直流穩(wěn)壓電源 畢業(yè)設(shè)計論文

河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）1設(shè)計任務(wù)與要求PAGEPAGE2 1設(shè)計任務(wù)與要求1.1直流穩(wěn)壓電源的種類及選用直流穩(wěn)定電源按習(xí)慣可分為化學(xué)電源，線性穩(wěn)定電源和開關(guān)型穩(wěn)定電源，它們又分別具有各種不同類型：（1）化學(xué)電源平常所用的干電池、鉛酸蓄電池、鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池均屬于這一類，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，又產(chǎn)生了智能化電池；在充電電池材料方面，美國研制員發(fā)現(xiàn)錳的一種碘化物，用它可以制造出便宜、小巧、放電時間，多次充電后仍保持性能良好的環(huán)保型充電電池。（2）線性穩(wěn)壓電源 線性穩(wěn)壓電源有一個共同的特點(diǎn)就是它的功率器件調(diào)整管工作在線性區(qū)，靠調(diào)整管之間的電壓降來穩(wěn)定輸出電壓。由于調(diào)整管靜態(tài)損耗大，需要安裝一個很大的散熱器給它散熱。而且由于變壓器工作在工頻（50Hz)上,所以重量較大。線性穩(wěn)壓電源又分為串聯(lián)型穩(wěn)壓電源和交流型穩(wěn)壓電源。該類電源優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性高，紋波小，可靠性高，易做成多路輸出連續(xù)可調(diào)的成品。缺點(diǎn)是體積大、較笨重、效率相對較低。這類穩(wěn)定電源又有很多種，從輸出性質(zhì)可分為穩(wěn)壓電源和穩(wěn)流電源及集穩(wěn)壓、穩(wěn)流于一身的穩(wěn)壓穩(wěn)流（雙穩(wěn)）電源。從輸出值來看可分為定點(diǎn)輸出電源、波段開關(guān)調(diào)整式和電位器連續(xù)可調(diào)式幾種。從輸出指示上可分為指針指示型和數(shù)字顯示式型等等。（3）開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源與線性穩(wěn)壓電源不同的一類穩(wěn)壓電源就是開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源，它的電路型式主要有單端反激式，單端正激式、半橋式、推挽式和全橋式。它和線性電源的根本區(qū)別在于它變壓器不工作在工頻而是工作在幾十千赫茲到幾兆赫茲。功能管不是工作在飽和及截止區(qū)即開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)電源也因此而得名。開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)是體積小，重量輕，穩(wěn)定可靠；缺點(diǎn)相對于線性電源來說紋波較大。它的功率可自幾瓦－幾千瓦均有產(chǎn)品。1.2穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)及對穩(wěn)壓電源的要求（1）穩(wěn)定性好當(dāng)輸入電壓Usr（整流、濾波的輸出電壓）在規(guī)定范圍內(nèi)變動時，輸出電壓Usc的變化應(yīng)該很小一般要求。由于輸入電壓變化而引起輸出電壓變化的程度，稱為穩(wěn)定度指標(biāo)，常用穩(wěn)壓系數(shù)S來表示：S的大小，反映一個穩(wěn)壓電源克服輸入電壓變化的能力。在同樣的輸入電壓變化條件下，S越小，輸出電壓的變化越小，電源的穩(wěn)定度越高。通常S約為10-2~10-4。（2）輸出電阻小負(fù)載變化時（從空載到滿載），輸出電壓Usc，應(yīng)基本保持不變。穩(wěn)壓電源這方面的性能可用輸出電阻表征。輸出電阻（又叫等效內(nèi)阻）用rn表示，它等于輸出電壓變化量和負(fù)載電流變化量之比。rn反映負(fù)載變動時，輸出電壓維持恒定的能力，rn越小，則頻率變化時輸出電壓的變化也越小。性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源，輸出電阻可小到1歐，甚至0.01歐。（3）電壓溫度系數(shù)小當(dāng)環(huán)境溫度變化時，會引起輸出電壓的漂移。良好的穩(wěn)壓電源，應(yīng)在環(huán)境溫度變化時，有效地抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓穩(wěn)定，輸出電壓的漂移用溫度系數(shù)KT來表示。（4）輸出電壓紋波小所謂紋波電壓，是指輸出電壓中50Hz或100Hz的交流分量，通常用有效值或峰值表示。經(jīng)過穩(wěn)壓作用，可以使整流濾波后的紋波電壓大大降低，降低的倍數(shù)反比于穩(wěn)壓系數(shù)S。1.3串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計要求設(shè)計指標(biāo)：輸出直流電壓，1—12V連續(xù)可調(diào)；最大輸出電流：800mA；交流電電源電壓220V；放大管具有恒流源負(fù)載；有過流保護(hù)電路；河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）第2章電路原理分析與方案設(shè)計－PAGE1－河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）2電路原理分析與方案設(shè)計PAGE62電路原理分析與方案設(shè)計2.1電路設(shè)計穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成。如圖2.1所示。電源變壓器電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路輸出電壓圖2.1穩(wěn)壓電源的組成框圖符合上述要求的電源電路的設(shè)計方法有很多種，比較簡單的有3種：晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路。電路框圖如圖2.2所示的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路,由取樣電路、基準(zhǔn)電路、比較放大和調(diào)整電路等部分組成。其中R1、R2和RP組成取樣電路，R1、R2和RP稱為取樣電阻；R3和V2組成基準(zhǔn)電路，R3是Vz的限流電阻，Vz給V2發(fā)射極提供一個基準(zhǔn)電壓；V2為比較放大管，作用是將穩(wěn)壓電路輸出電壓的變化量先放大，然后再送到調(diào)整管基極；V1是調(diào)整管，起調(diào)整作用。穩(wěn)壓過程如下：當(dāng)輸出電壓U0發(fā)生變化時，通過取樣電路把U0的變化量取樣加到放大管V2的基極。而由R3和Vz組成的基準(zhǔn)電路為V2的發(fā)射極提供基準(zhǔn)電壓Uz。由V2和R4組成的放大電路把取樣電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較放大后，輸出調(diào)整信號送到調(diào)整V1的基極，控制V1進(jìn)行調(diào)整，以維持U0基本不變。圖2.2串聯(lián)型穩(wěn)壓電路（2）采用三端集成穩(wěn)壓器電路。如圖2.3所示，它采用輸出電壓可調(diào)且內(nèi)部有過載保護(hù)的三端集成穩(wěn)壓器（CW317），輸出電壓調(diào)整范圍較寬，設(shè)計一電壓補(bǔ)償電路可實現(xiàn)輸出電壓從1.0V起連續(xù)可調(diào)，因要求電路具有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，該電路所用器件較少，成本低且組裝方便、可靠性高。圖2.3三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路用單片機(jī)制作的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。該電路采用可控硅作為第一級調(diào)壓元件，用穩(wěn)壓電源芯片LM317，LM337作為第二級調(diào)壓元件，通過AT89S51單片機(jī)控制繼電器改變電阻網(wǎng)絡(luò)的阻值，從而改變調(diào)壓元件的外圍參數(shù)，并加上軟啟動電路，獲得1.0～12V，0.1V步長，驅(qū)動能力可達(dá)1A，同時可以顯示電源電壓值和輸出電流值的大小。其硬件電路主要包括變壓器、整流濾波電路、壓差控制電路、穩(wěn)壓及輸出電壓控制電路、電壓電流采樣電路、掉電前重要數(shù)據(jù)存儲電路、單片機(jī)、鍵盤顯示等幾部分，硬件部分原理圖如圖2.4所示。變壓器變壓器整流濾波穩(wěn)壓輸出整流濾波穩(wěn)壓輸出電壓電流采樣正端壓差控制負(fù)端壓差控制濾波取樣電阻取樣電阻單片機(jī)鍵盤顯示數(shù)據(jù)存儲輸出電壓控制LM317LM317軟啟動電路圖2.4用單片機(jī)制作的直流穩(wěn)壓可調(diào)電源正、負(fù)端壓差控制電路的作用是減少LM317和LM337輸入端和輸出端的壓差以降低LM317和LM337的功耗。穩(wěn)壓電路由三端穩(wěn)壓芯片LM317及外圍器件組成，輸出電壓控制電路采用繼電器控制的電阻網(wǎng)絡(luò)。電阻網(wǎng)絡(luò)的每個電阻都需要精密匹配，電阻的精密程度直接影響輸出電壓的精度。電壓電流采樣電路由單片機(jī)控制實時對當(dāng)前電壓電流進(jìn)行采樣，以修正輸出電壓值。掉電前重要數(shù)據(jù)存儲電路用以保存當(dāng)前設(shè)置的電壓值，可以方便用戶在重新上電后不用設(shè)置，而且也不會因為電壓值過高損壞用戶設(shè)備。2.2方案論證與比較方案一：結(jié)構(gòu)簡單，可用常用分立元器件，容易實現(xiàn)，技術(shù)成熟，完全能夠達(dá)到技術(shù)參數(shù)的要求，造價成本低，精確度不是太高；方案二：穩(wěn)壓部分需采用一塊三端穩(wěn)壓器其他分立元器件，元器件先進(jìn)，技術(shù)成熟，完全能達(dá)到題目要求，性能較方案一需優(yōu)越一些，精確度高，但成本也相對較高；方案三：電源穩(wěn)定性好、精度高，并且能夠輸出±12V范圍內(nèi)的可調(diào)直流電壓，且其性能于傳統(tǒng)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，但是電路比較復(fù)雜，成本很高，使用于要求較高的場合。在實際中，如果對電路的要求不太高(這種情況較多)，多采用第二種設(shè)計方案。綜合考慮，本設(shè)計適合采用方案二來實現(xiàn)。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）3單元電路分析與設(shè)計PAGE283單元電路分析與設(shè)計3.1基本方案介紹本設(shè)計電路分為降壓電路、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四大部分組成，下面分別對每個部分進(jìn)行簡單的介紹。降壓電路：它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓來確定。整流電路：整流電路的主要作用是把經(jīng)過變壓器降壓后的交流電通過整流變成單個方向的直流電。但是這種直流電的幅值變化很大。它主要是通過二極管的截止和導(dǎo)通來實現(xiàn)的。常見的整流電路主要有單相橋式整流電路、單相半波可控整流電路、全波整流電路、橋式整流電路、倍壓整流電路。我們選取單相橋式整流電路實現(xiàn)設(shè)計中的整流功能。濾波電路：主要有電容濾波電路、電感濾波電路、復(fù)式濾波電路。在此設(shè)計中，采用電容濾波電路。這是由于電容在電路中也有儲能的作用，并聯(lián)的電容器在電源供給的電壓升高時，能把部分能量存儲起來，而當(dāng)電源電壓降低時，就把能量釋放出來，使負(fù)載電壓比較平滑。由于本電路后級是穩(wěn)壓電路，因此可以使用電容濾波電路進(jìn)行簡單濾波。穩(wěn)壓電路：最簡單的直流穩(wěn)壓電路是由穩(wěn)壓二極管和限流電阻組成的。由于設(shè)計中要求輸出電壓為四個電壓，即可調(diào)型的，所以選擇三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓內(nèi)部含有過流、過熱保護(hù)電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。其電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構(gòu)成的可調(diào)電壓穩(wěn)壓電源。3.2單元電路分析3.2.1降壓電路降壓電路由電源變壓器組成，常用的電源變壓器按相數(shù)分：可分為單相電源變壓器和三相電源變壓器，單相用于單相負(fù)荷和三相電源變壓器組，三相用于三相系統(tǒng)的升、降壓。按冷卻方式分為：干式電源變壓器和油浸式電源變壓器，干式是依靠空氣對流進(jìn)行冷卻，一般用于局部照明、電子線路等小容量電源變壓器，油浸式是依靠油作為冷卻介質(zhì)。電源變壓器的功能是功率傳送，電壓變換和絕緣隔離，作為一種主要的軟磁電磁元件，在電源技術(shù)中和電力電子技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。變壓器電路原理圖及其波形變換如圖3.1所示，圖3.1變壓器及其波形變換電源變壓器實物圖如圖3.2，變壓器工作原理電路示意框圖見圖3.3。圖3.2變壓器實物圖圖3.3變壓器原理圖及變比仿真一：電源變壓器的基本特性(1)要求：eq\o\ac(○,1)電源變壓器：220：15，220V50Hzeq\o\ac(○,2)負(fù)載電阻：100歐，示波器(2)仿真電路：圖3.4變壓器仿真電路圖圖3.5變壓器仿真電路波形圖3.2.2整流電路整流電路主要是由整流二極管組成的。整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電流轉(zhuǎn)換成單向脈動性直流電，這就是交流電整流的過程。其電路原理圖及其波形變換如圖3.6所示，整流部分的電路形式有半波整流、全波整流、橋式整流三種。圖3.6整流電路原理圖及波形圖（1）半波整流電路1）電路圖如圖3.7所示，利用二極管的單向?qū)щ娦裕谪?fù)載R1上得到單向脈動電壓Vo。2）電路特點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡單，輸出電壓波動較大、效率低。輸出的直流電壓為：（3-1）3）工作原理：U2為正半周：D1管導(dǎo)通，有輸出電壓；U2為負(fù)半周：D1管截止，無輸出電壓。圖3.7半波整流電路圖4）波形圖圖3.8半波整流波形圖5）適用性由于單相半波整流電路簡單易行，所用二極管數(shù)量少，但是由于它只利用了交流電壓的半個周期，所以輸出電壓低，交流分量大（即脈動大），效率低。因此，這種電路僅適用于整流電流較小，對脈動要求不高的場合。所以，單相半波整流電路不適合用在這次的設(shè)計中。（2）全波整流電路1）電路圖：如圖3.9所示，二極管D1,D2分別在V2的正、負(fù)半周導(dǎo)通，在RL上得到如圖所示電壓波形。2）電路特點(diǎn)：是輸出電壓波動小，變壓需中心抽頭，繞制復(fù)雜，成本高，笨重。3）工作原理：在U2正半周：D1導(dǎo)通、D2管截止，負(fù)載中有電流流過；在U2負(fù)半周：D1截止、D2管導(dǎo)通，負(fù)載中有電流流過。圖3.9全波整流電路4）波形圖圖3.10全波整流波形圖5）適用性由于單向全波整流電路中只用2個晶閘管，比單相全控橋式整流電路少2個，相應(yīng)地，晶閘管的門極驅(qū)動電路也少2個，但是在單相全波可控整流電路中，晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋式整流電路的2倍。綜上所述，單相全波電路適用于在低輸出電壓的場合應(yīng)用。（3）橋式整流電路1）電路圖：如圖3.11所示，二極管D1、D2、D3、D4四只二極管接成電橋的形式，名稱由此而來。圖3.11橋式整流電路2）工作原理：如圖3.12所示。在V2的正半周，D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止，通過D1、D3給RL提供電流，方向由上向下（圖中虛線)；在V2的負(fù)半周，D2、D4導(dǎo)通，D1、D3截止，通過D2、D4給RL提供電流，方向仍然是由上向下（圖中虛線）由此得到圖示的整流波形。圖3.12工作原理圖3）波形圖圖3.13橋式整流波形圖仿真二：橋式整流電路1、要求：整流橋（理想）1只。2、仿真電路：圖3.14橋式整流電路仿真圖圖3.15橋式整流電路仿真波形圖4）參數(shù)計算①輸出的直流電壓值為：（3-2）②流過負(fù)載平均電流：（3-3）③流過整流二極管的平均電流：（3-4）④整流二極管的最大反向電壓：（3-5）⑤二極管的選擇：（1）在單相橋式整流電路中，因為每只二極管只在變壓器副邊電壓的半個周期通過電流，所以每只二極管的平均電流只有負(fù)載電阻上電流平均值的一半，即（3-6）（2）考慮到電網(wǎng)電壓的波動范圍為10%，實際選用的二極管時，應(yīng)至少有10%的余量，選擇最高反向工作電壓為>（3-7）5）適用性單相橋式整流電路與半波整流電路相比，在相同的變壓器副邊電壓作用下，對二極管的參數(shù)要求是一樣的，它在變壓器副邊電壓有效值相同的情況下，輸出電壓的平均值是半波整流電路的兩倍，并且還具有輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動小等優(yōu)點(diǎn)，因此得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。綜合考慮，本設(shè)計選擇橋式整流電路較為合適。3.2.3濾波電路整流電路的輸出電壓雖然是單一方向的，但是含有較大的交流成分，不能適應(yīng)大多數(shù)電子電路及設(shè)備的需要，因此，一般在整流后，還需要利用濾波電路將脈動的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?。濾波電路的作用是對整流電路輸出的脈動直流進(jìn)行平滑，使之成為含交變成份很小的直流電壓。濾波電路實際上是一個低通濾波器，截止頻率低于整流輸出電壓的基波頻率，與用于信號處理的濾波電路相比，直流電源中濾波電路的顯著特點(diǎn)是：均采用無源濾波電路，在理想情況下，濾去所有的交流成分，而只保留直流的成分，能夠輸出較大的電流，而且，因為整流管工作在非線性狀態(tài)（即導(dǎo)通或截止），故而濾波特性的分析方法也是不盡相同的。常見的濾波電路電路形式有電容濾波、電感濾波、復(fù)式濾波電路。其中復(fù)式濾波電路包括L型濾波電路和型濾波電路。（1）電容濾波電路盡管整流后的電壓為直流電壓，但波動較大，仍然不能直接作為電源使用，還需進(jìn)一步濾波，將其中的交流成份濾掉。濾波通常是采用電容或電感的能量存儲作用來實現(xiàn)的常用的濾波電路有電容濾波、電感濾波、L型濾波、型濾波等幾種。在小功率整流濾波電路中，電容濾波是最常用的一種，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，效果較好。1）電路組成： eq\o\ac(○,1)電容濾波電路如圖3.16所示，波形如圖3.17所示。圖3.16電容濾波電路圖3.17電容濾波波形圖eq\o\ac(○,2)電容濾波的原理：電容是一個能儲存電荷的元件。有了電荷，兩極板之間就有電壓UC=Q/C。在電容量不變時，要改變兩端電壓就必須改變兩端電荷，而電荷改變的速度，取決于充放電時間常數(shù)。時間常數(shù)越大，電荷改變得越慢，則電壓變化也越慢，即交流分量越小，也就“濾除”了交流分量。濾波電容容量較大，因而一般均采用電解電容，在接線時要注意電解電容的正、負(fù)極。2）工作原理如圖3.18所示。eq\o\ac(○,1)負(fù)載未接入時：設(shè)電容兩端初始電壓為零，接入交流電源后，當(dāng)U2為正半周時，U2通過D1、D3向電容C充電；U2為負(fù)半周時，經(jīng)D2、D4向電容C充電。充電時間常數(shù)為：C=RintC。其中Rint包括變壓器副繞組的直流電阻和二極管的正向電阻。由于Rint一般很小，電容器很快就充電到交流電壓U2的最大值U2，由于電容無放電回路，故輸出電壓（電容C兩端的電壓)保持在U2不變。eq\o\ac(○,2)接入負(fù)載RL時：設(shè)變壓器副邊電壓U2從0開始上升時接入RL，由于電容已到U2，故剛接入負(fù)載時，U2＜UC，二極管在反向電壓作用下而截止，電容C經(jīng)RL放電，放電時間常數(shù)為：d=RLC。因d一般較大，故電容兩端電壓Uc(即Uo)按指數(shù)規(guī)律慢下降（圖中a,b段）。eq\o\ac(○,3)當(dāng)U2升至U2＞UC時，二極管D1、D3在正向電壓作用下而導(dǎo)通，此時U2經(jīng)D1、D3一方面向RL提供電流，一方面向C充電（接入RL后充電時間常數(shù)變?yōu)镃=RL//RintC≈RintC）。VC將如圖中b、c段所示。eq\o\ac(○,4)當(dāng)V2又降至V2＜VC時，二極管又截止，電容C又向RL放電，如圖中c、d段所示。電容如此周而復(fù)始充放電，就得到了一個如圖所示的鋸齒波電壓Vo=VC，由此可見輸出電壓的波動大大減小。eq\o\ac(○,5)為了得到平滑的負(fù)載電壓，一般取d=RLC≥(3—5)T/2(T為交流電周期20ms)此時：Vo=(1.1—1.2)V2。圖3.18電容濾波電路工作原理圖仿真三：電容濾波1、要求：電容1000μF1只2、仿真電路：圖3.19電容濾波仿真電路圖圖3.20仿真波形圖③電容濾波的特點(diǎn)1、RLC越大，電容放電速度越慢，負(fù)載電壓中的紋波成份越小，負(fù)載平均電壓越高。為了得到平滑的輸出電壓，一般?。篟LC≧（3—5）T/2(T——交流電源電壓周期)2、RL越小，輸出電壓越小。（1）當(dāng)C一定時，RL→∞時，即空載：UL0=1.4U2（2）當(dāng)C=0時，即無電容時：UL0=0.9U2 （3）一般情況下，ULO=（1.1——1.2)U23、電容濾波適用于負(fù)載電壓較高、負(fù)載變化不大的場合。（2）電感濾波電路①電路圖如圖3.21所示：圖3.21電感濾波電路圖②電感濾波的原理：電感濾波是利用電感的儲能來減小輸出電壓紋波的。當(dāng)電感中電流增大時，自電感電動勢的方向與原電流方向相反，自感電動勢阻礙電位增加的同時，也將能量儲存起來，使電流的變化減??；反之，當(dāng)電感中電流減少時，自感電動勢的作用阻礙電流的減少，同時釋放能量，使電流變化減小。因此，電流的變化小，電壓的紋波得到抑制。③電感濾波電路的幾點(diǎn)說明：1、L越大、RL越小，輸出電壓紋波越?。?、忽略電感內(nèi)阻，ULO=0.9U2（理論值）；3、電感濾波適用于低電壓，大電流的場合。（3）L型濾波電路圖3.22L型濾波電路圖（4）π型濾波電路圖3.23π型濾波電路圖因整流部分選擇了橋式整流電路，濾波部分選擇電容濾波與橋式整流結(jié)合使用，即可達(dá)到設(shè)計要求。3.2.4穩(wěn)壓部分（1）利用穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓穩(wěn)壓管穩(wěn)壓原理：利用穩(wěn)壓管在反向擊穿時電流可在較大范圍內(nèi)變動但擊穿電壓卻基本不變的特點(diǎn)而實現(xiàn)的。（2）三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓1）集成穩(wěn)壓器的特點(diǎn)：隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小，可靠性高，使用靈活，價格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端，故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。2）集成穩(wěn)壓器是將調(diào)整電路、取樣電路、基準(zhǔn)電路、啟動電路及保護(hù)電路集成在一塊硅片上構(gòu)成的芯片。它完整的功能體系、健全的保護(hù)電路、安全可靠的工作性能，給穩(wěn)壓電源的制作帶來了極大的方便。集成電路穩(wěn)壓器的型號很多，按單片的引出端子分類，有三端固定式、三端可調(diào)式、和多端可調(diào)式等。eq\o\ac(○,1)三端固定式集成穩(wěn)壓器A、三端固定式集成穩(wěn)壓器外形及管腳排列三端固定式集成電路穩(wěn)壓器的外形和管腳排如圖3.24所示。圖3.24三端固定式集成穩(wěn)壓器外形及管腳排列B、三端固定式穩(wěn)壓器的型號組成及其意義三端固定式集成穩(wěn)壓器的型號組成及其意義如圖3.25所示。國產(chǎn)三端固定式集成穩(wěn)壓器有CW78XX系列（正電壓輸出）和CW79XX系列（負(fù)電壓輸出），其輸出電壓有5V、6V、8V、9V、12V、15V、18V、24V，最大輸出電流有0.1A、0.5A、1A、1.5A、2.0A等。圖3.25三端固定式集成穩(wěn)壓器型號組成及意義C、三端固定式集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用a、固定輸出穩(wěn)壓器在實際上工作中，可根據(jù)不同的需要，可選取符合要求的CW78XX、CW79XX系列產(chǎn)品。電路組成如圖3.26所示。圖中C1可以防止由于輸入引線較長時產(chǎn)生的電感而引起的自激。C2用來減小由于負(fù)載電流瞬時變化而引起的高頻干擾。C3是容量較大的電解電容，主要用來進(jìn)一步減小輸出脈動和低頻干擾。圖3.26三端集成穩(wěn)壓器的典型接法b、擴(kuò)壓、擴(kuò)流和可調(diào)電路如果需要輸出電壓高于三端穩(wěn)壓器輸出電壓時，可采用圖3.27所示電路。圖3.27提高輸出電壓接線圖輸出電壓為：（3-8）通過調(diào)整R2可得所需電壓,但它的可調(diào)范圍小。當(dāng)負(fù)載電流大于三端穩(wěn)壓器輸出電流時，可采用圖3.28所示電路。圖3.28提高輸出電流接線圖（3-9）由于；且很小，可忽略不計，所以（其中）（3-10）式中R為V提供偏置電壓，UBE由三極管決定，鍺管為0.3V，硅管為0.7V。要得到可調(diào)的輸出電壓，可采用所示的電路圖3.28。其輸出電壓表達(dá)式如式（1）所示。c、具有正、負(fù)電壓輸出的穩(wěn)壓電源圖3.29具有正、負(fù)電壓輸出的穩(wěn)壓電源電路圖由圖可知，電源變壓器帶有中心抽頭并接地，輸出端得到大小相等、極性相反的電壓。eq\o\ac(○,2).三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器，按輸出電壓分為正電壓輸出CW317（CW117、CW217）和負(fù)電壓輸出CW337（CW137、CW237）兩大類。按輸出電流大小，每個系列又分為L型和M型等。三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器克服了固定三端穩(wěn)壓器輸出電壓不可調(diào)的缺點(diǎn)，繼承了三端固定式集成穩(wěn)壓器的諸多優(yōu)點(diǎn)。三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器CW317和CW337是一種懸浮式串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓器，它們的外形如圖3.30所示。圖3.30CW317和CW337外形典型應(yīng)用電路如圖3.31所示。圖3.31CW317和CW337典型應(yīng)用電路為了使電路正常工作，一般輸出電流不小于5mA。輸入電壓范圍在2～40V之間，輸出電壓可在1.25～37V之間調(diào)整。負(fù)載電流可達(dá)1.5A，由于調(diào)整端的輸出電流非常?。?0μA）且恒定，故可將其忽略，那么輸出電壓可用下式表示：（3-11）式中，1.25V是集成穩(wěn)壓器輸出端與調(diào)整端之間的固定參考電壓UREF；R1取值120～240Ω（此值保證穩(wěn)壓器在空載時也能正常工作），調(diào)節(jié)RP可改變輸出電壓的大?。≧P取值視RL和輸出電壓的大小而確定）。綜合比較而言穩(wěn)壓電路部分選擇具有體積小，可靠性高，使用靈活，價格低廉，穩(wěn)壓內(nèi)部含有過流、過熱保護(hù)電路等優(yōu)點(diǎn)三端集成穩(wěn)壓（CW317）電路。3.3元件電路參數(shù)計算（1）根據(jù)設(shè)計所要求的性能指標(biāo)，選擇集成三端穩(wěn)壓器。因為要求輸出電壓可調(diào)，所以選擇三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器?？烧{(diào)式集成穩(wěn)壓器，常見的主要有CW317、CW337、LM317、LM337。317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，337系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的負(fù)電壓?？烧{(diào)范圍為1.2V—37V，最大輸出電流為1.5A。穩(wěn)壓內(nèi)部含有過流、過熱保護(hù)電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。其電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構(gòu)成的可調(diào)電壓穩(wěn)壓電源。選集成穩(wěn)壓器，確定電路形式選可調(diào)式三端穩(wěn)壓器CW317，其特性參數(shù)V0=1.2V—37V，最大輸出電流Iomax=1.5A，最小輸入、輸出壓差(V1-V0)min=3V，最大輸入、輸出壓差(Vi-V0)max=40V。組成的穩(wěn)壓電源電路如圖3.32所示。圖3.32穩(wěn)壓電路圖（2）選電源變壓器電源變壓器的效率為：（3-12）其中：是變壓器副邊的功率，是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率如表1所示：表1小型變壓器的效率副邊功率效率0.60.70.80.85因此，當(dāng)算出了副邊功率后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率。由于CM317的輸入電壓與輸出電壓差的最小值，輸入電壓與輸出電壓差的最大值，故CM317的輸入電壓范圍為：即，取變壓器副邊電流：，取，則變壓器復(fù)變輸出功率由于變壓器的效率，所以變壓器原邊輸入功率，為留有余地，選用功率為20W的變壓器。選整流二極管及濾波電容eq\o\ac(○,1)根據(jù)整流二極管耐壓公式，可得，。IN4001的反向擊穿電壓，額定工作電流，故整流二極管選用IN4001。eq\o\ac(○,2)濾波電容.根據(jù)，和公式，可求得：所以，濾波電容：為了留有余地，故濾波電容C的容量為4700。（4）保護(hù)管VD1,VD2集成穩(wěn)壓器如果離濾波電容C1較遠(yuǎn),應(yīng)在靠近317輸入端接100納法旁路電容C3。接在調(diào)整端和地之間的電容C4用來旁路電位器兩端的紋波電壓。當(dāng)C4容量為10微法時，紋波抑制比可提高20DB，減小到原來的十分之一。另一方面，由于C4的接入，一旦輸入或輸出端發(fā)生短路，C4中儲存的電荷會通過穩(wěn)壓器內(nèi)部的調(diào)整管和基準(zhǔn)放大管而損壞穩(wěn)壓器。故在R4兩端并接二極管VD1。在沒有容性負(fù)載的情況下，穩(wěn)壓器可以穩(wěn)定地工作，但當(dāng)輸出端有500-5000PF的容性負(fù)載時，容易發(fā)生自激。為抑制自激，在輸出端接一只1微法的鉭電容或25微法的鋁電解電容C5，它還可以發(fā)送電源的瞬態(tài)響應(yīng)。但當(dāng)輸入端發(fā)生短路時，C5中儲存的電荷將對穩(wěn)壓器輸出端放電，放電電流可能損壞穩(wěn)壓器。故在穩(wěn)壓器兩端并接保護(hù)二極管VD2。VD1和VD2都選用IN4001額定電流1A，最大反向電壓100V。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）4總原理仿真圖、波形及元器件清單PAGE29河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）4總原理仿真圖、波形及元器件清單PAGE324總原理仿真圖、波形及元器件清單4.1總電路仿真圖：圖4.1直流穩(wěn)壓電源仿真圖圖4.2輸出電壓幅值圖可調(diào)電阻取最小時，=1.861V圖4.3輸出電壓幅值圖可調(diào)電阻取最大時，=12.009V4.2波形圖圖4.4直流電壓輸出波形圖4.3元器件清單：編號名稱型號數(shù)量R1電阻1KΩ1R5可調(diào)電阻10KΩ1C1電解電容4.7mF/50V1C2電解電容4.7mF1C3電解電容100nF/50v1C4電解電容10uF/50V1C5電解電容1μF1VD1、VD2整流二極管IN40012D1整流全橋MAD25011U2可調(diào)三端穩(wěn)壓LW1171V1電源變壓器TDA20261河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）5安裝與調(diào)試河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）5安裝與調(diào)試PAGE295安裝與調(diào)試安裝時，先安裝比較小的元件，所以先安裝整流電路，再安裝穩(wěn)壓電路，最后再裝上電容濾波電路。安裝時要注意，二極管和電解電容的極性不要接反。經(jīng)檢查無誤后，才將電源變壓器與整流、濾波電路連接。通電后，調(diào)節(jié)R5的阻值，若輸出電壓滿足設(shè)計指標(biāo)，說明穩(wěn)壓電源中各級電路都能正常工作，此時就可以進(jìn)行各項指標(biāo)的測試，因在multisim中沒有CM317元件，故用同一系列的LM117代替。（1）根據(jù)圖5-1所示電路繪制出裝配電路圖，標(biāo)清楚各元件的位置。圖5-1可調(diào)輸出三端集成穩(wěn)壓器應(yīng)用電路（2）根據(jù)圖5-1所示電路列出元件清單，備好元件，檢查各元件的是否適用。（3）正確識讀LW117的引腳，根據(jù)裝配圖完成可調(diào)輸出的三端集成穩(wěn)壓器組成的穩(wěn)壓電源安裝。（4）接線時要對各個功能模塊電路進(jìn)行單個測試，需要設(shè)計一些臨時電路用于調(diào)試。（5）測試電路時，必須要保證接線正確。（6）按照原理圖接線時必須要保證可靠接地。（7）調(diào)節(jié)電位器R5，測量輸出電壓的變化范圍是否在1.0V～12V之間。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）6性能測試與分析PAGE346性能測試與分析6.1測試要求（1）測試并記錄電路中各環(huán)節(jié)的輸出波形。（2）測量穩(wěn)壓電源輸出電壓的調(diào)整范圍及最大輸出電流。（3）測量輸出電阻Ro。（4）測量穩(wěn)壓系數(shù)。用改變輸入交流電壓的方法，模擬U1的變化，測出對應(yīng)的輸出直流電壓的變化，則可算出穩(wěn)壓系數(shù)S。（注意：用調(diào)壓器使220V交流改變±10％，即ΔUi=41V）（5）用毫伏表可測量輸出直流電壓中的交流紋波電壓大小，并用示波器觀察、記錄其波形。（6）分析測量結(jié)果，并討論提出改進(jìn)意見。6.2此電路的誤差分析綜合分析可以知道在測試電路的過程中可能帶來的誤差因素有:（1）測得輸出電流時接觸點(diǎn)之間的微小電阻造成的誤差。（2）電流表內(nèi)阻串入回路造成的誤差。（3）測得紋波電壓時示波器造成的誤差。（4）示波器,萬用表本身的準(zhǔn)確度而造成的系統(tǒng)誤差。6.3改進(jìn)方法（1）減小接觸點(diǎn)的微小電阻。（2）根據(jù)電流表的內(nèi)阻對測量結(jié)果可以進(jìn)行修正。（3）測得紋波時示波器采用手動同步。（4）采用更高精確度的儀器去檢測。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）結(jié)論P(yáng)AGE34河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）結(jié)論P(yáng)AGE35結(jié)論經(jīng)過自己獨(dú)立自主的設(shè)計電路，自己翻閱查找各種資料，我不僅學(xué)到了關(guān)于集成流穩(wěn)壓電源有關(guān)的知識，更加了解了三端穩(wěn)壓器，而且增強(qiáng)了自己運(yùn)用學(xué)習(xí)工具M(jìn)ultisim的能力和實踐動手能力，使自己對模擬電路充滿了興趣，增加了我對模擬電路學(xué)習(xí)的熱情。在自學(xué)過程中有很多不懂的問題，通過與任課老師的溝通和向同學(xué)們的虛心請教，終于完成了課程設(shè)計的要求的電路圖部分和仿真部分。在設(shè)計的時間上由于與復(fù)習(xí)考試的時間有些沖突，在設(shè)計的時候有些地方很可能還不夠完善，但是我非常高興學(xué)校可以給我們同學(xué)們這次自己設(shè)計報告的機(jī)會，這個看似簡單的設(shè)計報告卻真的花了我們不少的時間和心血。剛開始抱怨的同學(xué)們看著自己花了很大代價做出來的報告都十分激動，成功的喜悅掩蓋了奮斗的汗水。通過自己預(yù)先設(shè)計的電路，然后再參考一些書籍上的電路并經(jīng)過修改和創(chuàng)造，設(shè)計成了最終符合要求的電路原理圖，并進(jìn)一步了解和學(xué)習(xí)了整個電路的各個部分的具體工作原理，達(dá)到了理想的要求。最后我用Multisim軟件對電路圖進(jìn)行了部分仿真。經(jīng)過對前面部分電路的仿真我掌握了仿真的具體方法?？偟膩碚f我對仿真的結(jié)果還是比較滿意。這次的設(shè)計實驗我不僅進(jìn)一步學(xué)習(xí)了穩(wěn)壓電路的原理和設(shè)計，以及對電路的更深一步的了解，特別是掌握了仿真的方法，學(xué)會了仿真軟件的應(yīng)用，獲益匪淺。經(jīng)過這次的課程設(shè)計我收獲了很多，也學(xué)習(xí)到了很多有關(guān)專業(yè)方面的知識！在這次的實驗設(shè)計過程中，我初步掌握了直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試方法，學(xué)會了直流穩(wěn)壓電源電路的安裝及使用，同時也熟悉了電子技術(shù)設(shè)計的一些基本方法和技巧，收獲頗大。希望以后能將自己設(shè)計的直流穩(wěn)壓電源運(yùn)用到實際應(yīng)用中去。在剛接到該次設(shè)計任務(wù)時，心里還沒有一點(diǎn)準(zhǔn)備，不知如何下手。不過這個巨大的挑戰(zhàn)激起了我鉆研的決心，我將《模擬電子技術(shù)》這本書里關(guān)于各個集成放大器和穩(wěn)壓電源的知識一一回顧了一遍，大概擬訂了該次設(shè)計任務(wù)的草案。各項原理及單元電路的作用。了解了穩(wěn)壓直流電源的組成部分和各部分的具體的作用，并且通過專研和實際的調(diào)試，測試，掌握了各級輸出級的電壓值以及各電壓的輸出波形的具體測量方法和誤差分析。學(xué)會了電路各部分元件參數(shù)的計算和確定，以及通過對實驗參數(shù)指標(biāo)的要求和各部分電路各個元件之間的關(guān)系來準(zhǔn)確的確定具體的電路和元件的實際參數(shù)。通過對電路的理論分析從而在一定程度上大致分析所得的試驗結(jié)果進(jìn)行分析和確定正確與否，也通過實際的操作和對各元件的實際參數(shù)與理論值之間的差別了解了各影響因素對電路和試驗結(jié)果的影響。以及采取怎樣的措施來有效的減小以致消除外界不穩(wěn)定因素對試驗參數(shù)的影響，從而使測量的結(jié)果盡量準(zhǔn)確，盡量與理論值之間的差別縮小到最小。雖然在這次的實驗設(shè)計和參數(shù)的確定以及試驗結(jié)果的測試的過程當(dāng)中也遇到了一些困難和迷惑，但是通過查閱相關(guān)的資料和書籍，并且跟同學(xué)互相探討和研究，基本上解決了所遇到的問題。但是由于對專業(yè)知識具備的不足，所以在設(shè)計好的電路中難免會存在一定的差錯，而且由于對很多電子器件的實際性能和型號的不了解會在選擇器件的時候選不到最好的器件使電路工作在最佳狀態(tài)，所以試驗結(jié)果可能與理論值相差較大，但是經(jīng)過我的調(diào)試盡量使實驗結(jié)果與理論值間的差別減小到最小，從而達(dá)到了試驗的基本要求。綜上所述，在本次的畢業(yè)設(shè)計中，遇到了一些困難，使自己一度想放棄，但是，經(jīng)過自己的刻苦查閱，我克服了以上的困難，也學(xué)習(xí)到了很多與專業(yè)相關(guān)的知識，雖然自己的專業(yè)知識仍然有所欠缺，設(shè)計的電路圖可能會有一些不確切的地方，但是通過這次設(shè)計我新學(xué)道了很多，我覺得很值得。因為這是第一次單獨(dú)設(shè)計，難免會出現(xiàn)錯誤和不足，但在整體上我還是比較滿意的，因為這是我自己的勞動成果。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）參考文獻(xiàn)－PAGE2－河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）致謝PAGE34河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）致謝PAGE37致謝經(jīng)過