目   录

一、设计目的. 1

二、设计任务及要求. 1

三、设计步骤. 1

四、总体设计思路. 2

五、实验设备及元器件. 5

六、测试要求. 5

七、设计报告要求. 6

八、注意事项. 6

直流稳压电源的设计

一、设计目的

1．学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。

2．学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。

3．培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

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：U_o=+3V～+9V

② 最大输出电流：I_omax=800mA

③ 输出电压变化量：ΔU_o≤15mV

④ 稳压系数：S_V≤0.003

2．设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。

3．自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，交指导教师审核。

4.批准后，进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能参数。

三、设计步骤

1．电路图设计

（1）确定目标：设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出直流稳压电源方框图。

（2）系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形式。

（3）参数选择：根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。

（4）总电路图：连接各模块电路。

2．电路安装、调试

（1）为提高学生的动手能力，学生自行设计印刷电路板，并焊接。

（2）在每个模块电路的输入端加一信号，测试输出端信号，以验证每个模块能否达到所规定的指标。

（3）重点测试稳压电路的稳压系数。

（4）将各模块电路连起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。

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，见图1。

 

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。

整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻R_L，且方向是一致的。电路的输出波形如图3所示。

 

在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即       。电路中的每只二极管承受的最大反向电压为(U₂是变压器副边电压有效值)。

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：U_o1=(1.1～1.2)U₂，直流输出电流：         （I₂是变压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。

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，此电压加于给定电阻两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器，电阻常取值，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，用于防止输出端短路时10µF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=U_i-U_o：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：U_omin=3V     U_omax=9V

又 ∵ U_i-U_omax≥(U_i-U_o)_min     U_i-U_oin≤(U_i-U_o)_max

其中：（U_i-U_oin）_min=3V，(U_i-U_o)_max=40V

∴ 12V≤U_i≤43V

此范围中可任选 ：U_i=14V=U_o1

根据  U_o1=(1.1～1.2)U₂

可得变压的副边电压：

2）确定变压器副边电流I₂

∵ I_o1=I_o

又副边电流I₂=(1.5～2)I_O1  取I_O=I_Omax=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：

桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：

查手册选整流二极管IN4001，其参数为：反向击穿电压U_BR=50V>17V

最大整流电流I_F=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         求得。

1）求ΔU_i:

根据稳压电路的的稳压系数的定义：

设计要求ΔU_o≤15mV ，S_V≤0.003

                U_o=+3V～+9V

U_i=14V

代入上式，则可求得ΔU_i

2）滤波电容C

设定I_o=I_omax=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，所以所选电容器的耐压应大于17V。

注意： 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。

五、实验设备及元器件

1.万用表                2.示波器                          

3.交流毫伏表            4.三端可调的稳压器  LM317一片

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R_o。

4．测量稳压系数。

用改变输入交流电压的方法，模拟U_i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S_V.（注意： 用调压器使220V交流改变±10％。即ΔU_i=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。

七、设计报告要求

1．设计目的。

2．设计指标。

3．总体设计框图，并说明每个模块所实现的功能。

4．功能模块，可有多个方案，并进行方案论证与比较，要有详细的原理说明。

5．总电路图设计，有原理说明。

6．实现仪器，工具。

7．分析测量结果，并讨论提出改进意见。

8．总结：遇到的问题和解决办法、体会、意见、建议等。

八、注意事项

1．焊接时要对各个功能模块电路进行单个测试，需要时可设计一些临时电路用于调试。

2．测试电路时，必须要保证焊接正确，才能打开电源，以防元器件烧坏。

3．注意LM317芯片的输入输出管脚和桥式整流电路中二极管的极性，不应反接。

4. 按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。

第二篇：多端输出直流稳压电源的设计与制作

多端输出直流稳压电源的设计与制作

一．设计任务与要求

任务：学习小功率直流稳压电源的设计与调试方法。

掌握小功率直流稳压电源有关参数的测试方法

要求：设计制作一个多端输出直流稳压电源，可将220V/50HZ交流电转换为输出电

?3S?3?10v压可在3到10V, 最大输出电流Iomax=0.7A，稳压系数。并且具有过流

保护功能。

二．方案设计与论证

设计要求的总体分析：根据稳压电源的输出电流Io，输出电压U0等性能。指标要求：

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U0,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U1,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Iomax，确定流过电源变压器的副边电流I2和电源变压器的功率P2；根据P2查出变压器的效率?，确定电源变压器原边的功率P1。根据确定的参数，

选择电源变压器。

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

电容值和耐压值。根据确定的参数选择整流二极管和滤波电容。

三 单元电路设计与参数计算

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 _

1

图1.系统框图

1．

1>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：

??P2 P1

2>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。

3>滤波电路的作用是把U3中的纹波加以滤除得到较平滑的直流电压UI。

4> 稳压电路的作用是外界因素发生变化时使输出电压不受影响维持稳定的输出。

2.参数计算

1>设最大输出电流Iomax为0.7A纹波电压的有效值△U0≤5，取R1=240Ω，则由Uo?1.25(1?Rw/R1)，可求得Rw取（326Ω~1680Ω）为2k?的精密线绕电位器。

2>选择集成稳压器

集成稳压器选用W117，其输出电压范围为：Uo?1.2~37V，最大输出电流Iomax为

1.5A。

3>选择电源变压器

由于W117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27V，故的输入电压范围为：

Uomax?(UI?Uo)min?UI?Uomin?(UI?Uo)max

即 10V+3V≤UI≤3V+27V

13V≤UI≤30V

U2≥UImax/1.1=13/1.1=11.8

故取 U2?12V

副边电流I2>Iomax=0.7A取I2=1A，P2≥I2×U2=12W由于变压器的效率?=0.7，故变压

器原边功率P1≥P2/?=17.1W，故选用功率为20W的变压器。

选用整流二极管和滤波电容 由于：URM?2U2?2?12?17V，Iomax=0.7A

2

U3=Uomax×(1+1/3)=13.3V故取U3=15V,则电解电容C1上的电压可选35V,去耦电容C2上的电压可选35V,电容的耐压值要大于2U2?2?12?17V

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

根据，题目要求及所算出来的数据和公式

?U0Sv?U0?UIUIIo?常数T?常数

可求得：ΔUo==0.005×12/10×3×0.001=2

所以，滤波电容：

C=IomaxT/2/ΔUI=0.7×1/50×0.5/2=3500μF故滤波电容C取容量为4700?F[1]。

四、总原理图及原器件清单

１.总原理图：

图２.总原理图

２.元件清单

表１.元件清单

3

五、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 输出电压也跟着发生变化，说明稳压电路工作正常。 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 UI C 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的极性为负，

则说明整流电路没有接对，此时若接入稳压电路 图3 稳压电路 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所示然后接通电源，调节RW UI

电压满足设计指标，说明稳压电源中各 ~220V u2 级电路都能正常工作，此时就可以进行

各项指标的测试。

图4 整流滤波电路

六、性能测试与分析

1．稳压系数的测量

V时，测出稳压电源的输出电压Uo。然后调 按图5所示连接电路， 在U1?220

V，测出稳压电源对应的输出电压Uo1 ；再调节自节自耦变压器使输入电压U1?242

V，测出稳压电源的输出电压Uo2。则稳压系数为： 耦变压器使输入电压U1?198

Sv??UoUo?U1

U1?220U?Uo2?o1242?198Uo

2.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 还能起到相位补偿作用，以防止电路产生自激振荡。电容C2与Rw并联组成滤波电路，电位器Rw两端的纹波电压通过电容C2 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[2]。

3．输出电阻的测量

V，在不接负载RL时测 按图5所示连接电路，保持稳压电源的输入电压U1?220

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?Uo2Uo1?Uo2?Io1?Io2Io2[3]

自耦变压器

L

5

七、结论与心得

结论：通过本次实验设计制作出一个多路输出稳压电源，可将220V/50HZ交流电转换为输出电压可在3到10V。

心得：通过本次实验掌握到了直流稳压电源有关参数的测试方法并且学习到了直流稳压电源的设计与制作方法。

八、参考文献

[1]， 未知，直流稳压电源的设计

[2]彭介华， 电子技术课程指导， 高等教育出版社， 2005， 98~100

[3]童诗白 华成英，模拟电子技术基础，高等教育出版社，2005， 510~514

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