第五组直流稳压电源实验报告

-1-直流稳压电源的设计报告申报者：队长:队员：内容摘要此电路设计包括电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，对稳压器的选择我采用LM317可调式三端稳压器以及78、79系列稳压电源，其中LM317可调式三段稳压器电源能够连续输出可调的直流电压，不过它只能允许可调的正电压，此稳压器的内部含有过流过热等保护电路；由一个电阻和一个可变电位器组成电压输出调节电路，它的输入电压为：220V，输出电压为0V=1.25（1+RP/R）。78XX、79XX系列后面两位数字XX表示输出电压的数值.在此使用7805,7905,LM317稳压成+5V，-5V，+3.3V输出.关键词：LM317、7805、7905、变压器、整流电桥、稳压器AbstractThecircuitdesignincludesfourpartsofpowertransformer,rectifiercircuit,filtercircuitandavoltagestabilizingcircuit,theregulatorchoosesmeusingLM317adjustablethreeterminalregulatoraswellas78,79seriesregulatedpowersupply,whereinLM317adjustablethreepowersupplyvoltageregulatorcapableofcontinuousoutputadjustableDCvoltage,butitcanonlyallowpositivevoltagetheinterioroftheregulator,theovercurrentprotectioncircuitcontainingheat;byaresistorandavariablepotentiometeroutputvoltageregulatingcircuit,theinputvoltage:220V,outputvoltage0V=1.25(1+RP/R).78XX,79XXseriesbehindthetwodigitXXvaluesofoutputvoltage.Weuse78057905,LM317powerinto+5V,-5V,+3.3VoutputKeywords:LM317,7805,7905,transformer,abridgerectifier,voltageregulator,-2-目录一概述………………………………………………………………………31.1直流稳压源的设计……………………………………………………31.2课题设计部分………………………………………………………31.2.1设计原理……………………………………………………31.2.2各部分电路的作用……………………………………………41.2.3设计方案的分析………………………………………………4二直流稳压电源的设计内容………………………………………………42.1变压电路设计…………………………………………………………42.2整流电路的设计………………………………………………………52.3滤波电路的设计………………………………………………………72.4稳压电路的设计………………………………………………………82.5各并联电容具体作用说明…………………………………………10三protues仿真图…………………………………………………………103.1总设计图……………………………………………………………103.2仿真结果图…………………………………………………………11四实物组装与调试………………………………………………………12五实验误差分析……………………………………………………………12六实验总结…………………………………………………………………13七心得体会…………………………………………………………………13八元器件清单………………………………………………………………13-3-一、概述电源是各种电子、电气设备的工作动力，是自动化不可或缺的组成部分，直流稳压电源是应用极为广泛的一种电源和常有的电子设备，它能保证在电网电压波动或负载发生变化时，输出稳定的电压，一个低纹波、高精度的稳压源在仪器仪表、工业控制及测量领域中有着重要的实际应用价值。直流稳压电源通常由变压器、整流电路、滤波电路、稳压控制电路所组成，具有体积小、重量轻、性能稳定等优点，电压从零连续可调，可串联或并联使用，直流输出纹波小，稳定度高，稳压稳流自动自动转换、限流式过短路保护和自动恢复功能，适用于电子仪器设备、电器维修、实验室、电解电镀、测试、测量设备、工厂电气设备配套使用，几乎所有的电子设备都需要有稳压的电压供给，才能使其处于良好的工作状态，家用电器中的电视机、音响、电脑尤其是这样，电网电压时高时低，电子设备本身耗供电造成不稳定因素，而解决这个不稳定因素的办法就是在电子设备的前端进行稳压。直流稳压电源广泛应用于国防、科研、大专院校、实验室、工矿企业、电解电镀、充电设备等的直流供电。1.1直流稳压源的设计目的（1）学习直流稳压电源的设计方法（2）研究直流稳压电源的设计方案（3）掌握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法1.2课题设计部分1.2.1设计原理设计电路框图电路框图如图1所示，包括变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路四个部分。图2是电压经过各个部分后预计得到的电压输出波形，交流电经过变压电路降压后得到一个较小的交流电，较小的交流电经过整流电路后得到波纹很小的直流电，最后电压有稳压电路进行稳压输出。图1直流稳压电源基本组成框图图2各部分电路对应的特征波形-4-1.2.2各部分电路的作用变压电路：主要是它内部的交流变压器在起作用，一般的电子设备所需要的直流电压与交流电网提供的220V相比电压相差较大，为了得到输出电压的额定范围，就需要将电网电压变为所需要的交流电压，同事还可以起到直流电源与电网的隔离作用。整流电路：整流电路的作用是将变换后的交流电压转换为单方向的脉冲电压，由于这种电压存在很大的脉动部分（成为纹波），因此，一般还不能直接用来给负载供电，否则，纹波会严重影响到负载的性能指标。滤波电路：滤波部分的作用是对整流部分输出的脉动直流进行平滑，使之成为含交变成分很小的直流电压，也就是说，滤波部分实际上是一个性能较好的低通滤波器，且其截止频率一定低于整流输出电压的基波平率稳压电路：尽管经过整流滤波后的电压接近于直流电压，但是其电压值的稳定性很差，受温度、负载、电网电压波动等因素的影响很大，因此，还必须有稳压电路，以维持输出直流电源的基本稳定。1.2.3设计方案的分析由设计原理可知，直流稳压电源应由几部分组成，而且各个部分相对独立，因此，在进行设计电路的时候，我们采用各个部分的分别设计，独立选择元器件，独立测试的方案，最后将这几部分进行组装和调试，最终达到设计完整直流稳压电源的目的。二.直流稳压电源的设计内容2.1变压电路设计变压电路设计相对简单，仅有一个单向变压器将220V电网电压转化为电路能承担的电压。理想变压器满足I1/I2=U2/U1=N2/N1=1/n，因此P1=P2=U1I2=U2I1，变压器副边与原边的功率比为=P2/P1，式中式变压器的效率。根据电路需要选择适当的单向变压器，见图3-5-图3单向变压器2.2整流电路的设计整流电路是把交流电转换成直流电的电路，常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波、倍压整流滤波电路如图4。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:12-Feb-2004SheetofFile:H:\电源设计\电源原理图.DdbDrawnBy:RUCTUi+-RUC+-TRUC+-T（a）全波整流电容滤波电路（b）桥式整流电容滤波电路（c）二倍压整流电容滤波电路OOOLLLUiUiUi+++/2/2本设计采用单向桥式电路，所谓桥式电路，就是用二极管组成一个整流电桥，见图5-6-图5整流电桥桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。因此这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。电路的缺点是二极管用得较多，但目前市场上已有整流桥堆出售，如QL51A～G、QL62A～L等，其中QL62A～L的额定电流为2A，最大反向电压为25V～100故单相桥式整流电路常画图6（b）所示的简化形式。图6单向桥式整流电路当输入电压处于交流电压正半周时，二极管D1，负载电阻RL,D2构成一个回路输出电压U0=ui-UD1-UD3,输入电压处于交流电压负半周时，二极管D2，负载电阻RL,D4，构成一个回路，输出电压Uo=ui-UD2-UD4。设变压器副边电压有效值为U2，,则其瞬时值u2=U2，当u2为正半周时，电流由A点流出，经D1，RL，D3流入B点，因而负载电阻RL上的电压等于变压器副边电压，即u0=u2，D2和D4管承受的反向电压为-u2。当u2为负半周时，电流由B点流出，经D2，RL、D4流入A点，负载RL上的电压等于-u2，即uo=-u2，D2、D3承受的反向电压为u2。-7-由于D1、D3和D2、D4两对二极管交替导通，致使负载电阻RL上在u2的整个周期内都有电流通过，而且方向不变，输出电压uo=︱U2︱。图7单向桥式整流电路的波形图2.3滤波电路的设计电容滤波的工作原理就是利用电容的充放电作用，滤去整流输出电压中的波纹，使负载电压趋于平滑。电容并联在负载两端，结构图如图8-8-图8滤波部分电容滤波电路的特点在于，二极管导通角小于180度，导通时间缩短了，流过二极管的瞬时电流很大，故对二极管的要求提高了，加载截止二极管上电压的最大值接近2倍根号2U。2.4稳压电路的设计经整流和滤波后的输出电压，虽然脉动的交流成分很小，但是仍然会因交流电源电压的波动和负载的变化而变化，稳定性较差，为了获取稳定性好的直流电压，应该加上稳压环节。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件组成，采用集成稳压器设计的电源具有性能稳定、结构简单等特点。在小功率稳压电源中普遍使用的是三端稳压器，按照输出电压类型可分为固定式和可调式等。本实验中按照设计要求用到可调式三端稳压器LM317，此外还有三端稳压器7805和7905.。下图9(a)(b)(c)为LM317、7805和7905的外形，引脚以及基本性能。-9-图9（a）LM317图9（b）7805-10-图9(c)79052.5各并联电容具体作用说明图10三.protues仿真图3.1总设计图滤波电容抵消输入长接线的电感效应，防止自激振荡改善负载的瞬时效应，消除噪音减小负载瞬态效应，消除高频噪音-11-3.2仿真结果图图11-12-从上图结果可知，仿真结果与预想结果相差微小，说明可以进行下一步工作——实物组装与调试。四.实物组装与调试图12五.实验误差分析元器件理论值实际值误差7805+5.00V+5.01V0.2%7905-5.00V-5.14V2.8%LM317+3.30V+3.39V2.7%由上表数据显示可知，误差均在3%（理想误差范围）内，说明实验成功。-13-造成误差的原因：1.滤波出来的电压并不是完美的半波；2.电阻电容数据不标准；3.实验室空气湿度和温度；4.输入电压的峰值误差。六.实验总结1.在进行电路实物焊接的时候，注意芯片引脚的作用。2.在进行焊锡时，注意滴锡的大小，尽量做到用最小的滴锡完美的连接两个电器。3.在进行实验的过程中，合理的利用好设备以及小组成员的智慧，可以很快的得到想要的结果。七．心得体会本次实验培养了我们理论联系实际的能力，提高了我们分析问题和解决问题的能力，增强了我们的独立工作和团队合作的能力。在这次设计中，遇到了不少的问题，幸运的是，最终一一解决了遇到的问题。在我们遇到不懂的问题时，利用网上和书上的资源，搜索查找得到需要的信息及和队友之间相互讨论显得尤其重要了，我们