《模拟电子技术》课程设计说明书多路输出直流稳压源

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1、武汉理工大学《模拟电子技术》课程设计说明书 目 录 摘要 关键词 ………………………………………………………………2 1.设计内容及要求 …………………………………………………………3 1.1 设计的目的及主要任务…………………………………………………3 1.2 设计思想…………………………………………………………………3 2.方案设计与认证………………………………………………………4 2.1设计原理及方法 …………………………………………………………4 2.2方案一 ………………………

2、……………………………………………4 2.3方案二……………………………………………………………………6 3.单元电路设、参数计算及器件选择………………………………7 3.1 单元电路设计……………………………………………………………7 3.2元件参数的计算及选择…………………………………………………9 4..电路的安装与调试…………………………………………10 5.电路性能参数的测试方法与手段…………………………………10 6电路的设计特点和改进意见……………………………………11 7.系

3、统所需元件清单……………………………………………………12 8参考文献…………………………………………………………………13 9整体电路原理图…………………………………………………………14 多路输出直流稳压源 摘要 设计对所学的基础理论知识是一次实践检测的过程。本次设计的课题为多路输出直流稳压电源，它旨在通过电子元件的特性将220V/50HZ的交流电转换为多路输出的直流电压。具体要求为：输出+12V/1A、-12V/A、+5V/1A、-5V/1A以及+3~+18V/1A的可调正电压。在电路设计中输入的是2

4、20V的交流电压，而输出的是直流的不同电压值的直流电压。所以如何将交流电压转换为直流的不同规格的电压，就成为设计的重点。 本次实验中输入的是220V的交流电而输出的是直流电压，这在电子产品中应用非常广泛。由于所学知识的限制，只能设计出简单的模拟电子电路。对此本实验中使用变压器、整流二极管、电容、稳压器、电阻等元件能够达到上述实验目的。 在实验理论过程中，我们既可以验证模拟电路理论的正确性和使用性，又可以在此过程中间发现新问题，形成新思路，产生新设想。通过试验方案的比较与调试，最终取得了阶段成功。 关键词：变压器、整流二极管、LM317、LM337

5、 1.设计内容及要求 1.1设计的目的及主要任务 1.1.1设计的目的 1.1.1.1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。 1.1.1.2掌握稳压电源的主要参数与测试方法。 1.1.2 设计任务及主要技术指标 1.1.2.1要求设计制作一个多路输出直流稳压电源，可将220V/50HZ的交流电转换为多路直流稳压电源。要求输出电压Uo和电流IO ：+12V/1A，-12V/1A，+5V/1A，-5V/1A，和一组可调正电压+3~+18V/1A。 1.1.2.2 选组电路方案，完成对准确方案电路的设计。计算电路

6、元件参数与元件选组、并画出电路原理图，阐述基本原理。 1.1.2.3安装时并按规定格式写出课程设计报告书。 1.2设计的思想 能够输出多路的直流电压是本次实验的重点所在。对于本次实验来说在电子电路的设计中，使用变压器可以实现将220V的交流电压转换为所需的有效值较小的交流电压，接着通过整流二极管的整流、滤波电容的滤波、稳压器的稳压以及其他一些分压措施最后达到输出多路固定电压和可调电压的目的。 2.方案设计与认证 2.1 设计原理及方法 本次实验原理框图如下： 图2-1 实验原理框图 通过以上的设计思路及原理，

7、经过对各个知识的熟悉几应用，很快就可以设计出本次实验的大略图。再经过计算论证实验选择可取的几个方案，最后通过对各个设计方案的比较认证选择最佳方案便可成功完成实验。 2.2方案一 2.2.1方案原理 采用LM317、LM340K-12、LM309、LM320H-5 2.2.1.1 LM317稳压器 LM317是常见的可调集成稳压器，最大输出电流为2.2A，输出电 压范围为1.25V~37V。 图2-2-1-1 LM317的接线图 1、2脚之间为1.25V基准电压。为保证稳压器的输出性能，R1应小于240欧姆改变R2值即可调整稳压电压值

8、D1、D2用于保护LM317。 2.2.1.2用LM340K-12、LM309、LM320H-5构成固定输出部分的电路的原理 主要的固定输出部分电路如图所示： 图2-2-1-2 固定输出部分电路图 由输出的固定电压的各种要求，通过计算最终得出如图所示的电路图。 2.2.2原理总图 图2-2-2方案一的原理图 2.2.3方案优点 1.此电路可同时输出多路电压，而不需要其他的转换； 2.这里的输出电压都是通过稳压器直接输出的，很稳定是符合人们的 2.2.4方案不足 1.本方案的电

9、路的连接非常复杂； 2.此方案的可行性不好，因为需要太多的稳压器集成块，这样耗费很高。 2.3方案二 2.3.1方案原理 采用LM317和LM337配合电阻分压来达到输出目的，由于LM317的输出端和可调端之间的电压一定这样就可以由公式Uo=1.25V（1+R1/R2）设置不同的电阻配合开关的使用达到输出所要求的电压的目的。LM337的使用方法和LM317的相似[1]。 2.3.2方案优点： 1. 在这个设计中我们会发现电路的布局非常简单； 2. 所使用的器件都比较常见，这样使得整个方案具有很强的操作性。 2.3.3方案不足： 2.3.3.1不能同时输出多路

10、的电压； 2.3.3.2. 输出不同的电压时需要转换开关比较麻烦。 总结：通过以上两种方案的分别测试及其实验结果，比较其优缺点。方案一尽管精度高但注意的问题特别多，很难实现。然而方案二取材容易，性价比高，很容易实现。因此这次实验最终选择方案二[2]。 3.单元电路设计、参数计算及器件选择 3.1单元电路设计 3.1.1变压器的工作原理 通过原理我们可以自己绕制变压器 3-1-1 变压器的工作原理 3.1.2整流堆的工作原理 整流是利用二极管的单向导电作用，构成单相半波、全波、桥式或倍压整流电或利用其它半导体器件，如SCR可控硅等，将双向的交流电压U

11、2变成单向脉动直流电压。在本设计中二极管是整流电路的关键元件。本设计采用单相桥式整流电路[3]。 3-1-2 整流二极管的工作原理 3.1.3滤波电容的选择 各滤波电容C满足Rl*c=(3-5)T/2 式中T输入交流信号的周期，Rl为整流滤波电路的等效负载电阻。 3.1.4三端稳压器工作的原理： IN 1 OUT 3 ADJ 2 LM317 C2 C1 R1 电压调节½Ú Vi Vo 100μF 240Ω R2 . . . . 100μF 三端可调输出电压集成稳压器是在三端固定式集成稳压器基础上发展起来的生产量大应用面广

12、的产品，它也有正电压输出LM117、LM217和LM317系列、负电压输出LM137、LM237和LM337系列两种类型，它既保留了三端稳压器的简单结构形式，又克服了固定式输出电压不可调的缺点，从内部电路设计上及集成化工艺方面采用了先进的技术，性能指标比三端固定稳压器的高一个 图3-1-4 LM317接线图 数量级，输出电压在1.25~37V范围内连续可调。稳压精度高、价格便宜，称为第二代三端式稳压器[4]。 LM317是三端可调稳压器的一种，它具有输出1.5A电流的能力，典型应用的电路见图3-1-4。该电路的输出电压范围为1.25~37V。输出电压的近似表达式是 其中

13、VREF=1.25V。如果R1=240Ω，R2=2.4k，则输出电压近似为13.75V。 3.2元件参数的计算及选择 3.2.1.  选集成稳压器，确定电路形式 选可调式三端稳压器（LM317），其特性参数为：Uo=1.2~37V，Iomax=1.5A，最小输入输出压差（Ui-Uo）min=3V，最大输入输出压差（Ui-Uo）max=40V，均满足性能指标要求。取R1=220V，由式  Uo=1.25（1+RP/R1），则RP min= 308Ω，RP max =2.948KΩ，故取RP1为5 KΩ的可调电位器。 3.2.2.选电源变压器 通常根据变压器的副边输出功率P2来选变

14、压器。由LM317的输入电压Ui的范围为Uomax+（Ui-Uo）min<=Ui<= Uomin +（Ui-Uo）max则 18V+3V<= Ui<=3V+40V   21V<= Ui<=43V  由U2>= Ui min/1.1得  U2=21/1.1V=19V I2>=Iomax=1A,取I2=1A,变压器副边输出功率P2>=I2U2=19W。 变压器的效率为0.7,则原边输入功率P1>=P2/η=27.1W。 由上分析，副边输出电压为19V，输出电流为1A，一般选功率为26W的变压器。 3.2.3.选整流二极管及滤波电容 整流二极管VD

15、选IN4004，其极限参数为URM>=50V，而1.4U2=26.6V，符合要求。IF=1A，也符合要求。由，Uo=18V，Ui=21V，ΔUop-p=5mv，Sv≤3*10-3 则ΔUi=ΔUop-p*Ui/ Uo* Sv=2V  滤波电容为 C=Ic*t/Δui= Iomax*t/Δui=5000uF  电压的近似表达式是 其中 VREF=1.25V。如果R1=240Ω，R2=2.4k，则输出电压近似为13.75V[5]。 4.电路的安装与调试 首先应在变压器的副边接入保险丝FU，以防电源的输出端损坏变压器或其他元件，其额定电流要略大于I I=800mA，选择FU为1A的

16、保险丝。集成稳压器LM317要加适当大小的散热片。先安装集成电路，再安装整流滤波电路，最后安装变压器。安装一级测试一级。稳压电路主要测试集成稳压器是否正常工作。输入端加直流电压U〉=21V时，调节RP1，输出电压U0随之变化，说明稳压电路正常工作。整流滤波电路主要检测整流二极管是否接反，安装前用万用表测量其正、反向电阻。安装后接入电源变压器，整流输出电压Ui应为正，否则会损坏稳压器。断开交流电源，将整流滤波电路与稳压电路相连接，再接通电源，输入电压U0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。按照前面介绍的测试方法，测试结果为：U0=+3~+18V，+-12V，+-5V[6

17、]。 5.电路性能参数的测试方法与手段 通过前面的测试与调试发现实验发现实验的结果基本上符合要求。但是最终的输出电压值仍有一定程度的误差，经仔细查看实验电路，及相关的参考资料发现其主要原因如下： 1.经过整流之后的电压的有效值本来应当为变压器输出有效值的0.9倍即21.6V，但是在实际的测试过程中我们发现不可能达到这一值，也就是比这一值要小。由于变压器的输出不是非常理想，再加上整流二极管的整流不是标准的全波整流，所以输出的电压较理论计算值有一定的误差。 2.经过整流与滤波后的电压有效值应为变压器输出有效值的1.1-1.2倍但是实际测量的也比这一值要小，因为这里的滤波电路不可能

18、非常理想。 3.最后我测量所要求的各种值的直流电压，发现并不是百分之百的符合要求。因为在选用元器件的时候我们不可能选择与计算标准一模一样的，故导致实验输出的电压有一定程度的误差。 6. 电路的设计特点和改进意见 6.1.由于本实验最终选择了方案二作为重点研究对象。因此在焊接电路板前先根据图3.1.1选购合适的元件两份以备损坏。 6.2.按照电路图3.1.1在模拟电子综合实验箱上连接电路。根据实验原理分析各个故障并排除，举例记录如下表 表1故障调试 序号 故障 故障原因 故障排除方法 1 测得整流之后电压为1.414倍的交流有效值 整流二极管没接入

19、重新接入整流装置 2 测得滤波之后电压为0.9倍的交流有效值 滤波电容虚焊 将滤波电容接好 3 电路接通以后电容爆炸 电容的极性不清楚而接反 查找资料，弄清楚了电容的正极 4 实验中出现异味 LM317集成块烧坏 低电压测试并散热 6.3.故障的不断出现和排除后固定了各个元件及其参数，焊接电路板。焊接中尽量对各个点对应起来，否则整个实验将很难成功。 6.4.电路板焊接成功后再调试，出现小问题检查电路直至满足实验要求。 6.5．所有问题解决后，测试输出电压，演示结果成功[7]。 7.系统所需元器件清单 序号 名称 数值 个数

20、 1 电阻R 220Ω 2 2 电位器 5KΩ、1KΩ 5 3 电容 2200μF/25V 10μF/50V 2 4 三端可调电位器 LM317、LM337 2 5 二极管 IN4004 4 6 变压器 24v/26w 1 8.参考文献 [1] 王水平. 开关稳压电源—原理、设计与实用电路.西安：西安电子科技大学出版社，1999. [2]李雅轩 . 模拟电子技术.西安：西安电子科技大学出版社,2001年

21、7月 [3]张庆双主编． 实用电子电路200例．北京：机械工业出版社,  2005月 [4]郝宏安、徐红媛．555集成电路实用大全．上海：上海科学普及出版社, 2003年9月 [5]陈光梦． 模拟电子学基础 ．上海：复旦大学出版社,  2005年3月 [6]胡斌主． 图表细说电子元器件．北京： 电子工业出版社, 2004年5月 [7]刘修文等．图解电子技术要诀．上海： 中国电力出版社,  2005年6月                                                      

22、 9.整体电路原理图 ut2ApOdfXXc02GyBKsKCWw97MrqqWhoj5TL15Zt6jIPYytYCummtARp3v1N5luizi3xh3BhWYreKO8d9g7nmZQoWPJeTLDrw08gVS8DsDQQYGC3cE7moO2tLF0Jf1gK74IUXyBmtIVR97CkrfVqULT5fn2t6MpJR6rbzVPSortZvIj5NB5ndVvSr4iWr1TwLFKgLSPzuhRjQ3CmZU98eUOuijdLSZqPmvrw9zKupxf8WFUG9l2G9277g2rTipa1YpCZEuqxpKBhtVDCooQ

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