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3.1可调输出集成直流稳压电源电路原理图-11-
3.2元器件清单-12-
3.3调试内容及数据记录-12-
3.4实验总结-13-
3.5参考文献-14-
第一章绪论
1电路基本知识
在电子电路中,通常都需要电压稳定的直流稳压电源供电,小功率的稳压电源是由电源变压器,整流电路,滤波电路和稳压电路等四部分组成。
整流电路是将工频交流电转化为具有直流电成分的脉动直流电。
滤波是将脉动直流中的交流成分滤除,减少交流成分,增加直流成分。
稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。
图1.1直流稳压电源的原理框图和波形变换
1.1电源变压器
过整流电路将交流变为脉动的直流电压。
由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波,必须通过滤波电路加以滤波,从而得到平滑的直流电压。
电源变压器的作用是将交流220V的电压变为所需的电压值。
电源变压器的功能主要有:
电压变换;
阻抗变换;
隔离;
稳压(磁饱和变压器)等。
1.2整流电路
整流电路的主要作用是把经过变压器降压后的交流电通过整流变成单个方向的直流电。
但是这种直流电的幅值变化很大。
它主要是通过二极管的截止和导通来实现的。
常见的整流电路主要有全波整流电路、桥式整流电路、倍压整流电路。
我们选取单相桥式整流电路实现设计中的整流功能。
1.3滤波电路
滤波就是将整流后脉动直流电的交流成分除去,使之变成平滑直流的过程。
滤波电路有电容滤波电路,电感滤波电路和π型滤波电路。
我们用的是桥式整流电路。
1.4稳压电路
集成稳压器的特点:
随着半导体工艺的发展,现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源,具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。
最简单的集成稳压电源只有输入,输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。
集成稳压器是将调整电路、取样电路、基准电路、启动电路及保护电路集成在一块硅片上构成的芯片。
它完整的功能体系、健全的保护电路、安全可靠的工作性能,给稳压电源的制作带来了极大的方便。
集成电路稳压器的型号很多,按单片的引出端子分类,有三端固定式、三端可调式、和多端可调式等。
三端集成稳压器只有三个端子,安装和使用都很方便。
第2章稳压电源工作原理
2.1工作原理
2.1.1电源变压器
电源变压器几乎在所有的电子产品中都要用到,它原理简单但根据不同的使用场合(不同的用途)变压器的绕制工艺会有所不同的要求.电源变压器是一种变换交流电的静止电气设备.电源变压器的作用是改变电压.既可以将发电站发出的电升为高压,以减少在输电中的损失,便于长途输送电力.也可以在用电的地方,将高压电逐次降低电压,送给用户使用.电源变压器的功能主要有:
稳压(磁饱和变压器)等,电源变压器常用的铁芯形状一般有E型和C型铁芯.
2.1.2桥式整流电路
电路原理如图2.1.1所示。
有四只二极管V1、V2、V3、V4构成桥形电路。
原理分析:
u2正半周时,其导通途径为:
a→V1→RL→V3→b,其V2、V4反向截止。
忽略管压降则输出电压为u0≈u2。
u2负半周时,其导通途径为:
b→V2→RL→V4→a,其v1、V3截止。
输出电压uo=-u2。
其电流电压波形如图2.1.2所示。
二极管的电流、电压波形,如图7.2.3(c)、(d)所示
图2.1.1桥式整流电路原理图
图2.1.2桥式整流电路的电流电压波形
2.1.3滤波电路
其电路组成,如图2.1.3(a)所示。
由一只较大容量的电容器和负载电阻构成。
工作原理可根据图2.1.3(b)电流电压波形来分析:
设电容初始电压为零,并在t=0时接通电源。
u2在上升的过程中对电容进行充电,其充电电压为(电压波形的o、a段)。
当u2达到最大时uc亦最大,即在电压波形的a点处,充电结束。
此后因,则整流输出结束,电容器经负载电阻RL放电,即此时的负载电流由电容器放电获得。
放电的快慢由时间常数决定;
放电的过程按指数规律下降(电压波形的a、b段)。
由于电容两端电压的变化速度较电源电压变化的速度慢。
因此,在u2的负半周,当满足时,二极管V2、V4导通,电容器C将再次被充电,直至u2的峰值,充电结束。
如此往复,在负载端就得到一纹波系数较小的锯齿波,其输出电压的平均值也增大了。
图2.1.3单相桥式整流电容滤波电路及其波形图
2.1.4稳压电路
图7.3.7为三端可调输出集成稳压器的基本应用电路。
为防止输入端发生短路时,C4向稳压器反向放电而损坏,故在稳压器两端反向并一只二极管V1。
V2则是为防止因输出端发生短路C2向调整端放电可能损坏稳压器而设置的。
C2可减小输出电压的纹波。
R1、Rp构成取样电路,可通过调节Rp来改变输出电压的大小。
其输出电压的大小可表示为:
由于基准电流,可以忽略,基准电压,所以:
U0≈1.25×
﹙1+R1/R2﹚
可见,当R2=0时,U0=1.25V,当R2=2.2kΩ时,U0≈24V。
为保证电路在负载开路时能正常工作,R1的选取很重要。
由于元件参数具有一定的分散性,实际运用中可选取静态工作电流IQ=7mA,于是R1可确定为:
R1=UREF/IQ=125Ω
取标称值120Ω。
若R1的取值太大,会使输出电压偏高。
图2.1.4三端可调稳压器基本应用电路
2.2元器件介绍
2.2.1LM317简介
LM317是应用最为广泛的电源集成电路之一,它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式,又具备输出电压可调的特点。
此外,还具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。
其主要性能参数如下。
输出电压:
1.25-37VDC;
输出电流:
5mA-1.5A;
芯片内部具有过热、过流、短路保护电路;
最大输入-输出电压差:
40VDC,最小输入-输出电压差:
3VDC;
使用环境温度:
-10-+85℃。
稳压电源的输出电压可用下式计算,Vo=1.25(1+R2/R1)。
仅仅从公式本身看,R1、R2的电阻值可以随意设定。
然而作为稳压电源的输出电压计算公式,R1和R2的阻值是不能随意设定的。
首先317稳压块的输出电压变化范围是Vo=1.25V—37V(高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等,其输出电压变化范围是Vo=1.25V—45V),所以R2/R1的比值范围只能是0—28.6。
经计算可知R1的最大取值为R1≈0.83KΩ。
又因为R2/R1的最大值为28.6。
所以R2的最大取值为R2≈23.74KΩ。
在使用317稳压块的输出电压计算公式计算其输出电压时,必须保证R1≤0.83KΩ,R2≤23.74KΩ两个不等式同时成立,才能保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。
图2.2.1LM317的外形及引脚排列图。
由于输出端(2脚)与调节输入端(3脚)之间的电压保持在1.25V,调整接在输出端与地之间的分压电阻R1和R2来改变ADJ端的电位,可以达到调节输出电压的目的,如图2所示,原理如下:
R1两端的1.25V恒定电压产生的恒定电流流过R1和R2,在R2上产生的电压加到ADJ端。
此时,输出电压Vo取决于R1和R2的比值,当R2阻值增大时,输出电压升高,即:
Vo=1.25[(R1+R2)/R2]。
2.2.2电容器
电容包括二个电极,二个电极储存的电荷大小相等,符号相反。
电极本身是导体,二个电极之间由称为绝缘体(或称为介电质)Dielectric,绝缘金属隔开。
这种金属片通常用的是铝片或是铝箔,若用氧化铝来做介质的就是电解电容器。
普通用在电容器的介质是空气、云母、纸、油。
电荷会储存在电极表面,靠近介电质的部份。
由于二个电储存的电荷大小相等,符号相反,因此电容器中始终保持为电中性。
2.2.3半导体二极管
点接触型:
结面积小、结电容小、正向电流小。
用于检波和变频等高频电路。
面接触型:
结面积大、正向电流大、结电容大,用于工频大电流整流电路。
平面型:
用于集成电路制作工艺中。
PN结结面积可大可小,用于高频整流和开关电路中。
第三章稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求
3.1可调输出集成直流稳压电源电路原理图
稳压
滤波
桥式整流
3.2元器件清单
元器件名称
元器件个数
元器件型号
色环电阻
3
2.2KΩ,120Ω,2kΩ
发光二极管
1
LED
二极管
6
1N4001
电位器
2
20KΩ,2.2KΩ
瓷片电容
103,104
电解电容
220μF×
2,3300μF
集成三断稳压器
LM317
保险丝
2A
3.3调试内容及数据记录
3.4实验总结
一周的课程设计很快就结束了,在这次课程设计中我又收获了许多。
这一次的学习与实践,让我对模电知识有了更近一步的了解,对模电课程中直流稳压电源这一章所涉及的部分元件有了一定的认识;
掌握了选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源。
焊接的技术叫之前也有所提高,对焊点的要求也更加严格,提高了焊接效率,避免了很多错误。
集成可调稳压源在实际中有很广泛的应用,它可以用在充电照明设备的充电器,手机等电子产品中,达到把交流电转变成比较稳定的直流电降低电压的目的从而满足人们的日常运用。
完成集成可调稳压电源实物后我们可以将他用于我们的实际生活中,这样我们的设计实物在现实生活中便可以用到。
本次课程设计,培养了我上网查找资料和综合应用课本理论知识解决实际问题的能力。
启发了我,在今后的学习过程中要把课本上的知识真正学精通,同时也要多学习课外知识来扩张自己的知识面;
在计算和动手方面要更加的耐心加细心,才能把事情做得更好;
在生活和学习中,要和身边的人团结互助,共同进步。
在这一周中,我们的动手操作,自己设计能力都得到了提高,这些都是在课堂上无法达到的。
课程设计将我们的理论知识实际化,更接近实实际应用。
我想我们需要更多这样的训练。
3.5参考文献
1.《模拟电子技术》胡宴如高等教育出版社
2.《preteus教程-电子线路设计、制作与仿真》朱清慧张凤蕊等清华大学出版社
3.《电路原理图雨电路板设计教程Protel99SE》夏路易石宗义北京希望电子出版社
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- 可调 输出 集成 直流 稳压电源