基于可調(diào)式穩(wěn)壓器LM317的直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì)

1、.*電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告題目：可調(diào)直流穩(wěn)壓電源學(xué)生姓名：李寒 , 王藝 , 朱捷系別：電子信息工程系專業(yè)年級(jí)：2010級(jí)電子信息工程專業(yè)1 班指導(dǎo)教師：張熙2012年 6 月;.基于可調(diào)式穩(wěn)壓器LM317的直流穩(wěn)壓電源作品簡述 : 已實(shí)現(xiàn)輸入 220v/50hz交流電輸出恒定可調(diào)1.25-10(或 22)v直流電 .但由于各種原因?qū)е赂郊庸δ?數(shù)碼管顯示 )無法實(shí)現(xiàn) ,下面將具體介紹電路實(shí)現(xiàn)過程, 芯片功能及問題原因 .TAG ： 可調(diào)式穩(wěn)壓器LM317直流穩(wěn)壓電源摘要： 該設(shè)計(jì)主要利用可調(diào)式穩(wěn)壓器LM317實(shí)現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源的正負(fù)輸出可調(diào)性。整個(gè)電源主要由變壓器、整流電路、濾波電路，以及穩(wěn)

2、壓電路幾部分組成。其體積小，穩(wěn)定性好且性價(jià)比較高。主要介紹其具體實(shí)現(xiàn)及原理，并分析具體硬件電路的工作原理及具體實(shí)現(xiàn)方法。結(jié)合單片機(jī)原理以及其他相關(guān)集成電路模塊的相關(guān)原理實(shí)現(xiàn)了直流穩(wěn)壓電源的顯示等具體功能。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明其具有靈活的可調(diào)性，控制效果良好。該電源可廣泛運(yùn)用于電力電子、儀表、控制等實(shí)驗(yàn)場合。關(guān)鍵詞： 可調(diào)式穩(wěn)壓器；直流穩(wěn)壓電源；整流電路；濾波電路1 、引言：在電子線路的相關(guān)應(yīng)用中，電源是其必不可少的部分，電源系統(tǒng)質(zhì)量的優(yōu)劣和性能的可靠性直接決定著整個(gè)電子設(shè)備的質(zhì)量。直流穩(wěn)壓電源作為直流能量的提供者，在各種電子設(shè)備中有著極其重要的地位，它的性能良好與否直接影響到電子產(chǎn)品的精度、穩(wěn)

3、定性和可靠性。隨著電子技術(shù)的日益發(fā)展，電源技術(shù)也得到了很大的發(fā)展，它從過去一個(gè)不太復(fù)雜的電子線路發(fā)展到今天具有較強(qiáng)功能的模塊。人們對(duì)電源的質(zhì)量、功能和性能要求也隨之變得越來越高。本文介紹一種以可調(diào)式穩(wěn)壓器為核心組成的正負(fù)輸出可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源。該電源主要由電源變壓器、單相橋式整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路等部分所組成。單向交流電經(jīng)過這幾部分電路后即可轉(zhuǎn)換成正負(fù)輸出可調(diào)的穩(wěn)定直流電壓。在本電源設(shè)計(jì)中，不僅制作了實(shí)用的穩(wěn)壓電源，更是結(jié)合單片機(jī)原理、匯編語言等學(xué)科，提高電源的性能和功能，使電源設(shè)備功能更加完善，使用方;.便，顯示直觀。初步實(shí)現(xiàn)了電子產(chǎn)品的體積小、功能多、性能高、價(jià)格低、智能化等方面的功

4、能。2 、電路所用核心元器件（ 1 ） LM317 簡介LM317是美國國家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。我國和世界各大集成電路生產(chǎn)商均有同類產(chǎn)品可供選用，是使用極為廣泛的一類串連集成穩(wěn)壓器。LM317的輸出電壓范圍是 1.2V至 37V，負(fù)載電流最大為1.5A。它的使用非常簡單，僅需兩個(gè)外接電阻來設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。LM317內(nèi)置有過載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。通常 LM317不需要外接電容，除非輸入濾波電容到LM317輸入端的連線超過6英寸（約15厘米）。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓電路高的

5、多的紋波抑制比。LM317能夠有許多特殊的用法。比如把調(diào)整端懸浮到一個(gè)較高的電壓上，可以用來調(diào)節(jié)高達(dá)數(shù)百伏的電壓，只要輸入輸出壓差不超過LM317的極限就行。當(dāng)然還要避免輸出端短路。還可以把調(diào)整端接到一個(gè)可編程電壓上，實(shí)現(xiàn)可編程的電源輸出。317 穩(wěn)壓塊存在一個(gè)最小穩(wěn)定工作電流的問題，可以通過設(shè)定R1 和 R2 阻值的大小， 而使 317穩(wěn)壓塊空載時(shí)輸出的電流大于或等于其最小穩(wěn)定工作電流，從而保證317穩(wěn)壓塊在空載時(shí)能夠穩(wěn)定地工作。此時(shí)，只要保證Vo/ （ R1 R2 ）1.5mA ，就可以保證 317 穩(wěn)壓塊在空載時(shí)能夠穩(wěn)定地工作。上式中的 1.5mA為 317 穩(wěn)壓塊的最小穩(wěn)定工作電流。當(dāng)

6、然，只要能保證317穩(wěn)壓塊在空載時(shí)能夠穩(wěn)定地工作，Vo/ （ R1 R2 ）的值也可以設(shè)定為大于1.5mA 的任意值。經(jīng)計(jì)算可知 R1 的最大取值為 R1 0.83K 。又因?yàn)?R2/R1的最大值為28.6 。所以 R2 的最;.大取值為R2 23.74K。在使用 317穩(wěn)壓塊的輸出電壓計(jì)算公式計(jì)算其輸出電壓時(shí)，必須保證 R1 0.83K，R2 23.74K 兩個(gè)不等式同時(shí)成立，才能保證317 穩(wěn)壓塊在空載時(shí)能夠穩(wěn)定地工作。當(dāng)然在 317 穩(wěn)壓塊的輸出端并聯(lián)泄流電阻R ，也可以為 317 穩(wěn)壓塊提供最小穩(wěn)定工作電流。但是，由于并聯(lián)的泄流電阻不能隨輸出電壓的變化而變化，如果要保證317 穩(wěn)壓塊在

7、輸出電壓為1.25V時(shí)，其輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流，則在317穩(wěn)壓塊的輸出電壓為37V時(shí)，流過泄流電阻的電流就太大了，這樣不僅浪費(fèi)了電能，而且增加了317穩(wěn)壓塊的負(fù)擔(dān)，不是一種妥當(dāng)?shù)霓k法。3 、直流穩(wěn)壓電源的實(shí)現(xiàn)原理本設(shè)計(jì)電路主要采用三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器LM317，構(gòu)成正負(fù)輸出可調(diào)的穩(wěn)壓電源電路。本電源電路的原理框圖如圖1 所示，其主要由變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓、等部分所組成。4 、電路工作原理分析（1 ）電源變壓器由于電源變壓器的副邊電壓有效值將決定后面電路的需要，所以在此應(yīng)選擇輸出電壓有效值為12V的電源變壓器。（2 ）整流部分;.該設(shè)計(jì)采用單相橋式整流電路( 橋式 KBP307)。

8、其由四只二極管組成，其構(gòu)成原則就是保證在變壓器副邊電壓u ：的整個(gè)周期內(nèi)，負(fù)載上的電壓和電流方向始終不變。為達(dá)到這一目的，需要在Uz 的正、負(fù)半周內(nèi)正確引導(dǎo)流向負(fù)載的電流，使其方向不變，設(shè)變壓器副邊兩端分別為 a 和 b ，則 a 為“+”b 為 “一 ”時(shí)應(yīng)有電流流出a 點(diǎn)，a 為 “一 ”b 為 “+”時(shí)應(yīng)有電流流入a 點(diǎn)；相反， a 為 “+”b 為 “一”時(shí)應(yīng)有電流流入b 點(diǎn)，因而a 和 b 點(diǎn)均應(yīng)接兩只二極管，以引導(dǎo)電流，具體電路原理如圖2 所示。如果橋式整流電路變壓器副邊中點(diǎn)接地，就應(yīng)將兩個(gè)負(fù)載電阻相連接且連接中點(diǎn)接地。根據(jù)橋式整流電路的工作原理，當(dāng)a 點(diǎn)為 “+”b 點(diǎn)為 “一

9、”時(shí)， Dl 、D3 導(dǎo)通， D2 、D4 截止， U01=U2，U02=一 U2 ；而當(dāng) b 點(diǎn)為 “+”a 點(diǎn)為 “一”時(shí)， D2 、 D4 導(dǎo)通， D1 、 D3 截止， U01=一 U2 ，U02=U2，這樣兩個(gè)負(fù)載上就分別獲得正、負(fù)電壓。若設(shè)變壓器副邊電壓u2=U2sinwt，U2 為其有效值。 當(dāng) u2 為正半周時(shí)， 電流由 a 點(diǎn)流出， 經(jīng)Dl 、RL 、 D3 流入 b 點(diǎn)，因而負(fù)載電阻RL 上的電壓等于變壓器副邊電壓，即uo=u2 ， D2 和D4 管承受的反向電壓為一u2 。當(dāng) u2 為負(fù)半周時(shí)，電流由b 點(diǎn)流出，經(jīng)D2 、RL 、D4 流入 a點(diǎn)，負(fù)載電阻RL 上的電壓等

10、于一u2 ，即 uo= 一 u2 ，D1 、 D3 承受的反向電壓為u2 。這樣，;.由于 D1 、 D3 和 D2 、D4 兩對(duì)二極管交替導(dǎo)通，致使負(fù)載電阻RL 上在 u2 的整個(gè)周期內(nèi)都有電流通過，而且方向不變，則輸出電壓uo=| U2sinwt|。（2 ）濾波電路經(jīng)過整流后的直流電幅值變化很大，會(huì)影響電路的工作性能?？衫秒娙莸摹巴ń涣?，隔直流”的特性，在電路中并人兩個(gè)并聯(lián)電容作為電容濾波器，濾去其中的交流成分。電容濾波電路是最常見也是最簡單的濾波電路，在整流電路的輸出端( 即負(fù)載電阻兩端) 并聯(lián)一個(gè)電容即構(gòu)成電容濾波電路。濾波電容容量較大，因此一般均采用電解電容，在接線時(shí)要注意電解電容

11、的正負(fù)極。電容濾波電路利用電容的充、放電作用，使輸出電壓趨于平滑。如果將兩個(gè)濾波電容相連接，且連接點(diǎn)接地，就可同時(shí)得到輸出電壓平滑的正負(fù)電源。在理想情況下，變壓器副邊無損耗，二極管導(dǎo)通電壓為零，所以電容兩端電壓相等。而當(dāng)其上升到峰值后開始下降，電容便通過負(fù)載電阻放電，其電壓也開始下降，趨勢與電容兩端電壓基本相同。但是由于電容按指數(shù)規(guī)律放電，所以當(dāng)其下降到一定數(shù)值后，電容將繼續(xù)通過負(fù)載放電，電容兩端電壓按指數(shù)規(guī)律緩慢下降?？傊陔娙莩潆姇r(shí)，回路電阻為整流電路的內(nèi)阻，即變壓器電阻和二極管的導(dǎo)通電阻，其數(shù)值很小，因而時(shí)間常數(shù)很小。電容放電時(shí)，回路電阻為RL ，放電時(shí)間常數(shù)R 。 C 通常遠(yuǎn)大于充電

12、的時(shí)間常數(shù)。因此濾波效果取決于放電時(shí)間。電容愈大，負(fù)載電阻愈大，濾波后輸出電壓愈平滑，并且其平均值愈大。換言之，當(dāng)濾波電容容量一定時(shí)，若負(fù)載電阻減小( 即負(fù)載電流增大) ，則時(shí)間常數(shù) RLC減小，放電速度加快，輸出電壓平均值即下降，且脈動(dòng)變大。故在此選擇一個(gè)濾波電容 2200。輸出電壓的平均值 U 似蝴與放電時(shí)間常數(shù) RLC 有關(guān)。 RLC 越大，電容器放電速度越慢， 則輸出電壓所包含的紋波成分越小，U 馭越大。 為獲得平滑的輸出電壓，一般取放電時(shí)間常數(shù)為：;.式中： T 為交流電的周期，在濾波電路放電時(shí)間常數(shù)滿足上式的關(guān)系時(shí)，可用下式對(duì)輸出電壓的平均值約為電容兩端電壓的1 2 倍。濾波電路輸

13、出電壓波形難于用解析式來描述，近似估算時(shí)，其波形近似為鋸齒波，此時(shí)脈動(dòng)系數(shù)S 可按下式近似估算，其中T 為電網(wǎng)電壓的周期。當(dāng)濾波電容選定后，輸出電壓平均值U0 和輸出電流平均值I0 的關(guān)系稱為輸出特性，脈動(dòng)系數(shù)S 和輸出電流平均值I0 的關(guān)系稱為濾波特性。電容濾波電路如圖3 （ 1 ）。輸出特性和濾波特性如圖 3 （ 2 ）所示。圖3 （ 1 ）電容濾波電路圖圖 3 （ 2 ）輸出特性級(jí)濾波特性曲線表明，電容愈大電路帶負(fù)載的能力愈強(qiáng)，濾波效果愈好；電流平均值愈大( 即負(fù)載電阻的;.RL 愈小 )，電壓平均值愈低，S 的值愈大。為減小輸出電壓的脈動(dòng)成分，采用的濾波電容器的容值越大越好，交流電源的

14、頻率越高越好。目前在計(jì)算機(jī)、電視機(jī)等電子設(shè)備中采用了高頻整流電源，它的濾波電容的容量就比50 赫茲工頻交流電的濾波電容小得多。（3 ）穩(wěn)壓部分集成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路有三個(gè)引腳，分別為輸入端，輸出端和公共端，因而稱為三端穩(wěn)壓器。按功能可分為固定式穩(wěn)壓電路和可調(diào)式穩(wěn)壓電路；前者的輸出電壓不能進(jìn)行調(diào)節(jié)，為固定值；后者可通過外接元件使輸出電壓得到很寬的調(diào)節(jié)范圍。便于實(shí)時(shí)控制，此設(shè)計(jì)采用可調(diào)式三端穩(wěn)壓器 LM317。LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器有三個(gè)引出端，分別為輸入端、輸出端和電壓調(diào)整端( 簡稱調(diào)整端 )。調(diào)整端是基準(zhǔn)電壓電路的公共端，其典型值為1 25V 。其典型線性調(diào)整率為0.01，負(fù)載調(diào)整率為 0.1

15、 ， 80dB的紋波抑制比，其工作溫度范圍為o 至 +125。LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓依靠外接電阻來調(diào)節(jié)輸出電壓的，為保證輸出電壓的精度和穩(wěn)定性，要選擇精度高的電阻，同時(shí)電阻要緊靠穩(wěn)壓器，防止輸出電流在連線上產(chǎn)生誤差電壓。為了減小電位器上的紋波電壓，可在其上并聯(lián)了一個(gè)lo 的電容，由于電容容量較大，一旦輸入端斷開，電容將從穩(wěn)蘸器輸出端向穩(wěn)壓器放電，易使穩(wěn)壓器損壞，因此在穩(wěn)壓器的輸入端和輸出端之間跨接一個(gè)二極管，并置在輸出短路時(shí)，曦套將向穩(wěn)壓器調(diào)熬端放電，并使調(diào)整管發(fā)射結(jié)反偏，為了保護(hù)穩(wěn)壓器，故加一個(gè)二極管。利用電容可以抵消輸入線較長時(shí)的電感效應(yīng)，以防止電路產(chǎn)生壹激振蕩，其容量較小，一般小于1

16、，故在此選擇0.1 。;.圖 4 LM317的基本應(yīng)用電路圖5 LM317 穩(wěn)壓電源電路。LM317輸出電流為 1.5A ，輸出電壓可在1.25 37V 之間連續(xù)調(diào)節(jié)，其輸出電壓由兩只外接電阻R1、 RP1決定，輸出端和調(diào)整端之間的電壓差為1.25V ，這個(gè)電壓將產(chǎn)生幾毫安的電流，經(jīng)R1、RP1到地，在 RP1上分得的電壓加到調(diào)整端，通過改變RP1就能改變輸出電壓。注意，為了得到穩(wěn)定的輸出電壓，流經(jīng)R1的電流小于 3.5mA。 LM317在不加散熱器時(shí)最大功耗為 2W，加上 2002004mm3散熱板時(shí)其最大功耗可達(dá)15W。 VD1(IN4002) 為保護(hù)二極管，防止穩(wěn)壓器輸出端短路而損壞IC

17、.VD2(IN4002) 用于防止輸入短路而損壞集成電路。安裝時(shí)注意電容 C2應(yīng)靠近 IC 的輸入端， C3應(yīng)靠近 IC 的輸出端，這樣能更好地抑制紋波。5、設(shè)計(jì)步驟及電路元件選擇電路參數(shù)計(jì)算如下:大部分元件的選擇都有彈性。IC 選用 LM317或與其功能相同的其它型號(hào)（如KA317等，可向售貨員咨詢）。二極管選1N4001-1N4007均可，因?yàn)檫@里涉及到的電壓比較小。;.一般當(dāng)整流輸出電流大時(shí)，必須用電解電容濾波穩(wěn)壓；輸出電流小時(shí)，用一般電容或電解電容濾波都可以，如果對(duì)直流輸出電壓有紋波系數(shù)要求或者為了防止高頻噪音，用電解電容和小容量無極性電容并聯(lián)使用效果較好。小容量電容可濾掉脈動(dòng)直流中的

18、高次諧波，電解電容濾掉大幅值的低頻成分，穩(wěn)壓范圍寬、效果好。穩(wěn)壓范圍寬、效果好。整流濾波電路對(duì)電容器的容量和耐壓值要求不是太高，一般根據(jù)輸出電流大小估算電容器的容量，輸出電流大，容量就大；電流小，容量就小。但是，容量太大會(huì)降低輸出電壓值，太小則會(huì)導(dǎo)致電壓脈動(dòng)大、不穩(wěn)定。故 C1選擇耐壓大于 16V、容量 470-2200 F 的電解電容均可。C2選用普通的磁片電容即可，容量為 10104=100000PF=0.1 F。 C3的選擇類似于C1，電阻選用 1/8W 的小型電阻。圖 5是由LM317三端可調(diào)雙電源穩(wěn)壓電路，正輸出電壓是可調(diào)的。電路中的VREF=V31(或V21)=1.2V ，R1和

19、R2=(120240) , 為保證空載情況下輸出電壓穩(wěn)定，R1和 R2不宜高于 240。 R2和 R2的大小根據(jù)輸出電壓調(diào)節(jié)范圍確定。變壓器的選擇。輸出電壓為1.25-12V ，最大電流可達(dá)100mA，因此變壓器的功率必須為6W以上，輸出電壓為兩個(gè)12V 的變壓器。6. 附加功能數(shù)碼管顯示輸出電壓值 :;.電路圖 :1. 由于輸出電壓只有到 12v, 所以選擇 20v 量程 .2.ICL7107 安裝電壓表頭時(shí)的一些要點(diǎn)：按照測量199.9mV 來說明。(1). 辨認(rèn)引腳：芯片的第一腳，是正放芯片，面對(duì)型號(hào)字符，然后，在芯片的左下方為第一腳。也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一腳了。許

20、多廠家會(huì)在第一腳旁邊打上一個(gè)小圓點(diǎn)作為標(biāo)記。知道了第一腳之后，按照反時(shí)針方向去走，依次是第2 至第 40 引腳。（ 1腳與 40 腳遙遙相對(duì)） 。(2). 牢記關(guān)鍵點(diǎn)的電壓：芯片第一腳是供電，正確電壓是DC5V。第 36 腳是基準(zhǔn)電壓，正確數(shù)值是 100mV，第 26 引腳是負(fù)電源引腳，正確電壓數(shù)值是負(fù)的，在 3V 至 5V 都認(rèn)為正常，但是不能是正電壓，也不能是零電壓。芯片第31 引腳是信號(hào)輸入引腳，可以輸入 199.9mV的電壓。在一開始，可以把它接地，造成0信號(hào)輸入，以方便測試。(3). 注意芯片 27,28,29 引腳的元件數(shù)值，它們是 0.22uF,47K,0.47uF阻容網(wǎng)絡(luò)，這三

21、個(gè)元件屬于芯片工作的積分網(wǎng)絡(luò)，不能使用磁片電容。芯片的33 和 34 腳接的104 電容也不能使用磁片電容。(4). 注意接地引腳：芯片的電源地是21 腳，模擬地是32 腳，信號(hào)地是30 腳，基準(zhǔn)地是 35 腳，通常使用情況下，這 4 個(gè)引腳都接地，在一些有特殊要求的應(yīng)用中（例如測量電阻或者比例測量），30腳或 35 腳就可能不接地而是按照需要接到其他電壓上。 本文不討論特殊要求應(yīng)用。(5). 負(fù)電壓產(chǎn)生電路： 負(fù)電壓電源可以從電路外部直接使用7905 等芯片來提供， 但是這要求供電需要正負(fù)電源，通常采用簡單方法，利用一個(gè)+5V供電就可以解決問題。比較常用的方法是利用 ICL7660 或者 N

22、E555等電路來得到，這樣需要增加硬件成本。我們常用一只NPN 三極管，兩只電阻，一個(gè)電感來進(jìn)行信號(hào)放大，把芯片38 腳的振蕩信號(hào)串接一個(gè)20K 56K 的電阻連接;.到三極管 B 極，在三極管 C 極串接一個(gè)電阻（為了保護(hù)）和一個(gè)電感（提高交流放大倍數(shù)），在正常工作時(shí)，三極管的C 極電壓為 2.4V 2.8V為最好。這樣，在三極管的 C 極有放大的交流信號(hào)，把這個(gè)信號(hào)通過2 只 4u7 電容和 2 支 1N4148 二極管， 構(gòu)成倍壓整流電路， 可以得到負(fù)電壓供給 ICL7107 的 26腳使用。這個(gè)電壓，最好是在 3.2V 到 4.2V 之間。(6). 如果上面的所有連接和電壓數(shù)值都是正常的，也沒有 短路 或者 開路 故障，那么，電路就應(yīng)該可以正常工作了。利用一個(gè)電位器和指針萬用表的電阻X1 檔，我們可以分別調(diào)整出50mV,100mV,190 mv