直流穩(wěn)壓電源設(shè)計試驗報告材料

1、標(biāo)準(zhǔn)文檔直流穩(wěn)壓電源設(shè)計實驗報告姓名：張翔班級：信息26學(xué) 號：2120502146同組者：毛天羽（信息26）劉偉鵬（信息26）目錄一、摘要 1二、設(shè)計要求 1三、原理分析與設(shè)計步驟1. 直流穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)的選擇 12. 交流變壓器 23. 整流電路 24. 濾波電路 25. 集成穩(wěn)壓電路5.1集成穩(wěn)壓器件LM317 35.2 LM317典型接法 46. 參數(shù)計算與器件選擇 46.1電路參數(shù)計算 46.2元器件清單 5四、實驗步驟與測試結(jié)果1. 電路搭接與儀器調(diào)試 62. 性能參數(shù)測試2.1穩(wěn)壓系數(shù)的測量 62.2輸出電阻的測量 62.3紋波電壓的測量 72.4測量結(jié)果分析 7五、 實驗小結(jié) 7

2、一、摘要隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，高性能的電子電路對于電源供電質(zhì)量的要求越來越高，如何設(shè)計出能滿足高性能電路要求的高精度電源便成為一大課題。直流穩(wěn)壓源為電路提供直流電壓和能量，其輸出電壓的品質(zhì)直接決定的電源性能的好壞。 本實驗旨在利用交流變壓器、整流環(huán)節(jié)、濾波環(huán)節(jié)和集成元件LM317穩(wěn)壓電路將 220V交流電壓轉(zhuǎn)化為5V直流電壓輸出，并且對衡量穩(wěn)壓電路性能的幾種主要參 數(shù)進(jìn)行了測試和分析。關(guān)鍵詞：半波整流 電容濾波 穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓系數(shù) 紋波電壓二、設(shè)計要求 如下表所示：輸出電壓5V、9V、12V、土 5V、土 9V、土 12V,固定、可調(diào)均可輸出電流最大600mA其他要求依據(jù)具體電路參數(shù)確定三、

3、原理分析與設(shè)計步驟1. 直流穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)選擇直流穩(wěn)壓電源的基本結(jié)構(gòu)如圖1.1所示，分為四個基本環(huán)節(jié)，即電源變壓器、 整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路。據(jù)此確定欲設(shè)計的電路結(jié)構(gòu)如圖1.2所示（具 體阻容參數(shù)已經(jīng)標(biāo)出，在6.1參數(shù)計算中給出計算過程）。220 V50 Hz圖1.1C2-O.lufCJ-lOul圖1.2I-*R110KLCi 22O0UE-2. 交流變壓器將220V交流電壓降低至一定幅度以使后級穩(wěn)壓電路正常工作。3. 整流電路將交流電壓轉(zhuǎn)換成脈動直流電壓，分為半波整流、全波整流和橋式整流。本 實驗采用二極管橋式整流電路，電路結(jié)構(gòu)如圖 3.1所示。Uo輸出電壓平均值Io輸出電流平均值I D

4、 0二極管電流平均值I D二極管電流有效值I 2變壓器副邊電流有效值U drm二極管最大反向電 壓整流原理如下:Uo1 二0 u°d(，t)兀二丄 0 遷U2sin td( t) 二込5I。1 D0兀二 U0/Rl 二 0.9U 2 / RlU drm1= 2I0 Id = 1.57Id0 I2二云2月1.571D04. 濾波電路本實驗采用電容濾波電路，如圖4.1所示。電容濾波電路充電時間常數(shù)£ = me（ rd為二極管正向?qū)娮瑁┖苄《烹姇r間常數(shù)壬=RC較大，充電 快而放電慢，達(dá)到濾波效果。該電路有如下特點：1）輸出電壓平均值U。與時間常數(shù) = RlC有關(guān)。越大，電容

5、放電越慢，輸出電壓平均值越大。純電阻負(fù)載時，一般取RC=（510）T（ T為交流電源電 壓周期）；非純電阻負(fù)載時，一般取 RlC =（35）T。25. 集成穩(wěn)壓電路5.1集成穩(wěn)壓器件LM317LM317是一款可調(diào)節(jié)三端穩(wěn)壓器，在輸出電壓范圍為 1.25V到25V時能夠 提供最大1.5A的電流，它只需要兩個外部電阻來設(shè)置輸出電壓。管腳排列見圖5.1.1 。管腳 1.調(diào)整端Adjust2. 輸出端Vout3. 輸入端Vin圖 5.1.2圖 5.1.15.2 LM317典型接法LM317勺典型接法如圖5.1.2所示。工作時,LM317建立并保持輸出端與調(diào)節(jié)端之間1.25V的標(biāo)稱參考電壓（Vref）,

6、 該標(biāo)稱電壓經(jīng)過電阻R1轉(zhuǎn)換成編程電流（Iprog ），經(jīng)由R2流到大地。輸出電壓 為：Vout *ef（1 ¥）IadjR2其中Jdj為調(diào)整端電流，不大于100。調(diào)節(jié)電位器R2,便可以實現(xiàn)輸出電壓可調(diào)的目的。D為保護(hù)二極管，用以防止C2向調(diào)整端放電；G=0.WF為輸入旁路電容，用以減小穩(wěn)壓器對輸入電源阻抗的敏感性；C2二10 J F作為調(diào)整端的旁路電容，用以提高紋波抑制比，防止輸出電壓增大時紋波被同步放大。在保證一定的電源調(diào)整率時，要求3.0V <Vin -VoU 40V （見LM317中文技術(shù)手冊），本實驗規(guī)定V°ut =5.0V，因此有8V < Vil 4

7、5V。選擇 =8.0V，理由是： 由于LM317調(diào)整端電流極小，故輸入電流約等于輸出電流。負(fù)載一定時，其消耗 功率保持不變。輸入電壓越大，輸入功率就越大，輸出功率不變，就會有更多的 功率消耗在LM317內(nèi)部，器件容易過熱燒壞。因此在滿足要求的范圍內(nèi)，輸入電 壓越小越好，故取Vin =8.0V 。6. 參數(shù)計算與器件選擇6.1電路參數(shù)計算2nR1 A圖6.11）穩(wěn)壓器件選擇LM317穩(wěn)壓輸出5.0V ；2）輸出濾波電容作用是使輸出電壓波形更平滑，減少負(fù)載對電源的影響。由于LM317穩(wěn)壓電路中已經(jīng)采用調(diào)整端旁路電容 C3=10F抑制輸出紋波，相當(dāng)于輸出濾波電容3）穩(wěn)壓器前小濾波電容C2根據(jù)LM31

8、7技術(shù)手冊，選取穩(wěn)壓器前端小濾波電容C2=0.1iF。由于電解電 容高頻特性差，C3使用無極性小容量電容。4）濾波電容C1濾波負(fù)載不是純電阻時，一般有 RlG =（35）T。取Rl =10門時，計算得23G =（35） 10 1 F，結(jié)合實際情況，取G =2200F。5）二極管與變壓器根據(jù)技術(shù)手冊，為使穩(wěn)壓器空載時能正常工作，R1中的電流應(yīng)取VrefIR1 =（5 10）mA，則 R =上=（125250）0，選取 R = 2000。1 R1由Uo二Vout二Vref （1 昱）二5V得R2 = 600門。根據(jù)實際情況選取滿量程為101的電位器。最大輸出電流等于0.6A時，即I outm ax

9、二rV R '6時，Rl =8. 3 o由于調(diào)整端電流很小，故輸入輸出電流基本相等，即o mta x根據(jù)電容濾波及橋式整流電路的特點，得到U4 =1.26二 U2 旦=6.67V1.2l3 T4 二 0.6A二極管電流平均值和有效值分別為lD廠 0.513 二 0.25A，ID =1.25l3 = 0.625A變壓器副邊電流有效值l2 "、2lD =0.88A，故副邊功率P-Uzb -5.87W ； 整流二極管承受的最大反向電壓 UDrM h'f2u2 =9.43V根據(jù)以上計算，選取相應(yīng)型號的二極管和變壓器。至此電路參數(shù)已完全確定。6.2元器件清單實驗所用元器件種類數(shù)

10、目及測量儀器清單如表6.2所示表6.2項目型號數(shù)目二極管5電位器10©量程1電阻200Q1電容0.1uF、10uF、2200uF各一個變壓器220:141滑動變阻器0100Q1面包板1 示波器1萬用表充當(dāng)電壓表、電流表2四、實驗步驟與測試結(jié)果1. 電路搭接與儀器調(diào)試依據(jù)原理圖在面包板上搭接實驗電路，確認(rèn)連接無誤后接通電源測試。2. 性能參數(shù)測試2.1穩(wěn)壓系數(shù)的測量參數(shù)說明：穩(wěn)壓系數(shù)也叫電壓調(diào)整率，是指環(huán)境溫度和負(fù)載不變得情況下， 輸入電壓變化引起輸出電壓變化的程度，定義為輸出電壓的相對變化與輸入電壓 的相對變化的比值，即S= “Vo/Voroo%i/Vi測量步驟：使輸出電流保持在額定

11、值，保持負(fù)載不變，改變輸入電壓，用萬 用表直流電壓檔測輸出電壓。測量結(jié)果：輸入電壓/V輸出電壓/V2205.0261985.0252205.026穩(wěn)壓系數(shù) S 二（5.026 -5.025"5.025 100% =1.99 10： 0.0020.12.2輸出電阻的測量參數(shù)說明：直流穩(wěn)壓源的輸出電阻即直流電源的內(nèi)阻，越小越好。若電源內(nèi)阻過大，則當(dāng)負(fù)載電阻較小時，內(nèi)阻分壓將不可忽略，對電源的精確度造成影響。測量步驟：保持輸入電壓不變，大范圍改變負(fù)載阻值，測量負(fù)載電壓和負(fù)載 電流的變化值，由戴維寧定理可知，兩者的比值即穩(wěn)壓源的輸出電阻。 測量電壓和電流分別用萬用表直流電壓檔和電流檔，電流表

12、外接 測量結(jié)果：輸出電壓/V輸出電流/mA5.01296.94.967349.8穩(wěn)壓源輸出電阻iVo5.012-4.967(349.8-96.9) 10,2.3紋波電壓的測量參數(shù)說明：盡管經(jīng)過了整流和濾波，也不可能將輸出電壓中的交流成分完全 濾除，因此輸出電壓仍存在較小的波動，即紋波。紋波越小，表明穩(wěn)壓電源的性 能越好，輸出電壓品質(zhì)越好。測量步驟：使電路工作在額定電流下，用示波器觀察輸出電壓，并使用交流 耦合檔觀察紋波電壓，用 Measure檔測量其峰峰值，做記錄。測量結(jié)果：Vpp =8.0mV2.4測量結(jié)果分析從以上三個參數(shù)的測量結(jié)果來看，直流穩(wěn)壓源穩(wěn)壓系數(shù)較小，說明輸入變化 對輸出電壓的影響較小。這項指標(biāo)的意義在于，即使穩(wěn)壓源所處的環(huán)境溫度等因 素發(fā)生劇烈變化而導(dǎo)致輸入電壓大幅變化， 也能保證輸出電壓變化控制在一定的 較小的范圍內(nèi)。輸出電阻為0.181，是一個比較小的值。相對于 5.0V的直流輸 出，8mVt峰值的紋波幾乎可以忽略。綜上，本次實驗所設(shè)計的直流穩(wěn)壓源基本 滿足設(shè)計要求。五、實