模拟电路课程设计报告直流稳压电源设计151.doc

目录
1引言………………………………………………………………1

2设计目标…………………………………………………………1

3设计任务及要求…………………………………………………1

4实验工具…………………………………………………………2

5设计步骤…………………………………………………………2

6总体设计思路……………………………………………………3

7总原理图、元件清单及PCB图…………………………………9

8注意事项…………………………………………………………10

9结论与心得………………………………………………………11

10参考文献…………………………………………………………13

一、引言
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，并实现电压可在1.5-15V可调。
二、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。包括：根据设计任务和指标初选电路；调查研究和设计计算确定电路方案；选择元件、安装电路、调试改进；分析实验结果、写出设计总结报告。
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。
4、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源。
5、 完成全电路理论设计、绘制电路图。
三、设计任务及要求
1．设计并制作一个直流稳压电源，主要技术指标要求：
① 输出电压可调：Uo=+1.5V～+15V
② 最大输出电流：Iomax=500mA
③ 稳压系数：SV≤5% （最大的波动不能超过5%）
④ 纹波电压（输出电压变化量）：Δvop-p≤5mV
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. 学生自行进行组装、调试，并测试其主要性能参数。
四、实验工具
电烙铁、万用表、尖嘴钳、小刀、电路板
五、设计步骤
1．电路图设计
（1）确定目标：设计整个系统是由哪些模块组成，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、焊接与调试
（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）在已做好的电路板上涂一层助焊剂，对照原理图将元件安装在电路板上，检查元件位置是否正确。检查无误后，用电烙铁将每个元件用焊锡焊牢，保证每个元件不虚焊。在焊元件时根据不同元件耐热性能尽量减少焊接时间。焊接完毕后用万用表检查是否断路和短路。
（3）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。
（4）重点测试稳压电路的稳压系数。
（5）将各模块电路连起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。
六、总体设计思路
1．直流稳压电源设计思路
（1）电网供电交流电压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。
图1 直流稳压电源方框图

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、D3导通，D2、D4截止；u2的负半周内，D2、D4导通，D1、D3截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。
电路的输出波形如图3所示。
图2整流电路
图3输出波形图

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：Uo1=(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。
图4 稳压电路原理图

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系列稳压器输出连续可调的负电压，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=Ui-Uo：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：Uomin=1.5V Uomax=15V
又 ∵ Ui-Uomax≥(Ui-Uo)min Ui-Uoin≤(Ui-Uo)max
其中：（Ui-Uoin）min=3V，(Ui-Uo)max=40V
∴ 12V≤Ui≤43V
此范围中可任选 ：Ui=14V=Uo1
根据 Uo1=(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
∵ Io1=Io
又副边电流I2=(1.5～2)IO1 取IO=IOmax=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UBR=50V>17V
最大整流电流IF=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ΔUi:
根据稳压电路的的稳压系数的定义：
设计要求ΔUo≤15mV ，SV≤0.003
Uo=+3V～+9V
Ui=14V
代入上式，则可求得ΔUi
2）滤波电容C
设定Io=Iomax=0.8A，t=0.01S
则可求得C。
一般滤波电路常用的滤波电容有2200u F和1100u F两种，电容的耐压要大于U2=×12=16.968V≈17V，故滤波电容C取容值为2200u F（1100u F仿真的结果是一样的），耐压为25 V电解电容。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。

七、总原理图、元器件清单及PCB图

1.总原理图

2、元件清单
元件序列
型号
元件参数值
数量
备注
J1
变压器
12V
1
实际输入电压大于12V
D1 D2 D3 D4 D5 D6
二极1N4007
U≥1000V,1A
6
也可用1N4001
D7
发光二极管

1

SK
开关

1

C1
电解电容
2200uF/25V
1
也可用
1000uF/25V
C2
无极电容
0.1uF
1

C3 C4
电解电容
100uF/25V
2

R1
电阻
200
1

R3
电阻
1K
1

R4
电阻
3k
1

R2
电位器
2.2K
1

7805
三端稳压器LM317
可调范围1.2V～37V
1

Ce4
保险管

1

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 按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。

九、结论与心得
经过很长时间的探索，课程设计终于完成了。从来没有做过课程设计，刚开始虽然课程设计的题目确定了，可是由于对所选的课程设计所用到的原理不了解，对于集成直流稳压电源电路图改了又改，花了很多时间去确定电路图。通过查阅资料，才慢慢懂得集成直流稳压电源电路的原理和电路图中各个部分的作用。通过这次课程设计，懂得了不同系列的稳压器有不一样的性能，LM系列的稳压芯片能在比较大的范围内调节电压，它的稳压电路也相对78系列的稳压电路要复杂一些，与LM系列的稳压芯片连接的电阻和电位器的参数选定，有固定的计算公式。为了能使电路设计的误差更少，在设计出电路图后进行仿真。仿真也还是有一定的误差。这次的课程设计从题目的选定到最后硬件的完成、性能测试都让我受益匪浅，不但懂得了一些电路元件的性能、作用，硬件的制作，也提高了实践动手能力，为以后的课程设计、毕业设计奠定了基础。也懂得了跟同学如何去合作、团结一致。本次的设计让我受益匪浅，让我更进一步的了解自己的不足之处，更进一步的巩固的所学过的知识，更懂得了做任何事情都要自己主动努力去做，学习到的理论知识只有在实践中，才会真正发挥作用，也只有通过实践才能把知识运用的现实中。
1.准备越充分，实验越顺利。古人云：“磨刀不误砍柴工”。前期的知识储备、文献储备、材料准备、方法准备可以避免手忙脚乱，充分的预实验使你充满信心。一步一个脚印，就不必“从头再来”。最不能容忍的是在开始的几步偷懒，造成后面总有一些无法排除的障碍。
2.交流是最好的老师。做实验遇到困难是家常便饭，首先应该想到的是交流。对有身份的人，私下的请教体现你对他的尊重；对同年资的人，公开的讨论可以使大家畅所欲言，而且出言谨慎。千万不能闭门造车。
3.一半时间做实验，一半时间看文献。千万不能把时间全部消耗在实验台上。看文献、看书、看别人的操作、听别人的经验、研究别人的思路，边做边思考。要学会比较，不要盲从。否则，会被一些小小的问题困扰许久。
4.记录真实详尽。人总是有一点虚荣心的。只把成功的步骤或漂亮的结果记到实验记录里，是很多人的做法。殊不知，许多宝贵经验和意外发现就这样与你擦肩而过。客观、真实、详尽的记录是一笔宝贵的财富。
5.实践出真理。实训时间虽然非常短，但是我接触到的新东西却很多，这些东西给我带来了新的体验和新的体会。我相信，只要我用心去尝试，一定会有更大的收获和启发，为自己以后的工作积累更多丰富的知识和宝贵的经验。
6.态度决定一切。这次试训更让我明白了一个道理“态度决定一切”，让我认识到不管以后做什么事，都应抱着认真的态度。
通过这次对直流稳压电源的制作，使自己对其更深层次的了解了，在实验过程中学习到了许多课堂上无法学到的知识，收获颇多。加深了对知识的了解，并有所巩固，在此基础上得到了升华。通过自身的动手实践，提高了自己的实际操作能力，在这次实训中受益匪浅！

十、参考文献
1、《电子线路—电子通讯类（试验版）》 主编 宋贵林 姜有根
2、《电子技术基础（模拟部分）》 主编 康华光
3、《电子技术实验教程》 主编 王春兴
4、《电子技术基础》 主编 康华光
5、《电子线路设计》第二版 主编 谢自美
6、《集成电路导读》 主编 杨之廉
7、《模拟电子技术基础》第四版 主编 华成英 童诗白
8、《模拟电子技术基础实验与课程设计》 主编 李万臣
9、《模拟电子技术》第二版 主编 王远
14