实验九 直流稳压电源的设计

一．实验目的

1．学习小功率直流稳压电源的设计与调试方法。

2．掌握小功率直流稳压电源有关参数的测试方法。

二．预习要求

1．根据直流稳压电源的技术指标要求，按照教材中介绍的方法，设计出满足技术指标要求的稳压电源。根据设计与计算的结果，写出设计报告。

2．制定出实验方案，选择实验用的仪器设备，

三．实验原理

小功率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 u1 u2 u3 uI U0 _ 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _

a

u3

1．电源变压器

电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效率为：

P??2 P1

其中：P2是变压器副边的功率，P1是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表

1所示：

因此，当算出了副边功率P2后，就可以根据上表算出原边功率P1。

2．整流和滤波电路

在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压u2变换成脉动的直流电压u3。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI。UI与交流电压u2的有效值U2的关系为： UI?(1.1~1.2)U2

在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为：

URM?2U2

流过每只二极管的平均电流为：

I0.45U2 ID?R? 2R

其中：R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数RC应满足：

RC?(3~5)T

2

其中：T = 20ms是50Hz交流电压的周期。

3．稳压电路

由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。因此，为了维持输出电压UI稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。

集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。

（1） 固定电压输出稳压器

常见的有CW78??（LM78??）系列三端固定式正电压输出集成稳压器；CW79??（LM79??）系列三端固定式负电压输出集成稳压器。三端是指稳压电路只有输入、输出和接地三个接地端子。型号中最后两位数字表示输出电压的稳定值，有5V、6V、9V、15V、18V和24V。稳压器使用时，要求输入电压UI与输出电压Uo的电压差UI - Uo ≥2V。稳压器的静态电流Io = 8mA。当Uo = 5 ~ 18V时，UI的最大值UImax= 35V；当Uo=18 ~ 24V时，UI的最大值UImax = 40V。它们的引脚功能及组成的典型稳压电路见附录图A所示。

（2）可调式三端集成稳压器

可调式三端集成稳压器是指输出电压可以连续调节的稳压器，有输出正电压的CW317系列（LM317）三端稳压器；有输出负电压的CW337系列（LM337）三端稳压器。在可调式三端集成稳压器中，稳压器的三个端是指输入端、输出端和调节端。稳压器输出电压的可调范围为Uo=1.2 ~ 37V，最大输出电流Iomax =1.5A。输入电压与输出电压差的允许范围为： UI -Uo = 3 ~ 40V。三端可调式集成稳压器的引脚及其应用电路见附录图B。

三．稳压电源的设计方法：

稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压Uo、输出电流Io、输出纹波电压ΔUop-p等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。

稳压电源的设计可以分为以下三个步骤：

1） 根据稳压电源的输出电压Uo、最大输出电流Iomax，确定稳压器的型号及电路形式。

2） 根据稳压器的输入电压UI，确定电源变压器副边电压u2的有效值U2；根据稳压电 源的最大输出电流I0max，确定流过电源变压器副边的电流I2和电源变压器副边的功率P2；根据P2，从表1查出变压器的效率η，从而确定电源变压器原边的功率P1。然后根据所确定的参数，选择电源变压器。

3） 确定整流二极管的正向平均电流ID、整流二极管的最大反向电压URM和滤波电容

的电容值和耐压值。根据所确定的参数，选择整流二极管和滤波电容。

设计举例：设计一个直流稳压电源，性能指标要求为：

Iomax?800mA, Uo??3V~?9V,

?3 纹波电压的有效值 ?Uo?5mV,稳压系数 Sv?3?10

设计步骤：

1）选择集成稳压器，确定电路形式

集成稳压器选用CW317，其输出电压范围为：Uo?1.2~37V，最大输出电流Iomax为1.5A。所确定的稳压电源电路如图2所示。

~

图2在图2电路中，)，流过R1的电流为5~10mA。取R1R1取120~240?，

?240?

，则由Uo?1.25(1?Rw/R1)，

可求得：Rwmin?210?，Rwmax?930?，故取Rw为2k?的精密线绕电位器。

2）选择电源变压器

由于CW317的输入电压与输出电压差的最小值?UI?Uo?min?3V，输入电压与输出电压差的最大值?UI?Uo?max?40V，故CW317的输入电压范围为： Uomax?(UI?Uo)min?UI?Uomin?(UI?Uo)max 即 9V?3V?UI?3V?40V 12V?UI?43V

U2?

UImin

1.11.1

变压器副边电流： I2?Iomax?0.8A，取I2?1A，

?12

?11V， 取 U2?12V

因此，变压器副边输出功率： P2?I2U2?12W 由于变压器的效率??0.7，所以变压器原边输入功率P1?地，选用功率为20W的变压器。

3）选用整流二极管和滤波电容

由于：URM?选用IN4001。

根据 U0?9V,UI?12V,?U0p?p?5mV,Sv?3?10和公式

Sv?

?Uop?pUU0Sv

I

P2

?17.1W，为留有余

2U2?2?12?17V，I0max?0.8A。

IN4001的反向击穿电压URM?50V，额定工作电流ID?1A?I0max，故整流二极管

?3

，

?U0U0

?3

?UU

I

Io?常数I

T?常数

可求得： ?U

I

??

0.005?129?3?10

?2.2V

所以，滤波电容：

C?Ict

?UII0max???UIT2?0.8?1502.2?12?0.003636F?3636uF 电容的耐压要大于2U2?

为25V的电解电容。

2?12?17V，故滤波电容C取容量为4700?F，耐压

四．稳压电源的安装与调试

按图3所示安装集成稳压电路，然后从稳压器

的输入端加入直流电压UI?12V，调节RW，若

用万用表测量整流二极管的正、反向电阻，正 确判断出二极管的极性后，按图4所示先在变压器

o 的副边接上额定电流为1A的保险丝，然后安装整 流滤波电路。 安装时要注意，二极管和电解电容 的极性不要接反。经检查无误后，才将电源变压器

与整流滤波电路连接，通电后，用示波器或万用表 检查整流后输出电压UI的极性，若UI 则说明整流电路没有接对，此时若接入稳压电路， 1 2 0 就会损坏集成稳压器。因此确定UI的

极性为正后，断开电源，按图2所示 将整流滤波电路与稳压电路连接起来。

然后接通电源，调节RW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，此时就可以进行

各项指标的测试。

五．稳压电源各项性能指标的测试

1．输出电压与最大输出电流的测试

测试电路如图5所示。一般情 自耦变压器 Io 电流表

况下，稳压器正常工作时，其输出 电流Io要小于最大输出电流Iomax， RL 取I0?0.5A，可算出RL=18Ω， 工作时RL上消耗的功率为：

PL?UoIo?9?0.5?4.5W

故RL取额定功率为5W，阻值为 18Ω的电位器。

测试时，先使RL?18?，交流输入电压为220V，用数字电压表测量的电压值就是Uo。然后慢慢调小RL，直到Uo的值下降5%，此时流经RL的电流就是Iomax，记下Iomax后，要马上调大RL的值，以减小稳压器的功耗。

2．稳压系数的测量

按图5所示连接电路， 在U1?220V时，测出稳压电源的输出电压Uo。然后调节自耦变压器使输入电压U1?242V，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U1?198V，测出稳压电源的输出电压Uo2。则稳压系数为：

?Uo

Sv?

Uo

?U1U1

?

220242?198

?

Uo1?Uo2

Uo

3．输出电阻的测量

按图5所示连接电路，保持稳压电源的输入电压U1?220V，在不接负载RL时测出开路电压Uo1，此时Io1=0，然后接上负载RL，测出输出电压Uo2和输出电流Io2，则输出电阻为：

Ro??

Uo1?Uo2Io1?Io2

?

Uo1?Uo2

Io2

4．纹波电压的测试

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ΔUop-p 的值（约几mV）。 5．纹波因数的测量

用交流毫伏表测出稳压电源输出电压交流分量的有效值，用万用表（或数字万用表） 的直流电压档测量稳压电源输出电压的直流分量。则纹波因数为：

输出电压交流分量的有效值??

输出电压的直流分量

六． 实验内容：

1．设计一个输出电压连续可调的稳压电源，性能指标为：

（1）输出电压U0=（?3~?12V）；最大输出电流I0max?100mA （2）负载电流I0?80mA （3）纹波电压 ?Uop?p?5mV

?3

（4）稳压系数 Sv?5?10

2．按照教材中所介绍的方法，设计满足以上性能指标的稳压电源，计算出稳压电源中 各元件的参数，安装和调试电路。

3．在保证电路正常工作后，测出稳压电源的性能参数U0min、U0max、I0max、Sv、

R0、?Uop?p和?。

七．实验报告要求

1．列出设计题目和技术指标要求。

2．列出设计步骤和电路中各参数的计算结果。 3．画出标有元件值的电路图。 4．列出性能指标的测试过程

5．整理实验数据，并与理论值进行比较。

附录：

1．固定式三端稳压器的引脚图及典型应用电路

o （a） 1 o 1 ）

Co采用漏电流小的钽电容）

图A 固定式三端稳压器的引脚图与应用电路

说明：稳压器输入端的电容C1用来进一步消除纹波,此外，输出端的电容Co与C1起到了频率补偿的作用，能防止自激振荡，从而使电路稳定工作。

2．可调式三端稳压器的引脚图及其典型应用电路

在图B (a)中，R1与Rw组成输出电压

调节电路，输出电压Uo≈1.25 (1 + Rw / R1 )，CW317 R1的值为120 ~ 240Ω，流经R1的泄放电 1 2 o 流为5 ~ 10mA。Rw为精密可调电位器。电 容C1可以进一步消除纹波，电容C1与Co o i 还能起到相位补偿作用，以防止电路产生 （a） 自激振荡。电容C2与Rw并联组成滤波电 其中：C1= 0.01μF，C2 =10μF，CO =1μF， 路，电位器Rw两端的纹波电压通过电容C2 R1 =200Ω，RW =3kΩ，D5用IN4001 旁路掉，以减小输出电压中的纹波。二极 管D5的作用是防止输出端与地短路时，因 电容C2上的电压太大而损坏稳压器。 1 2 3 o I b 1W 图B 可调三端式集成稳压器

第二篇：课程设计任务书(数控直流稳压电源)

电子线路课程设计实践报告

    课程名称：  电子线路   

实践题目：数控电压源

专业班级：12电子信息工程（本）                    

第  一 组，姓名 刘路              

学号   2012103243  

指导教师   余良国         

南昌工程学院信息工程学院教学科研部

南 昌 工 程 学 院

课程设计（论文）任务书

   信息工程   学院12电子信息工程(本) 专业    01        班

学生：      刘路              

日期：    自  20## 年  12月   22   日至 2105 年  1月 2  日

指导教师：     余国良               

助理指导教师(并指出所负责的部分)：

教研室：   电子工程             教研室主任：       王颖                

目录

一、         课题简介············································

二、         方案设计··········································

三、         各单元电路设计和参数计算·························

四、心得体会···········································16

五、参考资料······································17

六、附实物图·····································18

                              

                         

一．课题简介:

1.应用AT89S51作为控制器。51系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，或布尔处理器。它的处理对象不是字或字节而是位。它不光能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。51系列的另一个优点是乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。而且，51系列的I/O脚的设置和使用非常简单，当该脚作输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平（复位时，各I/O口均置高电平）。当该脚作输出脚使用时，则为高电平或低电平均可。低电平时，吸入电流可达20mA，具有一定的驱动能力；而为高电平时，输出电流仅数十μA甚至更小（电流实际上是由脚的上拉电流形成的），基本上没有驱动能力。

 2.使用led显示。优点，可视角度宽，价格便宜。缺点，显示的内容少，界面呆板，而且占用较多的I/O口资源。

3.电源部分：

三端固定输出电压式稳压电源78XXXX系列，运用其器件内部电路来实现过压保护，过流保护，过热保护。这使它的性能很稳定。能够实现1A以上的电流器件，具有良好的温度系数，本产品有多种电压输出值5v~24v，因此产品的应用范围很泛，可以运用本地调节来消除噪声影响，解决了与单点调节的分散问题，输出电压误差精度分为正负3%和正负5%。

二．方案设计

 1．整流、滤波电路设计。首先确定整流电路结构为桥式电路，选用大的电解电容对输入的电流进行滤波处理。电路如图

3.该部分电路通过运用两个MC74HC573N芯片控制数码管的位选和段选，并且，都将

他们接在AT89S51的主芯片的Ｐ０.０～Ｐ０．７口上进行对数码管的控制。通过数码管的时时检测来知道电路电压输出的大小。

电压显示电路，如下图所示

4.所用原件

ＡＴ８９Ｓ５１

芯片的引脚图如图所示：

8位数模转换器DAC0832芯片

TLC2543引脚、功能及时序

一、引脚：

TLC2543为20脚DIP封装，引脚图如下图所示。

24C02芯片

概述：

CAT24WC01/02/04/08/16 是一个1K/2K/4K/8K/16K 位串行CMOS E2PROM 内部含有128/256/512/1024/2048 个8 位字节CATALYST 公司的先进CMOS 技术实质上减少了器件的功耗CAT24WC01 有一个8 字节页写缓冲器CAT24WC02/04/08/16 有一个16 字节页写缓冲器该器件通过I2C 总线接口进行操作有一个专门的写保护功能。

5.SCL 串行时钟

CAT24WC01/02/04/08/16 串行时钟输入管脚用于产生器件所有数据发送或接收的时钟这是一个输入管脚。

SDA 串行数据/地址

CAT24WC01/02/04/08/16 双向串行数据/地址管脚用于器件所有数据的发送或接收SDA 是一个开漏，输出管脚可与其它开漏输出或集电极开路输出进行线或wire-ORA0 A1 A2 器件地址输入端这些输入脚用于多个器件级联时设置器件地址当这些脚悬空时默认值为0 24WC01 除外。

6.TLC2543概述

TLC2543是12位的串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机的I/O资源；且价格适中，分辨率较高，因此使用较为广泛。

   TLC2543与围外电路的连线简单，三个控制输入端的CS（片选）、输入/输出时钟（I/O CLOCK）以及串行数据输入端（DATE INPUT 。片内的14通道多路器可以选择11个输入中的任何一个或三个测试电压中的一个，采样保持是自动的，转换结束，EOC输出变高。

四．心得体会

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在，因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关高频电子线路，数控电压源方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获龋最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可!

课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试;熟悉了常用仪器、仪表;了解了电路的连线方法;以及如何提高电路的性能等等，掌握了焊接的方法和技术，通过查询资料，也了解了收音机的构造及原理。我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。

回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。

实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。

五．参考资料

[1]、康华光，电子技术基础[M]（第五版），高等教育出版社，2006

[2]、唐竞新：数字电子电路[M].第一版 北京：清华大学出版社，2003

[3]、吴立新.实用电子技术手册[M].北京：机械工业出版社

[4]、杨长春.论数字技术[J].《电子报》合订本.成都；四川科学技术出版社2003

六．实物图