衡阳师范学院

物理与电子信息科学系

《模拟电子技术》

课程设计报告

连续可调直流稳压电源

专 业 电子信息科学与技术 班 级 电信2班 学生姓名 模电第四组 指导教师 陈列尊 提交日期 2012 年 11 月 日

目 录

第一部分 设计任务

1.1 设计题目及要求

第二部分 设计方案

2.1 总体设计方案说明

2.2 备选方案

2.2.1 方案一

2.2.2 方案二

第三部分 电路设计与器件选择

3.1 变压器电路

3.2 整流电路

3.1.1 工作原理和功能说明

3.1.2 模块电路及参数计算

3.2 滤波电路

3.2.1 工作原理和功能说明

3.2.2 模块电路及参数计算

3.3 调整放大电路

3.4 取样部分

3.5 放大部分

第四部分 整机电路

4.1 整机电路图（非仿真图）

4.2 元件清单

第五部分 电路仿真

5.1 仿真软件简介

5.2 仿真电路图

5.3 仿真结果（附图）

第六部分 安装调试与性能测量

课程设计总结

第一部分 设计任务

1.1 设计题目及要求

1．设计制作一个学生实验用的“连续可调直流稳压电源”

2．主要技术指标与要求：

（1）输入电压在220V±10%时，输出电压从5－12V可调(且尽量向低端扩展)，输出电流大于0.5A；

（2）输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于5×10-2，输出内阻小于0.2欧；

（3）主要调整元件由晶体管构成；

3．发挥部分：

（1）具有过流保护、过压保护功能：输出电流超过0.7A时电路自动过流保护，输入交流电压超过250V时电路自动过压保护；

第二部分 设计方案

2.1 总体设计方案说明

2.1.1.方案设计思路

直流稳压电源一般由直流电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下：

交 变 整 滤 过 过 稳

流 →压 →流 →波 →压 →流 →压

电 器 电 电 保 保 电

源 路 路 护 护 路

2.2 备选方案

2.2.1方案一

采用、二极管、电阻、稳压管、三极管等元器件。经桥式整流电路和滤波电路形成直流，稳压部分采用串联型稳压电路。D4是对Q3的一个导通电压，R22是对Q3的一个射级偏置电路，也是对Q3电压的稳定，是稳定静态工作点。Q1,Q2是

调整管，因为变化范围大，所以需要复合管来调节。D8与R8是构成Q8的基准电压。Q8是放大作用，R10、RV2、R9构成对电路的取样部分。

2.2.2 方案二

采用变压器、二极管、电阻、稳压管、三极管等元器件。220V的市电经变压器变压后变成电压值较小的交流，再经桥式整流电路和滤波电路形成直流，稳压部分采用串联型稳压电路。在过压保护电路上增加了可调电阻，由单电阻限流改成了可调分压式过压保护。在滤波电路之后增加了指示灯二极管D2。

方案二

方案二将过压保护电路的单电阻限流改成了可调分压式过压保护，

使稳压二极管

选取更方便精确。最终我们选取了方案二。

第三部分 电路设计与器件选择

3.1 变压器电路

电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要

的交流电压U。

变压器副边与原边的功率比为：P2/P1=η。式中，η变压器的效率。

一般整流滤波电路有2V以上的电压波动（设为ΔUD）。调整管T1的管压降

（UT1）CE应维持在3V以上，才能保证调整管T1工作在放大区。整流输出电压 最大值为12V桥式整流输出电压是变压器次级电压的1.2倍。

当电网电压下降10%，变压器次级输出电压应能保证后续电路工作，那么电压器

B1次级输出电压

（UB）omin＝（ΔUD＋（UT1）CE＋UR4+（UO）MAX）÷1.2

（UB）omin＝（2V＋3V+0.7×1＋12V）÷1.2≈15V

则变压器B1次级额定电压为：

（UB）O＝（UB1）omin÷0.9

（UB）O＝15V÷0.9≈16.7V

当电网电压上升+10%，变压器的输出功率最大。这时稳压电源输出的最大电流（IO）

MAX为700mA。此时变压器次级电压（UB）OMAX为：

（UB）OMAX＝（UB1）O×1.1

（UB）OMAX＝16V×1.1≈18V

变压器B1的设计功率为：

PB＝（UB）OMAX×（IO）MAX

PB1＝18V×700mA＝12.6VA

为保证变压器留有一定的功率余量，确定变压器B的额定输出电压为17V，额定

功率为13V。

3.2 整流电路

3.2.1 整流电路工作原理和功能说明

整流电路是将工频交流电转变为具有直流电成分的脉动直流电。由于二极管

具有单向导电性，故利用二极管可进行整流。

1.半波整流 优点：电路简单 缺点：输出电压波动太大

2.全波整流 优点：输出电压波动减小 缺点：变压器绕线太多

3.桥式整流工作原理

a.当vi为正半周时，二极管D1、D3导通，

在负载电阻上得到正弦波的正半周。

b.当vi为负半周时，二极管D2、D4导通，

在负载电阻上得到正弦波的正半周。

其实桥式整流电路相当于理想二极管，即正偏时导通，电压降为零，相当于理想开关闭合；反偏时截止，电流为零，相当于理想开关断开。整流电路包括单向半波整流电路和桥式整流电路。半波整流电路结构简单，使用元件少，但整流效率低，输出电压脉动大。因此，它只适用于要求不高的场合。为了克服半波整流的缺点，常采用桥式整流电路。

3.2.2 模块电路及参数计算

单相桥式整流滤波电路。这一部分主要由四个整流管D1～D4组成，所以我们只需要计算其中一个的参数。

整流管D1的最大整流电流为：

（ID1）MAX＝0.5×IO

（ID1）MAX＝0.5×700mA＝0.35A

考虑到取样和放大部分的电流，可选取最大电流（ID1）MAX为0.4A。整流管D1的耐压（VD1）RM即当市电上升10％时D1两端的最大反向峰值电压为：（VD1）RM≈√2（1+10%）UBIO=28V

使用整流桥的原因：电源变压器在正负周期都有电流供给负载，电源变压器得到充分的利用，且效率高。

3.3 滤波电路

3.3.1 滤波电路工作原理和功能说明

整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的交流成分（称为纹波电压）。为了获得平滑的直流电压，应在整流电路的后面加接滤波电路，以滤去交流部分。

滤波电路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。

调整部分主要是计算调整管T1和T2的集电极－发射极反向击穿电压（BVT1）

CEO，最大允许集电极电流（IT1）CM，最大允许集电极耗散功率（PT1）CM。在最不利的情况下，市电上升10％，同时负载断路，整流滤波后的输出电压全部加到调整管T1上，这时调整管T1的集电极－发射极反向击穿电压（BVT1）CEO为：BVT1）CEO＝（UB1）OMAX＝18V

考虑到留有一定余量，可取（BVT1）CEO为25V。当负载电流最大时最大允许集电极电流（IT1）CM为：（IT1）CM＝IO＝700mA

考虑到放大取样电路需要消耗少量电流，同时留有一定余量，可取（IT1）CM为800mA。

这样大允许集电极耗散功率（PT1）CM为：

（PT1）CM＝（UBOMAX－UOMIN）×（IT1）CM

（PT1）CM＝（18V-5V）×800mA＝10.4W

考虑到留有一定余量，可取（PT1）CM为12W。

选择调整管T1时需要注意其放大倍数β≥40。

调整管T2各项参数的计算原则与T1类似，下面给出各项参数的计算过程。 （BVT2）CEO＝（BVT1）CEO＝（UB1）OMAX＝18V

同样考虑到留有一定余量，取（BVT2）CEO为20V。

（IT2）CM＝（IT1）CM÷βT1

（IT2）CM＝700mA÷40≈18mA

（PT2）CM＝（（UB1）OMAX－UOMIN）×（IT2）CM

（PT2）CM＝（18V－5V）×15mA≈0.2W

在选取原件时考虑到一定的余量，我们选择时尽量高于计算值。选择调整管T2时需要注意其放大倍数β≥80。则此时T2所需要的基极驱动电流为： （IT2）MAX＝（IT2）CM÷βT1＝18mA÷80＝0.225mA

3.5 取样部分

取样部分主要由电阻R1、RV1、R2组成。

由于取样电路同时接入T3的基极，为避免T3基极电流IT3B对取样电路分压比产生影响，需要让IT3B＞＞IR1。

另外为了保证稳压电源空载时调整管能够工作在放大区，需要让IR1大于调整管T1的最小工作电流（IT1）CEMIN。由于3DD155A最小工作电流（IT1）CEMIN为

1mA，因此取IR3MIN＝5mA。则可得：

R1＋RV1＋R2＝UOMIN÷IR1MIN

R1＋RV1＋R2＝5V÷5mA＝1K

由UZ1+UBE3=(RW+R2)/(R1＋RV1＋R2) 可以推出

U0= (R1＋RV1＋R2)(UZ1+UBE3)/(RW+R2)

这里我们选择的D1稳压二极管的稳定电压是2.4V，所以带入有关数据的到：R2=130 R1=60 RV1=310

3.6 放大部分

T3和Q1、D4、R6、R3组成放大电路。由于这部分电路的电流比较小，主要考虑T3的放大倍数β和集电极－发射极反向击穿电压（BVT1）CE

这里需要T3工作在放大区，可通过控制T3的集电极电流（IT3）C来达到。 而（IT3）C是由T3和Q1、D4、R6、R3组成的恒流源负载来控制的，并且有：

IQ1E= （IT3）C＋（IT2）B

一方面，为保证T1能够满足负载电流的要求，要求满足IQ1E ＞（IT2）B；另一方面，为保证T3稳定工作在放大区，以保证电源的稳定度，其集电极电流（IT3）C不能太大。这里可以选IQ1E为1mA，当输出电压最小时:

IQ1E ≈IQ1C ≈1mA

R6=UBO/ IQ1C ≈20K

这里的稳压管D4的管压降是10V,所以R3=(UB0-UZ4)/IZ-IQ1B

第四部分 整机电路

4.1整机电路图（非仿真图）

4.2元件清单

第五部分 电路仿真

5.1 仿真软件简介

我们组采用的是proteus7.7软件，在设计和仿真软件Proteus VSM是一个很有用的工具，它可以帮助学生和专业人士提高他们的模拟和数字电路的设计能力。它允许对电路设计采用图形环境，在这种环境中，可以使用一个特定符号来代替元器件，并完成不会对真实电路造成任何损害的电路仿真操作。它可以仿真仪表以及可描述在仿真过程中所获得的信号的图表。它可以仿真目前流行的单片机，如PICS, ATMEL-AVR, MOTOROLA, 8051 等。在设计综合性方案中,也可以利用ARES开发印制电路板。

proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具，是目前世界上将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的较好设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、

PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，20xx年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。

5.2 仿真电路图

5.3 仿真结果（附图）

仿真输出最少值 仿真输出最少时纹波电压

仿真输出最大值 仿真输出最大时纹波电压

5.3 仿真结果（附图）

第六部分 安装调试与性能测量

课程设计总结 这一次的课程设计，不仅让我们巩固了上学期所学的模拟电路知识，而让我们感触更深的却是团结的重要性。为了便于交流和讨论，我们组特地在QQ上建了个讨论组。我们组并没有很擅长电路的同学，所以起步时的电路设计和参数计算让我们摔了无数次跤，花费了不少的时间和精力。但同时这也让我们学到了许多新的知识，比如用proteus仿真，让我们意识到细节的重要性，在仿真过程中，不同数值对输出波形都有很大的影响，把这个电路仅有的几个电阻的阻值分别调整过几遍，排列组合都轰炸过，才渐渐摸到一点点门道，感觉到实际与书本上的差距。

 

第二篇：直流可调电源(0~12V )

直流稳压电源设计

目录

一．直流稳压电源的设计过程概述 ............................................................................................... 2

1.1电路图设计 ........................................................................................................................ 2

1.2电路安装、调试 ................................................................................................................ 2

1.3元器件的介绍 .................................................................................................................... 2

二．总体设计方案图 ....................................................................................................................... 3

2.1直流稳压电源设计思路 .................................................................................................... 3

2.2直流稳压电源原理 ............................................................................................................ 3

三、原理计算 ................................................................................................................................... 5

3．1各参数选取 ...................................................................................................................... 5

四、电路设计效果图 ....................................................................................................................... 7

五、调试和实验 ............................................................................................................................... 7

5.1注意事项 ............................................................................................................................ 7

5.2方法或步骤 ........................................................................................................................ 7

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直流稳压电源设计

直流可调稳压电源设计报告

[摘要]：

电子电路要正常工作，电源必不可少，并且电源性能对电路、电子仪器和电子设备的使用寿命、使用性能等影响很大，尤其在带有感性负载的电路和设备(如电机)中，对电源的性能要求更高。在很多应用直流电机的场合中，要求为电机驱动电路提供1个其输出能从0 V开始连续可调(0～12 V)的直流电源，并且要求电源有保护功能。实际上就是要求设计一个具有足够调压范围和带负载能力的直流稳压电源电路。该电路的设计关键在于稳压电路的设计，其要求是输出电压从0 V开始连续可调；所选器件和电路必须达到在较宽范围内输出电压可调；输出电压应能够适应所带负载的启动性能。此外，电路还必须简单可靠，能够输出足够大的电流。

关键字: LM317 稳压电源 线性电源 连续可调 TO-220

一．直流稳压电源的设计过程概述

1.1电路图设计

（1）确定目标：设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出直流稳压电源方框图。

（2）系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形式。

（3）参数选择：根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。

（4）总电路图：连接各模块电路。

1.2电路安装、调试

（1）自行设计电路板，并焊接电路。

（2）在电路的输入端加一电压，测试输出端电压，以验证每个模块能否达到所规定的指标。

（3）将各模块电路连起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。

1.3元器件的介绍

LM317是接线非常简单的可调节线性稳压集成电路，LM317的过流和短路采用的是限流保护方式，当输出端电阻太小，导致电流超过保护阀值时，电流会受限制，不会增大很多，但也跟输入端的电压有关，短路后，电流一般在1A左右，但最大也有可能高达3.5A。输出端短时间稍长后，LM317功耗会非常大，如不进行处理，LM317仍然可能会烧毁。

LM337 的输出电压范围是 -1.2V 至 -37V，负载电流最大为 0.5A-5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。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。LM337 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。如下图，端口1为信号调整端，端口2为信号输出端，端口3为信号输入端。

2

直流稳压电源设计

图1

二．总体设计方案图

2.1直流稳压电源设计思路

（1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。

（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。

（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。

（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。

2.2直流稳压电源原理

直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。

（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。

（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电

（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。

（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。

整流电路常采用二极管单相全波整流电路。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。电路的输出波形如图2所示。

3

直流稳压电源设计

图2

在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即电路中的每只二极管所要承受的最大向电压为0.5U2V(U2是变压器副边电压有效值)。

在设计中，利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.1～1.2)U2，直流输出电流：（I2是变压器副边电流的有效值。），稳压电路选集成三端稳压器电路。

5）简单的说就是：220V交流电压 → 降压 → 整流 → 滤波 → 稳压 → 调压。滤波图像见图3，稳压图像见图4，调压图像见图5：

图3

4

直流稳压电源设计

图4

图5

三、原理计算

3．1各参数选取

（1）根据设计所要求的性能指标，选择集成三端稳压器。

因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。可调式集成稳压器，

常见主

5

直流稳压电源设计

要有CW317、CW337、LM317、LM337。LM317系列稳压器输出连续可调的正电压，LM337系列稳压器输出连可调的负电压，可调范围为1.2V~37V，最大输出电流 为1.5A。稳压内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。LM317系列和LM337系列的引脚功能相同。1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压 ，此电压加于给定电阻 两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器 ，电阻 常取值 ，与其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波。图中加入了二极管D，用于防止输出端短路时10?F大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏, 加入了二极管D，用于防止输入端短路时10?F大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。

LM317其特性参数：

输出电压可调范围：1.2V～37V

输出负载电流：1.5A

输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo：3～40V

能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。

（2）选择电源变压器

a.确定副边电压U2:

根据性能指标要求：Uomin=3V Uomax=9V

又 ∵ Ui-Uomax≥(Ui-Uo)min Ui-Uoin≤(Ui-Uo)max

其中：（Ui-Uoin）min=3V，(Ui-Uo)max=40V

∴ 12V≤Ui≤43V

此范围中可任选 ：Ui=23V=Uo1

根据 Uo1=(1.1～1.2)U2

可得变压的副边电压：U2 =20V。

b.确定变压器副边电流I2

∵ Io1=Io

又副边电流I2=(1.5～2)IO1 取IO=IOmax=800mA

则I2=1.5＊0.8A=1.2A

c.选择变压器的功率

变压器的输出功率：Po>I2U2=14.4W

（3）选择整流电路中的二极管

∵ 变压器的副边电压U2=20V

∴ 桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：

桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：

查手册选整流二极管IN4007，其参数为：反向击穿电压UBR=1000V>17V

最大整流电流IF=1A>0.4A

（4）滤波电路中滤波电容的选择

a.求ΔUi:

根据稳压电路的的稳压系数的定义：

设计要求ΔUo≤15mV ，SV≤0.003

Uo=0V～+12V

Ui=20V

代入上式，则可求得ΔUi

b.滤波电容C

设定Io=Iomax=0.8A，t=0.01S

则可求得C。

电路中滤波电容承受的最高电压为 ，所以所选电容器的耐压应大于28.8V。

因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，所以稳压器的输入、输出端常并入小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。

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直流稳压电源设计

四、电路设计效果图

五、调试和实验

5.1注意事项

1．焊接时要对各个功能模块电路进行单个测试，需要时可设计一些临时电路用于调试。

2．测试电路时，必须要保证焊接正确，才能打开电源，以防元器件烧坏。

3．注意LM317芯片的输入输出管脚和桥式整流电路中二极管的极性，不应反接。

4. 按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。

5. 由于LM317芯片内部还是线性稳压，因此功耗比较大。当输入输入电压差比较大且输出电流也比较大时，注意317的功耗不要过大。

5.2方法或步骤

1．切断电源，把变压器接入电路，

2．用万用电表的直流电压档（20v档）分别测量正负12v电源的输出级的最大电压和最小电压；

3．用示波器测量流稳压电源的纹波。具体做法：把示波器的黑色表笔接地，红色表笔接+12v输出端；选择示波器菜单按钮调出交流测量，再选择自动挡，就可以在示波器上读出平均值既为纹波，有的也可以读出峰峰值。

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直流稳压电源设计

附录：

元器件清单

参考文献:

韩广兴.电子残品装配与技能实训教程.北京电子工业出版社.2006 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计. 北京航空航天大学出版社.2006

汤元信.电子工艺及电子工程设计. 北京航空航天大学出版社.2001 孙青.电子元器件可靠性工程.北京电子工业出版社.2002 李银华.电子线路设计指导. 北京航空航天大学出版社.2005

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