正負可調(diào)電源的設(shè)計與制作姓名：學(xué)號專業(yè)：指導(dǎo)教師：學(xué)院：日期：2014年1月7日摘要可調(diào)直流穩(wěn)壓電源是實際實驗中經(jīng)常用到的一種直流電源，它的主要原理分為四個部分，變壓，整流，濾波，可調(diào)輸出。這四個部分是一步銜制一步，缺一不可。經(jīng)過這四個部門的調(diào)節(jié)與作用，就會把正弦的220V交流電轉(zhuǎn)化為正負可調(diào)的穩(wěn)壓直流電源。這里要用的調(diào)壓作用的芯片LM317和LM337。這兩種芯片能夠在整流橋的中間引出，對電壓實現(xiàn)正負可調(diào)節(jié)。AbstractedAdjustableDCregulatedpowersupplyisaDCpowersupplyisoftenusedintherealexperiment,itsmainprincipleisdividedintofourparts,transformer,rectifier,filter,adjustableoutput.Thefourpartisthetitleofonesteponestep,areindispensable.Aftertheregulationandroleofthefoursector,willputthe220VACsinusoidalintopositiveandnegativeadjustableDCpowersupplyvoltageregulator.ToactwithvoltageofthechipLM317andLM337.Thetwochipcanleadinthemiddlebridgerectifier,voltagecanbeadjustedtoachievepositiveandnegative.目錄5559摘要 I9525Abstracted II24923第一章設(shè)計目的與方案 1172081.1設(shè)計目的 161771.2設(shè)計方案 112699第二章電路原理與設(shè)計 2177892.2直流穩(wěn)壓電源設(shè)計思路 2118002.3直流穩(wěn)壓電源原理 2307062.3.1直流穩(wěn)壓電源 2322722.3.2整流電路 3134742.3.3濾波電路——電容濾波電路 467462.3.4穩(wěn)壓電路 524663第三章功能模塊與測試分析 6119363.1功能模塊原理與芯片說明 646003.1.1直流穩(wěn)壓電源 6124233.1.2整流電路與整流橋 685833.1.3濾波電路與電壓的調(diào)整 7136203.2測試分析 98210總結(jié) 128181附錄 132120附錄一元器件清單 1323305附錄二總體電路圖 14第一章設(shè)計目的與方案1.1設(shè)計目的1.本次設(shè)計的題目為“可調(diào)試直流穩(wěn)壓電源”。在設(shè)計過程中應(yīng)實現(xiàn)以下幾點要求：（1）輸入電壓為220VAC輸出為直流電壓（2）電壓變化范圍：正電壓1.25V—17V負電壓-17V—-1.25V（3）連續(xù)可調(diào)2.學(xué)習(xí)基本理論在實踐中綜合運用的初步經(jīng)驗，掌握模擬電路設(shè)計的基本方法、設(shè)計步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計與調(diào)試能力。3.學(xué)會直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方法和性能指標(biāo)測試方法。4.培養(yǎng)實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。1.2設(shè)計方案根據(jù)設(shè)計目的的要求，要輸入220V的交流電壓，輸出為直流電壓，那么到目前為止，只有通過變壓器的方法來實現(xiàn)對交流電壓的調(diào)節(jié)，才能相應(yīng)輸出所需要的直流的，一定數(shù)值的電壓值。所以現(xiàn)在采用通過變壓器對交流電的調(diào)節(jié)與變動。若實現(xiàn)穩(wěn)壓電源，首先就要就電路進行穩(wěn)壓。在穩(wěn)壓方面可選用變壓器來完成。由輸入交流電壓變?yōu)橹绷鲃t須對電路進行整流。本次設(shè)計選用全波橋式整流電路進行整流。然后要對輸入的電壓進行調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)方面?？蛇x用可調(diào)節(jié)三端正電壓穩(wěn)壓器進行調(diào)節(jié)（LM317）。通過整流后得電流幅值變化很大，所以需要用電容對電流進行濾波。然后輸出即可。電路原理與設(shè)計2.2直流穩(wěn)壓電源設(shè)計思路1.電網(wǎng)供電電壓交流220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。2.降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。3.脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。4.濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負載。2.3直流穩(wěn)壓電源原理2.3.1直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成。如圖2-1直流穩(wěn)壓電源方框圖。圖2-1其中：（1）電源變壓器：是降壓變壓器，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確定。（2）整流電路：利用單向?qū)щ娫?0Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電（3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。（4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負載的變化而變化。2.3.2整流電路（1）直流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖2-2所示。圖2-2（2）工作原理設(shè)變壓器副邊電壓u2=√2U2sinωt，U2為有效值。在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2的負半周內(nèi)，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2截止。正負半周內(nèi)部都有電流流過的負載電阻RL，且方向是一致的。如圖2-3。圖2-3在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為(U2是變壓器副邊電壓有效值)。2.3.3濾波電路——電容濾波電路采用濾波電路可濾除整流電路輸出電壓中的交流成分，使電壓波形變得平滑。常見的濾波電路有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波等。經(jīng)過整流后的直流電幅值變化很大，會影響電萬方數(shù)據(jù)路的工作性能?？衫秒娙莸摹巴ń涣鳎糁绷鳌钡奶匦?，在電路中并人兩個并聯(lián)電容作為電容濾波器，濾去其中的交流成分。電容濾波電路是最常見也是最簡單的濾波電路，在整流電路的輸出端(即負載電阻兩端)并聯(lián)一個電容即構(gòu)成電容濾波電路。濾波電容容量較大，因此一般均采用電解電容，在接線時要注意電解電容的正負極。電容濾波電路利用電容的充、放電作用，使輸出電壓趨于平滑。如果將兩個濾波電容相連接，且連接點接地，就可同時得到輸出電壓平滑的正負電源。在理想情況下，變壓器副邊無損耗，二極管導(dǎo)通電壓為零，所以電容兩端電壓相等。而當(dāng)其上升到峰值后開始下降，電容便通過負載電阻放電，其電壓也開始下降，趨勢與電容兩端電壓基本相同。在整流電路的輸出端，即負載電阻RL兩端并聯(lián)一個電容量較大的電解電容C，則構(gòu)成了電容濾波電路，如圖2-4所示電路，由于濾波電容與負載并聯(lián)，也稱為并聯(lián)濾波電路。圖2-4輸出電壓的估算顯然，電容濾波電路的輸出電壓與電容的放電時間常數(shù)τ=RC有關(guān)，R=U/I，設(shè)I=0.5A。分析及實驗表明，當(dāng)τ=RC≥0.02S時，濾波電路的輸出電壓可按下式估算，即UO≈1.25+1.25R變/240。在已知負載電阻RL的情況下，根據(jù)式子選擇濾波電容C的容量，即C≥0.02S/U/I=0.6*10-3F若容量偏小，輸出電壓UO將下降，一般均選擇大容量的電解電容；電容的耐壓應(yīng)大于u2的峰值，同時要考慮電網(wǎng)電壓波動的因素，留有足夠的余量。電容濾波電路的負載能力較差，僅適用于負載電流較小的場合。2.3.4穩(wěn)壓電路在設(shè)計中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點，將電容器和負載電容并聯(lián)或電容器與負載電阻串聯(lián)，以達到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo=1.25V—17V，直流輸出電流：（I2是變壓器副邊電流的有效值），穩(wěn)壓電路可選集成三端穩(wěn)壓器電路。如圖2-5所示。圖2-5以上的四個模塊的電路設(shè)計原理與負輸出的原理是一樣的，在這里不再贅訴。第三章功能模塊與測試分析3.1功能模塊原理與芯片說明3.1.1直流穩(wěn)壓電源我們這次設(shè)計用的變壓器是220V轉(zhuǎn)雙12V的變壓器。這種變壓器能夠?qū)崿F(xiàn)雙向的變壓，可以做連個通路的變壓。如圖3-1所示。典型電路如圖3-2所示。圖3-1圖3-2通過變壓器對交流電220V的變壓，能夠得到正負12V的電壓，這就是變壓器的工作原理。它的變壓方式是一次繞組線圈與二次繞組線圈匝數(shù)比等于電壓比，即N1/N2=U1/U2。3.1.2整流電路與整流橋從交流電通過變壓器輸出出來的電壓是一個幅值變小的正弦交流電壓，需要經(jīng)過一個整流橋，把其變?yōu)檎嗟慕涣麟姟＿@時需要用到一個整流橋。整流橋堆一般用在全波整流電路中，它又分為全橋與半橋。全橋是由4只整流二極管按橋式全波整流電路的形式連接并封裝為一體構(gòu)成的，全橋的正向電流有0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、5A、10A、20A、35A、50A等多種規(guī)格，耐壓值（最高反向電壓）有25V、50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、800V、1000V等多種規(guī)格。選擇整流橋要考慮整流電路和工作電壓.優(yōu)質(zhì)的廠家有“文斯特電子”的G系列整流橋堆,進口品牌有ST、IR等。整流橋堆一般用在全波整流電路中，它又分為全橋與半橋。如圖3-3為整流橋堆的幾種封裝。直插式貼片式圓形圖3-3它的典型電路如圖3-4圖3-4考慮到整流橋堆的造價比較高，又因為它的內(nèi)部其實就是四個二極管連接在一起的一個電路設(shè)計，所以這次我們設(shè)計使用的是四個二極管連接的整流橋。3.1.3濾波電路與電壓的調(diào)整濾波電路主要是電解電容和瓷片電容的濾波。大電容濾低頻，小電容濾高頻。在實際應(yīng)用中也是如此，所以我們用一個大電容和一個小電容的并聯(lián)一起給從整流橋出來的電壓共同濾波。電路如圖3-5所示。圖3-5通過濾波以后就會用到調(diào)節(jié)電壓輸入與輸出的芯片，LM317和LM337。著兩個芯片都是對電壓的調(diào)節(jié)，LM317是正調(diào)節(jié)，LM337是負調(diào)節(jié)。LM317與LM337集成穩(wěn)壓器的特性簡介

三端可調(diào)穩(wěn)壓器的輸出電壓可調(diào)，穩(wěn)壓精度高，輸出波紋小。其一般的輸出電壓為1.25~35V或-1.25~-35V。比較典型的產(chǎn)品有LM317和LM337等。

其中LM317的輸出電壓范圍是

1.2V

至

37V，LM337

的輸出電壓范圍是

-1.2V

至

-37V，負載電流最大為

1.5A。它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。LM317/LM337

內(nèi)置有過載保護、安全區(qū)保護等多種保護電路。

特性簡介

可調(diào)整輸出電壓低到

1.2V。保證

1.5A

輸出電流。典型線性調(diào)整率

0.01%。

典型負載調(diào)整率

0.1%。

80dB

紋波抑制比。

輸出短路保護。過流、過熱保護。調(diào)整管安全工作區(qū)保護。標(biāo)準(zhǔn)三端晶體管封裝。

電壓范圍

輸入輸出最小壓差降為0.2V

LM317/LM337

1.25V

至

37V

連續(xù)可調(diào)。

LM317與LM337集成穩(wěn)壓器的特性滿足設(shè)計要求的輸出電壓Vo：±1.25

-

±12V連續(xù)可調(diào)。

封裝形式

TO-220

塑料封裝，TO-3

鋁殼封裝，TO-202

塑料封裝，TO-39

金屬封裝如圖3-6所示。圖3-63.2測試分析通過對以上電路和芯片的了解與掌握，可以動手把它們焊接成實物。焊接成實物以后對各個點的測試與調(diào)節(jié)如下幾個：經(jīng)過變壓器變壓之后，由220V的交流電壓降壓到17V的交流電壓，它的波形還是一個三角正弦（余弦）波，如圖3-7所示。而實際測得的波形如3-8所示。圖3-7圖3-8由此可以得出理論得出的波形和實際測得的波形是一致的。由變壓器次級電阻輸出之后，經(jīng)過整流橋整流，這時正弦波的電壓信號就會變成正相或負相脈動的波形，周期是正弦波的1/2，輸出的電壓波形如圖3-9所示，實際測得的波形如圖3-10。圖3-9圖3-10由此得出，得到理論的波形與實際的波形基本也是一致的。然后由上一步得出的波形，經(jīng)過電容的濾波，得到如圖3-11的波形。而實際測得的波形如圖3-12。圖3-11圖3-12通過以上波形分析，在經(jīng)過整流橋之后，電壓波形有極小的波動的曲線，幾乎接近直線，分析得出，應(yīng)該還是數(shù)字示波器的精度不夠和1000uf的大電容濾波之后得出的。通過變壓，整流，濾波通過LM317或LM337的輸入端，經(jīng)過芯片的內(nèi)部處理，輸出的波形應(yīng)該如圖3-13所示的波形。而實際測得的是基