课程设计说明书
题 目： 可调直流稳压电源设计 课程名称： 模拟电子技术基础 学 院： 电子信息与电气工程学院 学生姓名： 学 号：
专业班级：
指导教师：
20xx年6月7日
可调直流稳压电源的设计
摘 要：设计制作一个可调直流稳压电源电路，该电路可以满足以下条件。变压器把家用照明电交流电压220V变为所需要的48V低压交流电。桥式整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可在1.25V-15V可调，最大输出电流为Iomax=1A；纹波电压小于10mV，稳压系数Sr小于5％。
关键词：Lm317稳压管；电位器；直流电源；电路仿真；PCB制作
目 录
1. 设计背景…………………………………………….………………………1
1.1了解电源电路的定义与组成………………………………………………1
1.2 掌握稳压电路的作用及基本构成…………………………………………1
2. 设计方案……………………………………………………………………1
2.1任务分析……………………………………………………………………1
2.2方案论证……………………………………………………………………2
3. 方案实施…………………………….………………………………………2
3.1电路仿真………… ….………………………………………………………2
3.2原理图设计………… ….……………………………………………………7
3.3 PCB制作……………………………………………………………………7
3.4安装与调试…………………………………………………………………7
4. 结果与结论 …………………………………………………………………8
5. 收获与致谢…………………………………………………………………8
6. 参考文献……………………………………………………………………9
7. 附件………………………………………………..…………………………9
7.1 电路原理图…………………………………………………………………9
7.2 PCB布线图……………………………………….………………………9
7.3元器件清单…………………………………………………………………10
1. 设计背景
1.1 了解电源电路的定义与组成
电子电路要正常工作,电源的作用是不可忽视的,电源性能的好坏,对电路、电子仪器和电子设备的使用寿命、使用性能等影响很大,尤其在带有感性负载的电路和设备(如电机)中,对电源的性能要求更高。在很多应用直流电机的场合中,要求为电机驱动电路提供一个其输出能从0V开始连续可调0V～24V的直流电源,并且要求电源有保护功能。实际上就是要求设计一个具有足够的调压范围和带负载能力的直流稳压电源电路。这样一个电路的设计,其关键在于稳压电路的设计,要求:一输出电压从0V开始连续可调,二所选器件和电路必须达到在较宽范围内输出电压可调;三输出电压应能够适应所带负载的启动性能。此外,电路还必须简单可靠,能够输出足够的电流。
1.2 掌握稳压电路的作用及基本构成
稳压电路是电源电路系统中的关键，它属于一种稳定电压的电路，整个系统在它的作用下才能输出稳定电压。稳压电路分为稳压管稳压电路，串联型稳压电路，开关型稳压电路。稳压管稳压电路由二极管和限流电阻组成，是一种最简单的直流稳压电路。串联型稳压电路以稳压管稳压电路为基础，利用晶体管的电流放大作用，增大负载电流，在电路中引入深度电压负反馈使输出电压稳定。开关型稳压电路中的调整管工作在开关状态，使得电路效率大大提高。而本次设计我们采用Lm317三端稳压电路。Lm317是可调节3端电压稳压器，此稳压器非常易于使用，只需要两个外部电阻来设置输出电压，此外还使用内部限流，热关断和安全工作区补偿使之基本能防止烧断保险丝。
2. 设计方案
2.1 任务分析 可调直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把家用照明电交流电压220V变为所需要的低压交流电。桥式整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可在1.25V-37V可调。根据课程设计要求，分析可知，可调直流稳压电源是由桥式整流管，lm317稳压器，一个470uf的滤波电容，一个10uf电解电
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容，一个1uf电解电容，一个330nf的普通电容，一个240Ω的电阻和一个5KΩ电位器组成。
2.2 方案论证
根据设计指标要求，我们进行了多次论证，讨论了直流稳压电源应采用的电路结构，通过多次试验，我们最终决定了该电源的结构组成。该直流稳压电源由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等组成，其方框图如下图2.1。
电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。在本次课程设计中，实验室为我们提供了变压器，输入220V交流电，输出48V电。整流电路起的作用就是把交流电整流成直流电。滤波电路的作用是变不稳定的直流电为更稳定的直流电。稳压电路的作用是输出稳定的电压。通过方案的论证，我们建立了所要设计电源的基本结构。
2.1 直流稳压电源基本框架图
3. 方案实施
3.1 电路仿真
1、整流滤波电路
在设计整流电路时，将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。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、桥式整流滤波等。但本次设计我们用的是桥式整流电路。桥式整流滤波电路图如图3.1。
在整流滤波电路中，滤波电容C满足RL-C＝（3~5）T/2，式中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。
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图3.1 整流滤波图
由于我们实验室提供输入220V交流输出48V交流电变压器，故仿真时我们用48V 50HZ交流电压源提供输入电压。
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
2、稳压电路 三端可调稳压器因具有稳定度高、适应性强、使用方便的优点，得到广泛应用。最大输出电流1.5A以下的三端可调稳压器，正电压输出的国产型号为CW117、CW217、CW317,他们的输出电压均为1.2~37V,最大输出电流IoM用后缀加以区别，标L为0.1A，M为0.5A,不标字母为1.5A。
在本次课程设计中，我们用的稳压器是Lm317， LM317是应用最为广泛的电源集成电路之一，它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，又具备输出电压可调的特点。此外，还具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。lm317是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流，此稳压器非常易于使用。Lm317特性为：保证1.5A 输出电流。典型线性调整率0.01%。
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典型负载调整率0.1%。80dB纹波抑制比。输出短路保护。过流、过热保护。调整管安全工作区保护。标准三端晶体管封装。LM317电压范围1.25V 至 37V 连续可调。
如图3.2为Lm317引脚图，Lm317主要参数如下。输出电压：1.25~37V DC；输出电流：5Ma~1.5A；芯片内部具有过热、过流、短路保护电路；最大输入输出电压差：40V DC，最小输入输出电压差：3V DC；使用环境温度：-10~+85℃ 。存储环境温度：-65~+150℃。
图3.2 LM317引脚图
三端可调稳压器的输出端与调整端（ADJ）间的UREF是固定不变的，lm317为+1.25V。调整端的电流十分稳定且很小(IADJ=50uA），故
UO=1.2(1+R2)V R1
图中R1跨接在输出端与调整端之间，为保证负载开路时IO>IOmin，R1的最大值为
R1max =UREF/IOmin
本电路中取IOmin=5mA，R1=1.2/5mA=240Ω。PR1用下式求得
PR1>=(1.2)2
R1W
本例中，PR1>=0.006W选1/4W、240Ω金属膜电阻。要求最大输出电压为15V，根据以上式求得R2=2650Ω，取标称值3KΩ。但由于实验室没有3KΩ的电位器，故用5 KΩ的电位器。
R2额定功率由下式估算，并取标称值
PR2>=
本例中，PR2=(37?1.2)2
6.8?10(UOmax?1.2V)2R2 W=0.188W，在要求较高场合选用WX105型5 KΩ精密线绕电
位器（额定功率为1W）。
C1为输入端滤波电容，可抵消电路的电感效应和滤波输入线窜入的干扰脉冲。取
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0.33uF瓷介电容。C2是为减小R2两端纹波电压而设置的，一般取10uF。C3是消振电容，防止输出端负载程电容性时可能出现的阻尼振荡。根据经验一般取1 uF，本例中选 1 uF、50V的电解电容。
图3.3中D2、为保护二极管，防止反向电压击穿稳压器，其原理与图中D相同。可选开关二极管IN4148。
3、整体电路 图3.3 稳压电路
根据实验要求和以上的分析，按照总体电路图在仿真软件Multisim上一一选择相应的原件并进行连接，然后启动观察。将电路在Multisim上连接好后，为各个电阻和电容选取适当值，检查无误后，然后打开Multisim的开关，滑动电位器滑片调节输出电压。通过仿真，得到了我们所要的结果，因此我们得出电路原理图无误，可以制板。则可得仿真图如图3.4。仿真结果如图3.5（a）和（b）。
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图3.4 电路仿真图
（a）
6
（b）
图3.5 电路仿真结果
(a)最小值仿真结果图 （b）最大值仿真结果图
3.2原理图设计 通过以上的分析和电路仿真结果可知，电路仿真图已经确认无误，现在可以制作原理图和PCB了，通过对各元件的导入并修改各个元器件的值，可以制的原理图如附件图7.1。
3.3 PCB制作
在布线前要在DXP中完成对电路图各个元件的封装。在封装时，要注意封装的选择，因为对于同一个元件可能有多种封装方式。封装时根据所给元件的类型选择合适的封装然后对各个元件进行封装。封装完成后，把原理图导入PCB板。导入PCB板后，再对元件的位置重新手动摆放，使尽量少的线重叠，以减少布线时的跳线出现。PCB原件分布已经做好，下面我们就要布线了，布线需要遵守布线规则。总之，制作好的PCB应满足以下条件：1、电源线和地线要求采用0.8mm或是0.6mm,如果从两个焊盘中间穿过时用0.4mm或0.3mm。2、信号线采用0.5mm。如果从两个焊盘中间穿过时用0.4mm或0.3mm。3、焊盘的内径用0.9mm或0.85mm。外径根据需要进行修改，一般为X方向1.6 mm，Y方向2.0mm，或是X方向2.0 mm，Y方向1.6mm。但由于我们做的是直流电源，按老师的要求，我们的信号线都采用0.8mm。制作好的PCB如附件图7.2。
3.4 安装与调试
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在安装时，我们要注意电解电容以及二极管的极性，耐心的按照PCB图安装好所有的原件，安装好后，按照电路图逐一检查电路有没有差错原件的问题，检查无误后，然后焊接，焊接时要小心不得使焊点短路，不得焊同一个点时间过长以免烧掉原件，焊好后，要用万用表逐一检查有没有虚焊、线路断路或线路短路问题。在确定线路没有问题的情况下连接电源调试，之后交给老师测试其功能，调节电位器测输出电压值，观察电压是否在要求范围之内，通过测试，达到了预期效果。
4. 结果与结论
利用4个1N4001二极管组成的桥式整流管，一个Lm317和一个470uF、一个10uF，一个1uF，一个330nF的电容和一个5KΩ来设计稳压电路，经过仿真，并利用示波器观察波形，得到了一个随着电位器的调节电压随着改变的可调直流稳压电源。本课程设计的目的要求是设计一种输出电压连续可调的集成稳压电源，输出电压在1.25---15V之间连续可调，输出最大电流可达1A，实物经调试后能在1.25~~15V间连续可调，最大 电流可达1A,满足课程设计要求。
5. 收获与致谢
经过两个星期的电子技术课程设计，我收获了很多。我了解了平时理论学习与实际操作之间的差距。比如，在焊接时，我都分不清二极管和电解电容的正负极性，通过翻看书籍才清楚。通过这两周的课程设计，我初步懂得了如何准备课程设计，懂得了怎样设计满足要求的原理图。在参照参考书设计电路图到完成实物中，我们遇到了许多问题，我们也学到了许多东西，知道选材料时注意电容的最大耐压，知道LM317的使用及其引脚的正确接法，这远比理论学习获得的要实用。
在制作PCB时，要注意很多细节，比如元件的封装，焊盘的内径大小和外径大小，还有线的宽度，这就很大的考验我们仔细认真地态度了，通过本次课程设计，培养了我们认真负责的态度和独立解决问题的能力。
通过本次课程设计，我们学到了很多课本上没有的知识，锻炼了我们动手操作的能力，加深了同学间的友谊，学会了相互合作精神，提高了我们的团体意识，这些都让我们获益匪浅。
毕竟第一次做课程设计，在做设计的过程中难免遇到这样那样的问题，这就要求我们具有不怕困难，迎难而上的勇气。通过这次课程设计，我发现了自己的不足之处，感
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觉对以前学过的知识理解不够深刻，不够牢固，这极大地激发了我们的学习兴趣，提高了我们学习的动力。总之，通过本次课程设计，锻炼了我们动手操作能力，提高了我们的思维能力，培养了我们独立思考的能力。这次设计过程中我要感谢敬爱的李琪老师，是李琪老师给予我们很大的帮助和指导，感谢老师在本次课程设计过程中给出的宝贵意见和建议，这些在很大程度上避免了我们少走弯路。在这里，我还要感谢我的搭档们，感谢他们在课程设计中对我所做的帮助。
6. 参考文献
[1] 童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006.
[2] 谷树忠.Altium Designer教程[M].北京:电子工业出版社，2012.
[3] 邱关源.电路[M].北京：高等教育出版社，2006.
[4] 张新喜.Multisim10电路仿真及应用[M].北京:机械工业出版社，2011.
7. 附件
7.1电路原理图
直流稳压电源电路原理图如图7.1所示。
图7.1 电路原理图
7.2PCB布线图
PCB布线图如图7.2所示。
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7.3元器件清单
元器件清单如表7.3所示。
表7.3 元器件清单
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第二篇：连续可调直流稳压电源的设计与制作
直流稳压电源的设计
二、设计任务及要求
1．设计并制作一个连续可调直流稳压电源，主要技术指标要求：
① 输出电压可调：Uo=+3V～+9V
② 最大输出电流：Iomax=800mA
③ 输出电压变化量：ΔUo≤15mV
④ 稳压系数：SV≤0.003
四、总体设计思路
1．直流稳压电源设计思路
（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。
2．直流稳压电源原理
直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。
其中：
（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。
（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电
（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。
（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。 在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.1～1.2)U2，直流输出电流： （I2是变压 1
Io
1
器副边电流的有效值。）稳压电路可选集成三端稳压器电路。
总体原理电路见图4。
图4 稳压电路原理图 I2?1.5~2
3．设计方法简介
（1）根据设计所要求的性能指标，选择集成三端稳压器。
因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。可调式集成稳压器，常见主要有CW317、CW337、LM317、LM337。317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连可调的负电压，可调范围为1.2V~37V，最大输出电流为1.5A。稳压内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。LM317系列和lM337系列的引脚功能相同，管脚图和典型电路如图4和图5.
图4管 脚图 图5典型电路
输出电压表达式为:
式中，1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压VREF，此电压加于给定电阻R1两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器RP1，电阻R1常取值120?~240?，RP1一般使用精密电位器，与其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波。图中加入了二极管D，用于防止输2
出端短路时10?F大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。
LM317其特性参数：
输出电压可调范围：1.2V～37V
输出负载电流：1.5A
输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo：3～40V
能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。
（2）选择电源变压器
1）确定副边电压U2:
根据性能指标要求：Uomin=3V Uomax=9V
又 ∵ Ui-Uomax≥(Ui-Uo)min Ui-Uoin≤(Ui-Uo)max
其中：（Ui-Uoin）min=3V，(Ui-Uo)max=40V
∴ 12V≤Ui≤43V
此范围中可任选 ：Ui=14V=Uo1
根据 Uo1=(1.1～1.2)U2 可得变压的副边电压：U2?UO1?12V
1.15
2）确定变压器副边电流I2
∵ Io1=Io
又副边电流I2=(1.5～2)IO1 取IO=IOmax=800mA
则I2=1.5＊0.8A=1.2A
3）选择变压器的功率
变压器的输出功率：Po>I2U2=14.4W
（3）选择整流电路中的二极管
∵ 变压器的副边电压U2=12V
∴ 桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：2U2?17V桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：Io
2?0.8
2?0.4A
查手册选整流二极管IN4001，其参数为：反向击穿电压UBR=50V>17V 最大整流电流IF=1A>0.4A
（4）滤波电路中滤波电容的选择
滤波电容的大小可用式C?Iot
?U求得。
i
3
1）求ΔUi:
根据稳压电路的的稳压系数的定义：
设计要求ΔUo≤15mV ，SV≤0.003 ?UoUoSV??Ui
Ui
Uo=+3V～+9V Ui=14V 代入上式，则可求得ΔUi
2）滤波电容C 设定Io=Iomax=0.8A，t=0.01S 则可求得C。 电路中滤波电容承受的最高电压为2U2?17V，所以所选电容器的耐压应大于17V。
因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，所以稳压器的输入、输出端常 并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。
六、测试要求
1．测试并记录电路中各环节的输出波形。
2．测量稳压电源输出电压的调整范围及最大输出电流。
3．测量输出电阻Ro。
4．测量稳压系数。
用改变输入交流电压的方法，模拟Ui的变化，测出对应的输出直流电压的变化，则可算出稳压系数SV.
用调压器使220V交流改变±10％。即ΔUi=44V）
5．用毫伏表可测量输出直流电压中的交流纹波电压大小，并用示波器观察、记录其波形。
6．分析测量结果，并讨论提出改进意见。
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