《模擬電子技術》課程設計說明書多路輸出直流穩(wěn)壓源

1、目 錄 摘要 關鍵詞 2 1.設計內容及要求 3 1.1 設計的目的及主要任務3 1.2 設計思想3 2.方案設計與認證4 2.1設計原理及方法 4 2.2方案一 4 2.3方案二6 3.單元電路設、參數(shù)計算及器件選擇7 3.1 單元電路設計7 3.2元件參數(shù)的計算及選擇9 4.電路的安裝與調試10 5.電路性能參數(shù)的測試方法與手段10 6電路的設計特點和改進意見11 7.系統(tǒng)所需元件清單12 8參考文獻13 9整體電路原理圖14 多路輸出直流穩(wěn)壓源摘要設計對所學的基礎理論知識是一次實踐檢測的過程。本次設計的課題為多路輸出直流穩(wěn)壓電源，它旨在通過電子元件的特性將220v/50hz的交流電轉換為

2、多路輸出的直流電壓。具體要求為：輸出+12v/1a、-12v/a、+5v/1a、-5v/1a以及+3+18v/1a的可調正電壓。在電路設計中輸入的是220v的交流電壓，而輸出的是直流的不同電壓值的直流電壓。所以如何將交流電壓轉換為直流的不同規(guī)格的電壓，就成為設計的重點。本次實驗中輸入的是220v的交流電而輸出的是直流電壓，這在電子產(chǎn)品中應用非常廣泛。由于所學知識的限制，只能設計出簡單的模擬電子電路。對此本實驗中使用變壓器、整流二極管、電容、穩(wěn)壓器、電阻等元件能夠達到上述實驗目的。在實驗理論過程中，我們既可以驗證模擬電路理論的正確性和使用性，又可以在此過程中間發(fā)現(xiàn)新問題，形成新思路，產(chǎn)生新設想。

3、通過試驗方案的比較與調試，最終取得了階段成功。 關鍵詞：變壓器、整流二極管、lm317、lm337 1.設計內容及要求1.1設計的目的及主要任務1.1.1設計的目的1.1.1.1學會選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器來設計直流穩(wěn)壓電源。1.1.1.2掌握穩(wěn)壓電源的主要參數(shù)與測試方法。 1.1.2 設計任務及主要技術指標 1.1.2.1要求設計制作一個多路輸出直流穩(wěn)壓電源，可將220v/50hz的交流電轉換為多路直流穩(wěn)壓電源。要求輸出電壓uo和電流io ：+12v/1a，-12v/1a，+5v/1a，-5v/1a，和一組可調正電壓+3+18v/1a。1.1.2.2 選組電路方案，完成對

4、準確方案電路的設計。計算電路元件參數(shù)與元件選組、并畫出電路原理圖，闡述基本原理。1.1.2.3安裝時并按規(guī)定格式寫出課程設計報告書。1.2設計的思想能夠輸出多路的直流電壓是本次實驗的重點所在。對于本次實驗來說在電子電路的設計中，使用變壓器可以實現(xiàn)將220v的交流電壓轉換為所需的有效值較小的交流電壓，接著通過整流二極管的整流、濾波電容的濾波、穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓以及其他一些分壓措施最后達到輸出多路固定電壓和可調電壓的目的。2.方案設計與認證2.1 設計原理及方法本次實驗原理框圖如下： 圖2-1 實驗原理框圖通過以上的設計思路及原理，經(jīng)過對各個知識的熟悉幾應用，很快就可以設計出本次實驗的大略圖。再經(jīng)過計算

5、論證實驗選擇可取的幾個方案，最后通過對各個設計方案的比較認證選擇最佳方案便可成功完成實驗。2.2方案一 2.2.1方案原理 采用lm317、lm340k-12、lm309、lm320h-52.2.1.1 lm317穩(wěn)壓器 lm317是常見的可調集成穩(wěn)壓器，最大輸出電流為2.2a，輸出電壓范圍為1.25v37v。 圖2-2-1-1 lm317的接線圖1、2腳之間為1.25v基準電壓。為保證穩(wěn)壓器的輸出性能，r1應小于240歐姆改變r2值即可調整穩(wěn)壓電壓值d1、d2用于保護lm317。2.2.1.2用lm340k-12、lm309、lm320h-5構成固定輸出部分的電路的原理 主要的固定輸出部分電

6、路如圖所示： 圖2-2-1-2 固定輸出部分電路圖 由輸出的固定電壓的各種要求，通過計算最終得出如圖所示的電路圖。2.2.2原理總圖 圖2-2-2方案一的原理圖 2.2.3方案優(yōu)點1.此電路可同時輸出多路電壓，而不需要其他的轉換；2.這里的輸出電壓都是通過穩(wěn)壓器直接輸出的，很穩(wěn)定是符合人們的2.2.4方案不足 1.本方案的電路的連接非常復雜； 2.此方案的可行性不好，因為需要太多的穩(wěn)壓器集成塊，這樣耗費很高。2.3方案二 2.3.1方案原理 采用lm317和lm337配合電阻分壓來達到輸出目的，由于lm317的輸出端和可調端之間的電壓一定這樣就可以由公式uo=1.25v（1+r1/r2）設置不

7、同的電阻配合開關的使用達到輸出所要求的電壓的目的。lm337的使用方法和lm317的相似1。2.3.2方案優(yōu)點： 1. 在這個設計中我們會發(fā)現(xiàn)電路的布局非常簡單； 2. 所使用的器件都比較常見，這樣使得整個方案具有很強的操作性。2.3.3方案不足： 2.3.3.1不能同時輸出多路的電壓；2.3.3.2. 輸出不同的電壓時需要轉換開關比較麻煩?？偨Y：通過以上兩種方案的分別測試及其實驗結果，比較其優(yōu)缺點。方案一盡管精度高但注意的問題特別多，很難實現(xiàn)。然而方案二取材容易，性價比高，很容易實現(xiàn)。因此這次實驗最終選擇方案二2。3.單元電路設計、參數(shù)計算及器件選擇3.1單元電路設計3.1.1變壓器的工作原

8、理通過原理我們可以自己繞制變壓器3-1-1 變壓器的工作原理3.1.2整流堆的工作原理整流是利用二極管的單向導電作用，構成單相半波、全波、橋式或倍壓整流電或利用其它半導體器件，如scr可控硅等，將雙向的交流電壓u2變成單向脈動直流電壓。在本設計中二極管是整流電路的關鍵元件。本設計采用單相橋式整流電路3。3-1-2 整流二極管的工作原理3.1.3濾波電容的選擇 各濾波電容c滿足rl*c=(3-5)t/2式中t輸入交流信號的周期，rl為整流濾波電路的等效負載電阻。3.1.4三端穩(wěn)壓器工作的原理：in1out3adj2lm317c2c1r1電壓調節(jié)vivo100f240r2.100f三端可調輸出電壓

9、集成穩(wěn)壓器是在三端固定式集成穩(wěn)壓器基礎上發(fā)展起來的生產(chǎn)量大應用面廣的產(chǎn)品，它也有正電壓輸出lm117、lm217和lm317系列、負電壓輸出lm137、lm237和lm337系列兩種類型，它既保留了三端穩(wěn)壓器的簡單結構形式，又克服了固定式輸出電壓不可調的缺點，從內部電路設計上及集成化工藝方面采用了先進的技術，性能指標比三端固定穩(wěn)壓器的高一個 圖3-1-4 lm317接線圖數(shù)量級，輸出電壓在1.2537v范圍內連續(xù)可調。穩(wěn)壓精度高、價格便宜，稱為第二代三端式穩(wěn)壓器4。lm317是三端可調穩(wěn)壓器的一種，它具有輸出1.5a電流的能力，典型應用的電路見圖3-1-4。該電路的輸出電壓范圍為1.2537v

10、。輸出電壓的近似表達式是其中 vref=1.25v。如果r1=240，r2=2.4k，則輸出電壓近似為13.75v。3.2元件參數(shù)的計算及選擇3.2.1. 選集成穩(wěn)壓器，確定電路形式選可調式三端穩(wěn)壓器（lm317），其特性參數(shù)為：uo=1.237v，iomax=1.5a，最小輸入輸出壓差（ui-uo）min=3v，最大輸入輸出壓差（ui-uo）max=40v，均滿足性能指標要求。取r1=220v，由式 uo=1.25（1+rp/r1），則rp min= 308，rp max =2.948k，故取rp1為5 k的可調電位器。3.2.2.選電源變壓器通常根據(jù)變壓器的副邊輸出功率p2來選變壓器。由l

11、m317的輸入電壓ui的范圍為uomax+（ui-uo）min=ui= uomin +（ui-uo）max則 18v+3v= ui=3v+40v 21v= ui= ui min/1.1得 u2=21/1.1v=19vi2=iomax=1a,取i2=1a,變壓器副邊輸出功率p2=i2u2=19w。變壓器的效率為0.7,則原邊輸入功率p1=p2/=27.1w。由上分析，副邊輸出電壓為19v，輸出電流為1a，一般選功率為26w的變壓器。3.2.3.選整流二極管及濾波電容 整流二極管vd選in4004，其極限參數(shù)為urm=50v，而1.4u2=26.6v，符合要求。if=1a，也符合要求。由，uo=1

12、8v，ui=21v，uop-p=5mv，sv3*10-3則ui=uop-p*ui/ uo* sv=2v 濾波電容為c=ic*t/ui= iomax*t/ui=5000uf電壓的近似表達式是其中 vref=1.25v。如果r1=240，r2=2.4k，則輸出電壓近似為13.75v5。4.電路的安裝與調試首先應在變壓器的副邊接入保險絲fu，以防電源的輸出端損壞變壓器或其他元件，其額定電流要略大于i i=800ma，選擇fu為1a的保險絲。集成穩(wěn)壓器lm317要加適當大小的散熱片。先安裝集成電路，再安裝整流濾波電路，最后安裝變壓器。安裝一級測試一級。穩(wěn)壓電路主要測試集成穩(wěn)壓器是否正常工作。輸入端加直

13、流電壓u=21v時，調節(jié)rp1，輸出電壓u0隨之變化，說明穩(wěn)壓電路正常工作。整流濾波電路主要檢測整流二極管是否接反，安裝前用萬用表測量其正、反向電阻。安裝后接入電源變壓器，整流輸出電壓ui應為正，否則會損壞穩(wěn)壓器。斷開交流電源，將整流濾波電路與穩(wěn)壓電路相連接，再接通電源，輸入電壓u0為規(guī)定值，說明各級電路均正常工作，可以進行各項性能指標的測試。按照前面介紹的測試方法，測試結果為：u0=+3+18v，+-12v，+-5v6。 5.電路性能參數(shù)的測試方法與手段通過前面的測試與調試發(fā)現(xiàn)實驗發(fā)現(xiàn)實驗的結果基本上符合要求。但是最終的輸出電壓值仍有一定程度的誤差，經(jīng)仔細查看實驗電路，及相關的參考資料發(fā)現(xiàn)其

14、主要原因如下：1.經(jīng)過整流之后的電壓的有效值本來應當為變壓器輸出有效值的0.9倍即21.6v，但是在實際的測試過程中我們發(fā)現(xiàn)不可能達到這一值，也就是比這一值要小。由于變壓器的輸出不是非常理想，再加上整流二極管的整流不是標準的全波整流，所以輸出的電壓較理論計算值有一定的誤差。2.經(jīng)過整流與濾波后的電壓有效值應為變壓器輸出有效值的1.1-1.2倍但是實際測量的也比這一值要小，因為這里的濾波電路不可能非常理想。3.最后我測量所要求的各種值的直流電壓，發(fā)現(xiàn)并不是百分之百的符合要求。因為在選用元器件的時候我們不可能選擇與計算標準一模一樣的，故導致實驗輸出的電壓有一定程度的誤差。6. 電路的設計特點和改進

15、意見6.1.由于本實驗最終選擇了方案二作為重點研究對象。因此在焊接電路板前先根據(jù)圖3.1.1選購合適的元件兩份以備損壞。6.2.按照電路圖3.1.1在模擬電子綜合實驗箱上連接電路。根據(jù)實驗原理分析各個故障并排除，舉例記錄如下表 表1故障調試序號故障故障原因故障排除方法1測得整流之后電壓為1.414倍的交流有效值整流二極管沒接入重新接入整流裝置2測得濾波之后電壓為0.9倍的交流有效值濾波電容虛焊將濾波電容接好3電路接通以后電容爆炸電容的極性不清楚而接反查找資料，弄清楚了電容的正極4實驗中出現(xiàn)異味lm317集成塊燒壞低電壓測試并散熱6.3.故障的不斷出現(xiàn)和排除后固定了各個元件及其參數(shù)，焊接電路板。焊接中盡量對各個點對應起來，否則整個實驗將很難成功。6.4.電路板焊接成功后再調試，出現(xiàn)小問題檢查電路直至滿足實驗要求。6.5所有問題解決后，測試輸出電壓，演示結果成功7。7.系統(tǒng)所需元器件清單序號名稱數(shù)值個數(shù) 1電阻r22022電位器5k、1k 5 3電容2200f/25v 10f/50v 24三端可調電位器lm317、lm337 25二極管in4004 46變壓器24v/26w18.參考文獻1 王水平. 開關穩(wěn)壓電源原理