1、电工与电子技术基础课程设计报告题目 学院（部） 专业 班级 学生姓名 学号 6 月 10日至 6月 24 日共 2 周指导教师（签字） 课程设计直流稳压电源直流稳压电源一、 主要技术指标和要求：（1） 输出直流电压 U0=12V，调节范围 012V，且连续可调；（2） 最大输出电流LM200mA；（3） 稳压系数 Sr10;（4） 具有过流保护功能。（选做）二、 摘要：电源是各种电子、电气设备工作的动力，是自动化不可或缺的组成部分。在工农业生产中主要采用交流电，而在电子线路和自动化控制中还需要稳定的直流电。为了得到直流电除了直流发电机外多采用直流稳压电源，目前广泛采用各种半导体直流电源。本文设
2、计的是输出 012V 连续可调的直流稳压电源，最大输出电流为200mA，另外采用 LM317 集成器件。集成稳压器具有体积小，外接线路简单、使用方便、工作可靠和通用性等优点，因此在各种电子设备中应用十分普遍，基本上取代了由分立元件构成的稳压电路。集成稳压器的种类很多，应根据设备对直流电源的要求来进行选择。对于大多数电子仪器、设备和电子电路来说，通常是选用串联线性集成稳压器。而在这种类型的器件中，又以三端式稳压器应用最为广泛。17 / 17三、 整体设计方案论证与选择3.1 设计思路直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路组成。其基本原理框图如图 31.1 。（1）首先选用合适的电源变压
3、器将电网电压降到所需要的电压值（2）降压后的交流电压通过整流电路变换为单向脉动电压。其整流原件（晶体二极管、电子二极管或晶闸管）所以能整流是因为他们都具有单向导电的共性。（3）整流后的电压再经过滤波器减小其脉动程度以符合负载的需要。滤波电路一般由电容组成， 其作用是把脉动电压中大部分纹波加以滤除得到较平滑的直流电压。（4）将滤波后的直流电压通过稳压电路以得到稳定的直流输出电压。稳压电路的作用是在交流电源电压波动或负载变动时使直流输出稳定。整流电路滤波电路稳压电路图 31.1直流稳压电源原理框图3.2 方案论证与选择该设计的主要部分在稳压电路电压可调部分，其要求输出电压从V 开始连续可调。我们主
4、要对一下几种方案进行论证与选择。 方案 1：可调式三端稳压电源设计三 端 稳 压 芯 片CW317整 流 滤 波 电 路输出起可调电压0V三端稳压电源构成直流可调原理框图如 32.1 所示。该方案需使用三端稳压芯片 CW317 作为稳压电路可调部分，其输出电压调整范围宽，但该稳压电路输出地基准电压是 1.25V，而要求电压从 0V 起，一次还需设计电压补偿电路方可实现。补 偿 电 路图 32.1 三端稳压电源构成直流可调原理框图 方案 2：采用 A/D 和 D/A此方案控制部分采用单片机，原理框图如 32.2。A/D 转换之后经过功率放大得到输出电压。然后再经过单片机编程，一定程度上增加系统的
5、灵活性。该电源稳定好、精度高、波纹小、效率和密度比较高、可靠性也不错且能够输出可调的直流电压，其性能优于传统的可调直流稳压电源。ROMRAMD/A功放A/D单片机图 32.2 采用 A/D 和 D/A 方案的原理框图 方案三：晶体管串联式直流稳压电路U0取样调整管晶体管串联式直流稳压电路。电路框图如图 32.3 所示，该电路中，输出电压 UO 经取样电路取样后得到取样电压，取样电压与基准电压进行比较得到误差电压，该误差电压对调整管的工作状态进行调整，从而使输出电压发生变化， 该变化与由于供电电压 UI 发生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压 UO 为恒定值(稳压值)。因输出电压
6、要求从 0 V 起实现连续可调，因此要在基准电压处设计辅助电源，用于控制输出电压能够从 0 V 开始调节。U1误差放大辅助电源基准图 32.3 晶体管串联式直流稳压电路框图 方案四：有固定式三端稳压器够成设计方案的原理框图如下图，该方案由固定式三端稳压器（7805、7905）组成的直流稳压电源与串联式直流电源的工作原理基本相同，集成稳压器有三个端子：输入、输出、公共端。输入端接整流电路，输出端接负载；公共端接输入输出公共连接点。为使它工作稳定须在输入输出端之间并接一个电容。该种芯片具有安全可靠、接线简单、维护方便等优点。调整电路保护电路启动电路偏置电路误差放大基准电源图 32.4 固定式三端稳
7、压器方案的原理框图3.3 各种方案论证分析：方案一：采用可调三端集成稳压电路，该芯片的基准电压为 1.25V，再设计一个补偿电路来实现电压从 0 V 起连续可调。所用元件较少，结构简单，成本较低，组装方便且可靠性较高，此外，它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好，它能够很好的满足实际中大多数情况下的要求。方案二：采用单片机实现功能电源稳定性好、精度高，性能优于传统的可调直流稳压电源，但是电路比较复杂，成本较高，使用于要求较高的场合。在实际中，如果对电路的要求不太高(这种情况较多)，多不考虑该种方案。方案三：根据要求电压从 0 V 起实现连续可调，因此要在基准电压处设计辅助电源，用于控
8、制输出电压能够从 0 V 开始调节。再之单纯的串联式直流稳压电源电路很简单，但增加辅助电源后，电路比较复杂，由于都采用分立元件，电路的可靠性难以保证。方案四：该方案要使电压从 0V 起连续可调也需一个电压补偿电路，但该电路元件多且结构复杂， 较第一方案而言稍有不妥。综合各方案分析显然第一方案较为合理。四、设计方案原理框图、总体电路图、接线图及说明4.1 原理框图图 41.1 是直流稳压电源设计方案的原理框图，它表示把交流电变换为直流电的过程。包括变压电路、整流电路、滤波电路和稳压电路。变压滤波整流稳压交流 负载电源uiuiuIuiui图 41.1 设计方案的原理框图4.2 总体电路图接线图、接
9、线图该方案电路接线图如图所示D5LM317+UiUoD1D2D6R1C4220UC1C2D3D4C3Rp_DzR2图 42.1 总体电路图和接线图4.3 说明:如电路图 42.1 所示，在输入端加上 220V 交流电压经过变压器变压之后得到合适的电压；将降压后的交流电压通过整流电路变换为单向脉动电压。其中的整流元件（晶体二极管）；整流后的单向脉动电压经滤波后减小了电压的脉动程度，逐渐达到负载的需要；经过滤波后的电压最后再由稳压电路稳压之后将会输出直流电 U0。.而稳压环节是该方案的关键部分，根据要求输出电压从 0V 起可变输出，而我们在稳压部分选用的 LM317 输出的基准电压为 1.25V，
10、所以需要一个补偿电路来达到输出电压为 0V。上图中由 R2 和稳压管 Dz 组成的稳压电路便可达到此效果（通过稳压管使 A 点为-1.25V，这样当 Rp=0 时，VA 和输出的基准电压相抵消，便可近似认为 U0 为 0V）；通过改变 Rp 的阻值大小，即可调节输出电压 U0 的大小，实现电压从 0V 起连续可调。五、单元电路设计220u5.1 变压电路电源变压器是将来自电网的 220V 交流电压变换为电路所需电压。变压电路如图51.1 所示。变压器参数计算：LM317 输入电压设为 Ui 则U0min=0V、U0max=12VUi-U0max（Ui-U0）min图 51.1 变压器Ui-U0
11、min（Ui-U0）max。其中：（Ui-U0）min=3V，（Ui-U0）max=40V。所以 15VUi40V，稳压器的压差不宜过大，因此选择 Ui=15V。则变压器二次侧电压 U=Ui/1.2=12.5V 取 U=13V。考虑到变压器上的绕组即管子上的压降等因素，变压器二次侧电压大约要高出 10，即 13*1.1=14.3V 取 15V。稳压器输入输出电流基本保持不变 Ii200mA,则变压器二次侧的电流有效值 I=200*1.1=220mA。这样变压器的输出功率 P=UI=15*0.22=3.3W。故选用 10W 的变压器。5.2 整流电路a+D1D4uRLD3-D2b在整流部分我们选
12、用单相桥式整流电路，其电路图如图 51.2 所示。我们先来分该环节的工作情况。在变压器二次侧电压 u 的正半周时即 a 点电位高于 b 点电位，二极管 D1 和D3 导通，D2 和 D4 截止，电流 i1 的通路是 aD1RLD3b。这时，负载电阻 RL 上得到一个半波电压。图 52.1 单相桥式整流电路在电压 u 的负半周时，变压器二次侧则是上负下正 D1 和 D3 截止 D2 和 D4 导通。电流 i2 的通路是 bD2RLD4a 同样在负载电阻上得到一个半波电压。整流后的电压电流的波形如图 52.2 所示整流电路中二极管的参数计算：u0i0 变压器二次侧电压有效值为 U=15Vu0于是
13、URM=1.414*1522V。ID=I0/2=100mA。i1i2i1i2查二极管分立元件参数表，二极管选用2CZ55B（IOM=1000mA；URWM=50V）满足电wt路需求。图 52.2 整流后的波形u00(b)wtuC1RL5.3 滤波电路如图 53.1 所示与负载并联的电容器就是一个最简单的滤波器，也是我们所选择的滤波电路。下面分析该电路的工作情况：如果电路不接电容滤波器，输出电压波形如图53.2（a）所示，加电容滤波器后就如图 53.1 电容滤波器该图（b）所示。电容器的端电压在电路状态改变时不能跃变，因此滤波器以此原理制成。在二极管导通时，一方面供电给负载，同时对电容器 C 充
14、电。在忽略二极管正向压降的情况下，充电电压 uc 与上升的正弦电压 u 一致，电源电压 u 达到最大值时，uc 也达到最大值。而后 u 和 uc 都开始下降，u 安正弦规律下降，当 uuc 时，二极管承受反向电压而截止，电容器对负载放电，负载中仍有电流，而 uc 按放电曲线下降。在 u 的下个周期内，当 uuc 时，二极管再行导通，电容器再被充电，重复上述过程。u00（a）wt图 53.2 整流前后的波形对比整流电路输出电压与输出电流的外特性曲线如图所示。由图 53.3 可见，有无电容滤波时比较输出电压随负载电阻的变换有较大的变化，即外特性较差或者说带载能力较差。通常取 U0=U（半波）U0=
15、1.2U（全波）采用电容滤波时输出电压的脉动程度与电U0容放电时间常数 RLC 有关系。RLC 大一些1.4U电容滤波脉动就小一些。为了得到比较平直的输出电压一般要求 RL（1015）1/ wC。0.45U无电容滤波即 RLC（35）T/2。式中 T 电源交流电的周期。0滤波电容参数计算：图 53.3 外特性曲线Ui=15V,Iimax=200mA,可得 RL=15/0.2=75又 RLC（35）T/2，T=0.02S；电容 C=（5*T）/（2R）=667 F。应去电容常用值 C=1000 F。5.4 稳压电路LM317R1 C4C2D5C3RpDzR2D4我们在稳压部分选用的 LM317，
16、输出的基准电压为 1.25V，所以需要一个补偿电路来达到输出电压为 0V。由 R2 和稳压管 Dz 组成的稳压电路便可达到此效果（通过稳压管使 A 点为-1.25V，这样当Rp=0 时，VA 和输出的基准电压相抵消， 便可近似认为 U0 为 0V）；通过改变 Rp 的阻值大小，即可调节输出电压 U0 的大小，A实现电压从 0V 起连续可调。图 54.1 稳压电路图在集成稳压器离滤波电容较远时，应在 LM317 靠近输入端处接上一只 0.33 F 的旁路电容 C2，接在调整端和地之间的电容 C3 是用来旁路 RP 两端的波纹电压， 当 C3 为 10 F 纹波抑制比可提高 20dB,减到原来的
17、1/10。另一方面，由于在电路中接了电容 C3，此时一旦输入端或输出端发生短路，C3 中储存的电荷会通过稳压器内部的调整管和基准放大器而损坏稳压器。为了防止在这种情况下 C3 的放电电流通过稳压器，在 R1 两端并接一只二极管 D5。 LM317 集成稳压器在没有容性负载的情况下可以稳定工作。但当输出端有 500-5000pF 的容性负载时，就容易发生自激。为了抑制自激，在输出端接一只 1 F 的钽电容或 25 F 的铝电解电容 C4。该电容还可以改善电源的瞬态响应。但是接上盖地拿容以后，集成稳压器的输入端一旦发生短路，C4 将对稳压器的输出端放电，其放电电流可能损坏稳压器，故在稳压器的输入与
18、输出端之间，接一只保护二极管 D4。稳压电路中各元件参数的计算：电路中当 R2=0 时，VA=-1.25V，它与 UREF 刚好抵消使得 U0=0V，因此稳压二极管 DZ 稳定电压为 1.25V.根据内部电路设计，流过 R1 的电流 I=5mA，R1=UREF/I=1.25/0.005=250 ， 考虑器件参数的分散性，实际 I 可能大于 5mA，因此 R1 值应小于 250 。此处取R1=240 。U0=1.25（1+R2/R1）-1.25，所以 R2=（U0 R1）/1.25，当 U0 取最大值 12V 时，R2max=（12*240）/1.25=2304故取常用绕组变压器 R2=3.0K
19、 。D1 和 D2 分别是为了防止输入短路和输出短路时电容器放电使得 LM317 损坏， 查表得 2CZ55B 的最大反向工作电压为 50V，最大整流电流 1A，满足电路的需要。因此 D4、D5 均选择 2CZ55B。另 外 C2=0.33 F C3=10 F C4=1 F六、收获与体会这个星期我们的任务是电子电工课程设计，主要任务是设计一个可调直流稳压电源。我们是第一次课程设计，尽管这种课程设计可能是比较简单的一种，我们还是遇到了很大的困难。但是我们并没有轻易放弃在设计之前，参考了许多相关的资料。在设计中又参考了课本上给出的相关原理图，开始时我还不太明白电路是如何连接的，并且对其原理也不甚了
20、解，但通过对所学知识更深入的学习和老师的答疑讲解和帮助，最终使我们克服了难关，理解了许多东西。一路走来， 我收获了知识，收获了希望和努力后的成果。电子课程设计实践周，是以学生自己动手动脑，它将基本技能训练，基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践能力和创新精神。作为信息时代的大学生，仅会书本理论是不够的，基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。通过这次课程设计，我发现了以往学习中的许多不足，我更加深深地体会到了自学的重要性。比如我们在画电路图时，要用到那些专门的画电路的软件，而我们确是没有学过的，我就只好用 WORD 来绘制电路图，画的比较生硬，而且要用到文档中去也比较麻烦，但是
21、没有办法，我没有足够的时间马上去学习绘制电路图的软件。其实，大学中很多东西都是要靠自己去学的，当然，我们不能盲目的去学一些对自己专业没有很大帮助的东西。相反，我们应该抽时间好好的学习那些对我来说很有用的软件。像我自己，我学的这个专业，绘图软件是相当重要的。所以， 我现在就在自学 Pro/E，经过这次课程设计，我想我还应该要学习一下那两个常用的绘制电路图的软件 Protel 和 Protues 。自学是我们学习，学习好一门课、一门专业重要的一种能力。一个拥有很强自学能力的人，他在某种程度上可以比那些自学能力相对弱的人更容易成功。因为一个自学能力强的人，可以很快地掌握一项从来没有接触过的技术，适应
22、环境的能力强，自然，这种人是很受欢迎的，因此他们比较容易成功。相信以后我会以更加积极地态度对待我的学习、对待我的生活。我的激情永远不会结束，相反，我会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己的优点，去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。只有不断的测试自己，挑战自己，才能拥有更多的成功和快乐！To us, happiness equals success! 快乐至上，享受过程，而不是结果！认真对待每一个实验，珍惜每一分一秒，学到最多的知识和方法，锻炼自己的能力， 这个是我在课程设计中学到的最重要的东西，也是以后都将受益匪浅的！总之，这次实验过
23、程中我受益匪浅，培养了我的设计思维，增加了动手操作的能力。最重要的是我明白了自学的重要性，掌握了更为正确的自学方法，这将使我今后离开学校，踏上社会是相当有帮助的。我深深地意识到了我必须提高我的自学能力。此外，我还体会到，我们书本上所学的知识和实际的东西相差甚远， 我们所不懂的知识还有很多，因此今后我们要更加注重实际方面的锻炼和运用。在解决问题的过程无疑也是对自己自身专业素质的一种提高与肯定。此次设计不仅增强了自己在专业设计方面的信心，鼓舞了自己，更是一次兴趣的培养。这是一次难得的实践！七、参考文献杨福生主编. 电子技术. 高等教育出版社秦曾煌主编. 电工学（下册）.高等教育出版社陈振源主编.
24、电子技术基础. 高等教育出版社刘昭和主编. 电工学习题解答.哈尔滨工业大学出版社康华生主编. 电子技术基础.高等教育出版社林渭勋主编. 电力电子技术基础.机械工业出版社社王鸿明主编. 电工技术与电子技术.清华大学出版社唐 介主编. 电 工 学 .高等教育出版社毕淑娥主编. 电 工 学.哈尔滨工业大学出版社张 立主编. 现代电力电子技术基础.高等教育出版社莫正康主编. 电力电子应用技术.机械工业出版社八、附件元件特征参数数量交流电源220V、50Hz1变压器功率 10W、电压 15V1二极管2CZ55B6电容1000uF110uF11uF10.33uF1稳压管1.25V1可调式三端集成稳压器LM3171电阻2401精密绕线可调电位器3.0K1导线若干评语该设计思路成熟，在排版方面较其他同学更胜一筹。特予以表扬，希望以后有更加出色的表现！评审人：
