直流稳流电源设计报告
系 别 电 子 信 息 与 电 气 工 程 系
专 业 电 气 信 息 类 专 业
班 级
姓 名
完成 时间 2011 年 3 月 11日
目录
目录................................................................................................................................. 1
一、引言.......................................................................................................................... 2
1.1基本要求......................................................................................................................................................... 2
1.2发挥部分......................................................................................................................................................... 2
二、方案设计................................................................................................................... 2
2.1设计思路......................................................................................................................................................... 3
2.2直流稳压电源的基本组成.......................................................................................................................... 3
2.2.1电源变压器............................................................................................................................................ 3
2.2.2整流滤波电路........................................................................................................................................ 3
2.2.3稳流电路................................................................................................................................................. 3
2.3电路安装与分析............................................................................................................................................ 4
2.3.1电路安装................................................................................................................................................. 4
2.3.2电路分析................................................................................................................................................. 4
2.3.3系统测试................................................................................................................................................. 6
2.3.4示波器测试............................................................................................................................................ 6
三、 总结心得................................................................................................................. 6
参考文献.......................................................................................................................... 7
附录................................................................................................................................. 7
附录一、元器件附录表..................................................................................................................................... 7
附录二、仪器设备使用清单............................................................................................................................. 7
附录三、电路原理图.......................................................................................................................................... 8
摘要：在电子电路中，通常都需要电稳流定的直流电源供电。稳流电源由电源变压器、整流、滤波和稳稳流电路等四部分组成。电源变压器是将电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳流电路。稳流电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电流稳定。
关键字： 直流稳流电源；LM317
一、引言
电源作为电路的能量来源，在电路中起着关键作用。随着电力电子技术的迅速发展，直流电源应用非常广泛，其好坏直接影响着电气设备或控制系统的工作性能。
1.1基本要求
（1）输出电流范围：200mA~1A；
（2）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值 <=输出电流值的1%=5mA；
（3）纹波电流<=1mA；
（4）自制电源。
1.2发挥部分
（1）可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流与给定值偏差的绝对值<=
给定的1%+10mA；
（2）具有“+”、“-”步进调整功能，步进<=10mA；输出电流范围20mA~1000mA
，步进1mA；
（3）设计、制作测量并显示输出电流的装置（可同时或交替显示电流的给定值 和实测值），测量误差的绝对值小于等于测量值的0.1%+3个字；
（4）改变负载电阻，输出电压在10v以内变化时，要求输出电流变化的绝对值<=输出电流的0.1%+1mA；
（5）纹波电流<=0.2mA
（6）其他。
二、方案设计
2.1设计思路
将220 V，50 Hz交流电经过变压器降压后，送入全桥整流组件，进行整流滤波后，输入到LM317中，再用另一只LM317采用调整端接地，在输出端与调整端之间形成1．25 V稳定电压[1]．利用LM317的分压特性，在LM317，120 Q 电阻，100～200 Q 多圈电位器与负载形成的并联回路中，调整端与输出端之间有稳定电压1．25 V，因此在LM317回路中有恒定电流约为10 mA，且电阻保持不变，则电流保持不变．从而使输出电流稳定不变。系统框图如下图所示：
图1 总系统框架图
2.2直流稳压电源的基本组成
2.2.1电源变压器
电源变压器的作用是将电网220V的交流电压V 1变换成整流滤波器电路所需要的交流电压V2。η为变压器的效率。
2.2.2整流滤波电路
整流二极管D1-D4组成的单相桥式整流电路，将交流电压V2变成脉动的直流电压，再经滤波电容C滤除纹波，输出直流电压Vi。Vi与交流电压V2的有效值v2的关系为Vi=（1.1~1.2）v2。桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到充分的利用，效率较高。电容滤波电路简单，负载直流电压较高，纹波也较小，它的缺点是输出特性较差，故适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。
2.2.3稳流电路
维持输出直流电流的基本稳定。
经过滤波电路后的电压的稳定性比较差，且电压受温度、负载、电网电压波动等因素的影响较大。
单片集成稳压器是把稳压电路的调整管、误差放大器、取样电路、启动电路、保护电路等集成在一个芯片上的专用集成电路。广泛使用的是固定输出的三端集成稳压器。我们采用LM317系列稳压器输出连续可调的正电压，稳压器内部含有过流、过热保护电路。
2.3电路安装与分析
2.3.1电路安装
先装集成稳流电路，再装整流滤波电路，最后安装变压器。安装一级测试一级。对于稳流电路则主要测试集成稳压器是否能正常工作。整流滤波电路主要是检查整流二极管是否接反，安装前用万用表测量其正、反向电阻。接入电源变压器。整流两输出端电压Vi应分别为（LW317）和地。断开交流源，将整流滤波电路与稳流电路相连接，再接通电源，输出电流为规定值，说明各级电路均正常工作，可以进行各项性能指标的测试。
2.3.2电路分析
在变压器主线圈两端加220 V，50 Hz的交流电，经变压器降压后加载于桥式整流电路2个输入端，整流后送入由2200uF和100uF耐压50V的2个滤波电容。经电容滤波后，电压波形平缓，最大幅值为33 V，最小幅值为29 V。达到了三端稳压器件LM317的输入电压要求，此时LM317正常工作。
LM317工作参量如下 ：参考电压V2 一1．25 V，输入电压≤38 V，输出电流1．5 A，输出电压1．2～37 V(由精密可调多圈电位器的接入电阻Rx调节)，
1)直流稳流原理的推导
在图l中，根据LM317输出端和调整端在正常工作时，两端间电压为稳定值，约为1．25 V．由这一条件可知，流经电阻的电流为
I2 = 1.25/R2 + IAD
VR = (I2一IAD)RX
VR1 = 1.25 - VRx = 1.25 ( R2 - RX )/R2
I2 = VR1/R1 = 1.25 ( RX - R2 )/R1R2
图1 电路原理图
根据基尔霍夫定律及电荷守恒原理，流经负载回路的电流为
Il= I1 - Ix = 1.25 ( R2 - RX )/R1R2 - (I2一IAD)
当Rx(即精密可调多圈电位器)连人LM317可调端和输出端部分的阻值一定时，则Il恒定不变，形成稳定电流。
2)从上述推导可以得出的结论
a．由RX调节Il的大小，Il与Rl无关这表明负载电阻的变化不会引起通过负载的电流的变化。这就是稳流原理；
b．R 的取值范围由LM317的输出特性可以估算如下
10mA < I1 < 1.5A
10mA < 1.25 ( R2 - RX )/R1R2 < 1.5A
可得
76.8Ω < RX < 12OΩ
由此，可以选定精密可调多圈电位器．
2.3.3系统测试
测试条件和测试仪器设备
系统容易受到温度和强磁场的干扰，测试时必须在室温且无强磁场干扰的条件下进行，并要确保供电电源的稳定性，测试使用的仪器设备如下表1所示。
表1 测试使用的仪器设备
2.3.4示波器测试
用220V交流电源经电源变压器在输入端提供输入信号，用示波器测试各级输出信号，最终结果如下表
三、总结心得
经过将近一个星期的努力，我们这一组终于把这次试验完成。在这一个星期内，我们学到了很多，感触也很多。从一开始拿到题目，研究电路的结构，然后计算电路中所用的器件，上网查询相关资料。这一路走来，我们感觉真的不容易。
我们开始脑袋什么都没有，大量的搜集资料，循着线索一点点找，不断完善设计思路，最终达成共识实现电路。在团队合作方面，我们也深刻的感受到了团队力量的重要性，发现只有共同讨论，各抒己见才能更好的完成电路连接。对电路的每一段都需要不断检测，处处小心，只有保证了每一个模块的正确才能保证最后整体系统的成功。这几天让我们深刻的发现了自己在知识和动手能力方面的不足，许多问题堆积在我们面前，有些迷茫，不知道从何入手，通过自己的探索和学长的指导才完成到今天的程度，很感谢他们！在今后的学习中，我相信我们三个肯定会更用心的学习课程，学以致用，充分利用好学校的资源，不断积累自己的经验，能够更科学的分析电路，设计电路，成为像学长们一样的高手。
参考文献
1、《电子技术基础》 康华光主编 高等教育出版社 第五版
2、《电子线路设计.实验.测试》 谢自美主编 华中科技大学出版社 第三版
附录
附录一、元器件附录表
稳压芯片LM317
二极管1N4007
电解电容50V 2200uF、50V 100uF
瓷片电容
电位器、电阻、插针、散热片等。
附录二、仪器设备使用清单
1. 数字万用表
2. 数字示波器
3．电源变压器
附录三、电路原理图
第二篇：电子电工直流整流稳压电源与信号源设计性实验
设计题目：电子电工设计性实验
院 部： 长江学院机电学院
班 级： 1232601
专 业： 机械电子工程
姓 名： * * *
学 号： 201230260102
指导教师： 夏老师
20##年01月15日
前言
本实验是电子电工综合性实验设计，我们要充分理解并掌握了直流稳压电源设计的过程方法，特别是在实验过程中我们相互帮助学习，提高了自我学习的能力，也提高的团队协作的能力，在试验中，我们自己学会去解决问题，发现问题，相信对以后的学习会有很大帮助。另外，通过本实验，我们学会了直流电压源的设计方法。
一 实验目的：
1.学会选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源
2.掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测量方法
3.熟悉集成稳压电源芯片的特点，能合理选择使用；
4.熟悉掌握信号发生器的使用方法；
4.提高电路布局，焊接装配技能，训练识图能力；
6．掌握IN555的工作原理；
二 实验器件与工具
二极管IN4007 4个 电线电容 100uf/ 25v1个1uf/50v 1个7805 1个电阻1k 2个 56k 1个470k 1个发光二极管 2个 万能板 1个
555芯片座 1个 电焊铁1个 剪刀1把 镊子1个 焊条1根
三 实验工作原理图
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。
图1
四 实验电路图
本次实验的电路图见图2
图2
五 实验原理
（1）直流稳压电源：
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。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。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，并实现电压等于+12V。
1 设计任务和设计指标：
设计一个直流稳压电源，要求：
a 输入电压为交流220V，输出直流电压：Uo=+12V
b 最大输出电流：Iomax=500mA
c 纹波电压（输出电压变化量）△VOP-P≤5mV
d 稳压系数：Sr≤5%
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。
2 各单元电路的设计和文件参数的计算：
1.变压电路：用一个交流变压器将220V的交流电变为19-20V的交流电。
2.整流电路：用四个1N4001二极管组成桥式整流电路，将小电压交流电进行全波整流变为直流。
3.滤波电路：用两个2200uF的电解电容和一个0.1uF的电容并联进行滤波。
4.稳压电路：采用LM317三端集成稳压器稳定输出电压。
3 安装和调试过程中出现的各种问题、分析和解决办法：
在真实实验过程中，电解电容发生了击穿现象。
（1）现象出现原因分析： 其整流电路部分的保护部分欠缺，
（2）解决方案： 最后选取了备选方案二，使用三个三端整流电流，并在每个电路两端加上一个二极管进行保护作用。实验后未再出现击穿烧毁现象。辅助二极管元件起到了作用
a 变压器没有符合要求的型号。原因是变压器原边和副边线圈匝数比不合适，修改线圈电感系数的比值就可以达到要求的变压系数。
b 在进行实验电路焊接的时候可能会导致电路连接出错，脱焊和假焊，出现这种情况应该及时处理和分析电路。
（2）信号发生器及芯片简介
信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。按信号波形可分为正弦信号、函数(波形)信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的电路被称为函数信号发生器。结构
1、内部带有扫频输出功能（全频段扫频时间小于5秒） 是指低频信号发生器具有从低频开始到高频（或反之）自动变化的功能即完成100Hz——20KHZ中间所有频率的低到高或高到低的变化过程，而这一次过程的时间为5秒。
双晶振的方波发生器原理结构
2、带有外部扫频控制输入接口（控制信号为电压0-5V，控制电流小于1mA）是指低频信号发生器所输出的频率可以由外部进行控制（有外部控制接口），外部控制频率变化的电压是0-5V，控制电流小于1mA。当外部控制电压在0-5V变化时，低频信号发生器可以输出可以在100HZ到20KHZ之间变化。主振级产生低频正弦振荡信号，经电压放大器放大，达到电压输出幅度的要求，经输出衰减器可直接输出
555 芯片是定时器,是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。
NE555芯片的工作原理
555定时器是一种数字与模拟混合型的中规模集成电路，应用广泛。外加电阻、电容等元件可以构成多谐振荡器，单稳电路，施密特触发器等。
555定时器原理图及引线排列如图9、1所示。其功能见表9、1。定时器内部由比较器、分压电路、RS触发器及放电三极管等组成。分压电路由三个5K的电阻构成，分别给A1和A2提供参考电平2/3VCC和1/3VCC。A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚输入大于2/3VCC时，触发器复位，3脚输出为低电平，放电管T导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3VCC时，触发器置位，3脚输出高电平，放电管截止。4脚是复位端，当4脚接入低电平时，则V0=0；正常工作时4接为高电平。
5脚为控制端，平时输入2/3Vcc作为比较器的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制。如果不在5脚外加电压通常接0.01μF电容到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定
色环电阻的识别
色环电阻的识别方法不是随便规定的，这个方法是科学的、严谨的，非常值得一学。同学们今后会知 道，它实际上是数学方法的演绎和变通；它和10的整数幂、乘方的指数具有密切的逻辑关系；它是国际上通用的 科学计数法的“色彩化”。因此，同学们今后深入学习下去，你一定会体会到，这个方法既是十分美妙，又是十分 巧妙！
颜色和数字的对应关系：首先我们向你介绍颜色和阿拉伯数字之间的对应关系，这种规定是国际上公认的识别方法。
“四色环”读数规则
所谓“四色环电阻”就是指用四条色环表示阻值的电阻。从左向右数，第一，二环表示两位有效数字，第三环表示数字后面添加“0”的个数。所谓“从左向右”，我们是指把电阻象图中所画的样子放置——四条色环中，有三条相互之间的距离得比较近，而第四环距离稍微大一点。
第一色环是十位数，第二色环是个位数， 第三色环是应乘颜色次幂颜色次，第四色环是误差率 。
例子： 棕 红 红 金
其阻值为12×102=1.2K 误差为±5%
误差表示电阻数值，在标准值1200上下波动（5%×1200）都表示此电阻是可以接受的，即在1140-1260之间都是好的电阻。
六试验成品图
六 总结和体会：
在实验过程中我们也获得了很多的经验教训。通过本次不仅对我们知识水平有很大帮助，更重要的是提高了我们自我学习的能力和团队协作的能力。我们这次的实验是设计一个实用的直流稳压电源，电源采用LM317集成稳压器，用220V交流输入。通过变压、整流、滤波和稳压四步，将输出电压稳定在+12V左右，方便实用。优点：具有输出纹波小，输出电压稳定，电流小等特点。电路中多处设计有保护二极管和电阻，可以在非正常情况下保护电路的安全。缺点：输出电流不稳定，可以根据需要再加上一部分稳流模块，稳定输出电流，会有更广阔的应用前景。
通过本次设计，让我对于模拟电路的设计有了更深的了解，更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标，也让我认识到在此次设计电路中所存在的问题；在线路焊接上，此次焊接与以前焊接差别很大。需要自己布线。我一一将元件焊接好后选择布线，总是把线弄得很长很不美观，只好拆掉重新焊接后来在换了一批较细和纯度较高的焊锡后，在接下来的走线过程能比较容易达到要求。但是由于自己技术问题焊接很不美观，会拖焊，虚焊，焊接点很大。需要自己妥善处理。此次电源设计，让我们亲身体验了如何用空白的电路板，进行自己所需的电路设计。虽然过程十分艰辛，但是经过老师的指导和伙伴的努力，终于完成了，同时对我们模拟电子技术这门课的学习有更好的帮助。