穩(wěn)壓電源變壓器電路中

32、，有接線插頭、電源開(kāi)關(guān)、變壓器、保險(xiǎn)管。 故障現(xiàn)象：變壓器次級(jí)無(wú)輸出交流電壓。產(chǎn)生原因：可能是接線插頭斷路、電源開(kāi)關(guān)斷路、變壓器損壞、保險(xiǎn)管熔斷等。 查找方法：先測(cè)量變壓器的初級(jí)是否有 220V 交流電壓，從而判斷故障點(diǎn)在變壓器 之前還是之后。 若無(wú) 220V 交流電壓， 說(shuō)明是接線插頭斷路或電源開(kāi)關(guān)斷路。 若有 220V 交流電壓，可取出保險(xiǎn)管測(cè)量，進(jìn)一步判斷故障源。4.2、電容濾波電路故障a） 故障現(xiàn)象：輸出直流電壓約為 1.4U2（正常應(yīng)為 1.2 U2） 產(chǎn)生原因：輸出負(fù)載空載。b） 故障現(xiàn)象：輸出直流電壓約為 1U2（正常應(yīng)為 1.2 U2）。 產(chǎn)生原因：橋式整流電路中的二極管有一對(duì)

33、沒(méi)有正確接入電路，使電路變成半波整 流。濾波電容接入電路，濾波電路工作。c）故障現(xiàn)象：輸出直流電壓約為 0.9U2（正常應(yīng)為 1.2 U2）。 產(chǎn)生原因：濾波電容未能接入電路，濾波電路沒(méi)有工作。d）故障現(xiàn)象：輸出直流電壓約為 0.45U2（正常應(yīng)為 1.2 U2）。 產(chǎn)生原因：濾波電容未能接入電路，濾波電路沒(méi)有工作，而且橋式整流電路中的二 極管有一對(duì)沒(méi)有正確接入電路，使電路變成半波整流。e）故障現(xiàn)象：輸出直流電壓紋波過(guò)大，即脈動(dòng)系數(shù) S 太大。 產(chǎn)生原因：濾波電容不夠大，或負(fù)載阻值太小。4.3 穩(wěn)壓器故障 a）故障現(xiàn)象：穩(wěn)壓器電路的輸出電壓與輸入電壓完全相等（正常應(yīng)輸出至少比輸入 小 23V

34、）。產(chǎn)生原因：可能是 LM317 穩(wěn)壓器的公共端開(kāi)路。b）故障現(xiàn)象：穩(wěn)壓器電路的輸出電壓固定為 1.25V。產(chǎn)生原因： R2被短路，使輸出只能為 1.25V 的基準(zhǔn)電壓 UREF。c）變小， R2減小時(shí)輸出變大。 產(chǎn)生原因： R2 接反。145 附錄 LM317 資料LM317是可調(diào)節(jié) 3端正電壓穩(wěn)壓器，在輸出電壓范圍1.2 伏到 37 伏時(shí)能夠提供超過(guò) 1.5 安的電流，此穩(wěn)壓器非常易于使用。LM317 作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集 成穩(wěn)壓塊。 317 系列穩(wěn)壓塊的型號(hào)很多：例如 LM317HVH、W317L等。電子愛(ài)好者經(jīng) 常用 317 穩(wěn)壓塊制作輸出電壓

35、可變的穩(wěn)壓電源。穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計(jì)算，Vo 1.25 （1R2/R1）。僅僅從公式本身看， R1、 R2的電阻值可以隨意設(shè)定。然而作為穩(wěn)壓電源的輸出電壓計(jì)算公式， R1和 R2 的阻值是不能隨意設(shè)定的。首先 317 穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是Vo1.25V 37V（高輸出電壓的 317穩(wěn)壓塊如 LM317HVA、 LM317HVK等，其輸出電壓變化范圍是 Vo 1.25V 45V），所 以 R2/R1 的比值范圍只能是 0 28.6 。其次是 317 穩(wěn)壓塊都有一個(gè)最小穩(wěn)定工作電流，有的資料稱(chēng)為最小輸出電流， 也有的資料稱(chēng)為最小泄放電流。最小穩(wěn)定工作電流的值一般為1.5mA。由于 3

36、17 穩(wěn)壓塊的生產(chǎn)廠家不同、型號(hào)不同，其最小穩(wěn)定工作電流也不相同，但一般不大于 5mA。當(dāng) 317 穩(wěn)壓塊的輸出電流小于其最小穩(wěn)定工作電流時(shí)，317 穩(wěn)壓塊就不能正常工作。當(dāng) 317 穩(wěn)壓塊的輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流時(shí)， 317 穩(wěn)壓塊就可以 輸出穩(wěn)定的直流電壓。如果用 317 穩(wěn)壓塊制作穩(wěn)壓電源時(shí)（如圖所示），沒(méi)有注 意 317 穩(wěn)壓塊的最小穩(wěn)定工作電流，那么你制作的穩(wěn)壓電源可能會(huì)出現(xiàn)下述不正 ?，F(xiàn)象：穩(wěn)壓電源輸出的有載電壓和空載電壓差別較大。在應(yīng)用中，為了電路的穩(wěn)定工作，在一般情況下，還需要接二極管作為保護(hù) 電路，防止電路中的電容放電時(shí)的高壓把 317 燒壞。要解決 317穩(wěn)壓塊最小穩(wěn)定工作電流的問(wèn)題，可以通過(guò)設(shè)定R1和 R2阻值的大小，而使 317 穩(wěn)壓塊空載時(shí)輸出的電流大于或等于其最小穩(wěn)定工作電流，從而 保證 317 穩(wěn)壓塊在空載時(shí)能夠穩(wěn)定地工作。 此時(shí)，只要保證 Vo/（ R1R2）1.5mA， 就可以保證 317 穩(wěn)壓塊在空載時(shí)能夠穩(wěn)定地工作。上式中的 1.5mA 為 317 穩(wěn)壓塊 的最小穩(wěn)定工作電流。當(dāng)然，只要能保證 317 穩(wěn)壓塊在空載時(shí)能夠穩(wěn)定地工作， Vo/（R1R2）的值也可以設(shè)定為大于 1.5mA 的任意值。經(jīng)計(jì)算可