直流穩(wěn)壓電源設(shè)計實驗報告.docx

直流穩(wěn)壓電源設(shè)計實驗報告 姓 名：張 翔班 級：信息26學 號：2120502146同組者：毛天羽（信息26）劉偉鵬（信息26）目錄一、摘要 1二、設(shè)計要求 1三、原理分析與設(shè)計步驟 1.直流穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)的選擇 1 2.交流變壓器 2 3.整流電路 24.濾波電路 25.集成穩(wěn)壓電路 5.1集成穩(wěn)壓器件LM3173 5.2 LM317典型接法46.參數(shù)計算與器件選擇 46.1電路參數(shù)計算4 6.2元器件清單5 四、實驗步驟與測試結(jié)果1.電路搭接與儀器調(diào)試 62.性能參數(shù)測試2.1穩(wěn)壓系數(shù)的測量 62.2輸出電阻的測量 62.3紋波電壓的測量 72.4測量結(jié)果分析 7五、實驗小結(jié) 7一、摘要隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，高性能的電子電路對于電源供電質(zhì)量的要求越來越高，如何設(shè)計出能滿足高性能電路要求的高精度電源便成為一大課題。直流穩(wěn)壓源為電路提供直流電壓和能量，其輸出電壓的品質(zhì)直接決定的電源性能的好壞。本實驗旨在利用交流變壓器、整流環(huán)節(jié)、濾波環(huán)節(jié)和集成元件LM317穩(wěn)壓電路將220V交流電壓轉(zhuǎn)化為5V直流電壓輸出，并且對衡量穩(wěn)壓電路性能的幾種主要參數(shù)進行了測試和分析。 關(guān)鍵詞: 半波整流 電容濾波 穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓系數(shù) 紋波電壓 二、設(shè)計要求如下表所示：輸出電壓5V、9V、12V、5V、9V、12V，固定、可調(diào)均可輸出電流最大600mA其他要求依據(jù)具體電路參數(shù)確定三、原理分析與設(shè)計步驟1.直流穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)選擇直流穩(wěn)壓電源的基本結(jié)構(gòu)如圖1.1所示，分為四個基本環(huán)節(jié)，即電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路。據(jù)此確定欲設(shè)計的電路結(jié)構(gòu)如圖1.2所示（具體阻容參數(shù)已經(jīng)標出，在6.1 參數(shù)計算中給出計算過程）。圖1.1圖1.22.交流變壓器 將220V交流電壓降低至一定幅度以使后級穩(wěn)壓電路正常工作。3.整流電路將交流電壓轉(zhuǎn)換成脈動直流電壓，分為半波整流、全波整流和橋式整流。本實驗采用二極管橋式整流電路，電路結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。 圖3.1整流原理如下：輸出電壓平均值輸出電流平均值二極管電流平均值二極管電流有效值變壓器副邊電流有效值二極管最大反向電壓 4.濾波電路本實驗采用電容濾波電路，如圖4.1所示。電容濾波電路充電時間常數(shù)（為二極管正向?qū)娮瑁┖苄《烹姇r間常數(shù)較大，充電快而放電慢，達到濾波效果。該電路有如下特點：1）輸出電壓平均值與時間常數(shù)有關(guān)。越大，電容放電越慢，輸出電壓平均值越大。純電阻負載時，一般取（T為交流電源電壓周期）；非純電阻負載時，一般取圖4.15.集成穩(wěn)壓電路 5.1集成穩(wěn)壓器件LM317 LM317是一款可調(diào)節(jié)三端穩(wěn)壓器，在輸出電壓范圍為1.25V到25V時能夠提供最大1.5A的電流,它只需要兩個外部電阻來設(shè)置輸出電壓。 管腳排列見圖5.1.1。管腳 1.調(diào)整端Adjust2.輸出端Vout3.輸入端Vin 圖5.1.1 圖5.1.25.2 LM317典型接法LM317的典型接法如圖5.1.2所示。工作時，LM317建立并保持輸出端與調(diào)節(jié)端之間1.25V的標稱參考電壓（Vref），該標稱電壓經(jīng)過電阻R1轉(zhuǎn)換成編程電流（Iprog），經(jīng)由R2流到大地。輸出電壓為： 其中為調(diào)整端電流，不大于。調(diào)節(jié)電位器R2，便可以實現(xiàn)輸出電壓可調(diào)的目的。D為保護二極管，用以防止C2向調(diào)整端放電；為輸入旁路電容，用以減小穩(wěn)壓器對輸入電源阻抗的敏感性；作為調(diào)整端的旁路電容，用以提高紋波抑制比，防止輸出電壓增大時紋波被同步放大。在保證一定的電源調(diào)整率時，要求（見LM317中文技術(shù)手冊），本實驗規(guī)定，因此有。選擇，理由是：由于LM317調(diào)整端電流極小，故輸入電流約等于輸出電流。負載一定時，其消耗功率保持不變。輸入電壓越大，輸入功率就越大，輸出功率不變，就會有更多的功率消耗在LM317內(nèi)部，器件容易過熱燒壞。因此在滿足要求的范圍內(nèi)，輸入電壓越小越好，故取。6.參數(shù)計算與器件選擇6.1 電路參數(shù)計算圖6.11）穩(wěn)壓器件選擇LM317，穩(wěn)壓輸出5.0V；2）輸出濾波電容作用是使輸出電壓波形更平滑，減少負載對電源的影響。由于LM317穩(wěn)壓電路中已經(jīng)采用調(diào)整端旁路電容抑制輸出紋波，相當于輸出濾波電容。3）穩(wěn)壓器前小濾波電容C2根據(jù)LM317技術(shù)手冊，選取穩(wěn)壓器前端小濾波電容。由于電解電容高頻特性差，C3使用無極性小容量電容。4）濾波電容C1濾波負載不是純電阻時，一般有 取時，計算得，結(jié)合實際情況，取。5）二極管與變壓器根據(jù)技術(shù)手冊，為使穩(wěn)壓器空載時能正常工作，R1中的電流應取，則，選取。由得。根據(jù)實際情況選取滿量程為的電位器。最大輸出電流等于0.6A時，即時，。由于調(diào)整端電流很小，故輸入輸出電流基本相等，即。根據(jù)電容濾波及橋式整流電路的特點，得到二極管電流平均值和有效值分別為，變壓器副邊電流有效值，故副邊功率；整流二極管承受的最大反向電壓根據(jù)以上計算，選取相應型號的二極管和變壓器。至此電路參數(shù)已完全確定。6.2元器件清單實驗所用元器件種類數(shù)目及測量儀器清單如表6.2所示。表6.2項目型號數(shù)目二極管5電位器量程1電阻1電容0.1uF、10uF、2200uF各一個變壓器220:141滑動變阻器1面包板1示波器1萬用表充當電壓表、電流表2四、實驗步驟與測試結(jié)果1.電路搭接與儀器調(diào)試 依據(jù)原理圖在面包板上搭接實驗電路，確認連接無誤后接通電源測試。2.性能參數(shù)測試2.1穩(wěn)壓系數(shù)的測量 參數(shù)說明：穩(wěn)壓系數(shù)也叫電壓調(diào)整率，是指環(huán)境溫度和負載不變得情況下，輸入電壓變化引起輸出電壓變化的程度，定義為輸出電壓的相對變化與輸入電壓的相對變化的比值，即 測量步驟：使輸出電流保持在額定值，保持負載不變，改變輸入電壓，用萬用表直流電壓檔測輸出電壓。測量結(jié)果：輸入電壓/V輸出電壓/V2205.0261985.0252205.026穩(wěn)壓系數(shù)2.2輸出電阻的測量 參數(shù)說明：直流穩(wěn)壓源的輸出電阻即直流電源的內(nèi)阻，越小越好。若電源內(nèi)阻過大，則當負載電阻較小時，內(nèi)阻分壓將不可忽略，對電源的精確度造成影響。測量步驟：保持輸入電壓不變，大范圍改變負載阻值，測量負載電壓和負載電流的變化值，由戴維寧定理可知，兩者的比值即穩(wěn)壓源的輸出電阻。測量電壓和電流分別用萬用表直流電壓檔和電流檔，電流表外接。測量結(jié)果：輸出電壓/V輸出電流/mA5.01296.94.967349.8穩(wěn)壓源輸出電阻2.3紋波電壓的測量 參數(shù)說明：盡管經(jīng)過了整流和濾波，也不可能將輸出電壓中的交流成分完全濾除，因此輸出電壓仍存在較小的波動，即紋波。紋波越小，表明穩(wěn)壓電源的性能越好，輸出電壓品質(zhì)越好。測量步驟：使電路工作在額定電流下，用示波器觀察輸出電壓，并使用交流耦合檔觀察紋波電壓，用Measure檔測量其峰峰值，做記錄。測量結(jié)果：2.4測量結(jié)果分析 從以上三個參數(shù)的測量結(jié)果來看，直流穩(wěn)壓源穩(wěn)壓系數(shù)較小，說明輸入變化對輸出電壓的影響較小。這項指標的意義在于，即使穩(wěn)壓源所處的環(huán)境溫度等因素發(fā)生劇烈變化而導致輸入電壓大幅變化，也能保證輸出電壓變化控制在一定的較小的范圍內(nèi)。輸出電阻為，是一個比較小的值。相對于5.0V的直流輸出，8mV峰峰值的紋波幾乎可以忽略。綜上，本次實驗所設(shè)計的直流穩(wěn)壓源基本滿足設(shè)計要求。五、實驗小結(jié) 通過本次實驗，我對直流穩(wěn)壓電源的工作原理有了更深刻的認識，對整流環(huán)節(jié)、電容濾波環(huán)節(jié)、集成三端穩(wěn)壓器典型電路等有了一定的把握。同時，在實驗過程中，我們遇到了不懂的問題，通過查閱課本、請教老師和組員之間的相互討論，最終弄明白了原理，解決了問題，理論應用到實踐的能力得到提升。由于是設(shè)計性實驗，電路結(jié)構(gòu)和器件參數(shù)完全自己計算確定，這時我學會了衡量元器件性能好壞的指標和選擇器件的依據(jù)。