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1、直流稳压电源设计实验报告姓 名：张 翔班 级：信息 26学 号：2120502146同组者：毛天羽（信息 26）刘伟鹏（信息 26）目录一、摘要 1二、设计要求 1三、原理分析与设计步骤1.直流稳压电路结构的选择 1 2.交流变压器 2 3.整流电路 24.滤波电路 25.集成稳压电路 5.1 集成稳压器件 LM3173 5.2 LM317 典型接法46.参数计算与器件选择 46.1 电路参数计算4 6.2 元器件清单5 四、实验步骤与测试结果1.电路搭接与仪器调试 62.性能参数测试2.1 稳压系数的测量 62.2 输出电阻的测量 62.3 纹波电压的测量 72.4 测量结果分析 7五、实验
2、小结 7一、摘要随着电子技术的快速发展，高性能的电子电路对于电源供电质量的要求越来越高，如何设计出能满足高性能电路要求的高精度电源便成为一大课题。直流稳压源为电路提供直流电压和能量，其输出电压的品质直接决定的电源性能的好坏。本实验旨在利用交流变压器、整流环节、滤波环节和集成元件 LM317稳压电路将 220V 交流电压转化为 5V 直流电压输出，并且对衡量稳压电路性能的几种主要参数进行了测试和分析。 关键词: 半波整流 电容滤波 稳压电路 稳压系数 纹波电压 二、设计要求如下表所示：输出电压 5V、9V、12V、 5V、 9V、 12V，固定、可调均可输出电流 最大 600mA其他要求 依据具
3、体电路参数确定三、原理分析与设计步骤1.直流稳压电路结构选择直流稳压电源的基本结构如图 1.1 所示，分为四个基本环节，即电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。据此确定欲设计的电路结构如图 1.2 所示（具体阻容参数已经标出，在 6.1 参数计算中给出计算过程） 。图 1.1图 1.22.交流变压器将 220V 交流电压降低至一定幅度以使后级稳压电路正常工作。3.整流电路将交流电压转换成脉动直流电压，分为半波整流、全波整流和桥式整流。本实验采用二极管桥式整流电路，电路结构如图 3.1 所示。图 3.1整流原理如下：4.滤波电路本实验采用电容滤波电路，如图 4.1 所示。电容滤波电路充电时间
4、常数（ 为二极管正向导通电阻）很小而放电时间常数 较大，充drC LRC电快而放电慢，达到滤波效果。该电路有如下特点：1）输出电压平均值 与时间常数 有关。 越大，电容放电越慢，oULRC输出电压平均值越大。纯电阻负载时，一般取 （T 为交流电源(510)电压周期） ；非纯电阻负载时，一般取oU输出电压平均值I输出电流平均值0D二极管电流平均值I二极管电流有效值2变压器副边电流有效值DRMU二极管最大反向电压02021()sin.9oUudtt0/0/LLIURR0012D0.57DDII201.57DI2RM(3)2L。图 4.15.集成稳压电路5.1 集成稳压器件 LM317LM317 是
5、一款可调节三端稳压器，在输出电压范围为 1.25V 到 25V 时能够提供最大 1.5A 的电流,它只需要两个外部电阻来设置输出电压。 管脚排列见图5.1.1。图 5.1.1 图 5.1.2管脚 1.调整端 Adjust2.输出端 Vout3.输入端 Vin5.2 LM317 典型接法LM317 的典型接法如图 5.1.2 所示。工作时，LM317 建立并保持输出端与调节端之间 1.25V 的标称参考电压（Vref） ，该标称电压经过电阻 R1 转换成编程电流（Iprog） ，经由 R2 流到大地。输出电压为：221()outref adjRVI其中 为调整端电流，不大于 。调节电位器 R2，
6、便可以实现输出adjI 0A电压可调的目的。D 为保护二极管，用以防止 C2 向调整端放电； 为10.CF输入旁路电容，用以减小稳压器对输入电源阻抗的敏感性； 作为调2整端的旁路电容，用以提高纹波抑制比，防止输出电压增大时纹波被同步放大。在保证一定的电源调整率时，要求 （见 LM317 中文技3.040inoutVV术手册） ，本实验规定 ，因此有 。选择 ，理由5.outV85i 8.0in是：由于 LM317 调整端电流极小，故输入电流约等于输出电流。负载一定时，其消耗功率保持不变。输入电压越大，输入功率就越大，输出功率不变，就会有更多的功率消耗在 LM317 内部，器件容易过热烧坏。因此
7、在满足要求的范围内，输入电压越小越好，故取 。8.0inV6.参数计算与器件选择6.1 电路参数计算图 6.11）稳压器件选择 LM317，稳压输出 5.0V；2）输出滤波电容作用是使输出电压波形更平滑，减少负载对电源的影响。由于 LM317 稳压电路中已经采用调整端旁路电容 抑制输出纹波，相当于输出滤波电310CF容。3）稳压器前小滤波电容 C2根据 LM317 技术手册，选取稳压器前端小滤波电容 。由于电解20.1CF电容高频特性差，C3 使用无极性小容量电容。4）滤波电容 C1滤波负载不是纯电阻时，一般有 取 时，计算得LR，结合实际情况，取 。31(5)10CF120CF5）二极管与变
8、压器根据技术手册，为使稳压器空载时能正常工作，R1 中的电流应取，则 ，选取 。1(0)RImA1(250)refRVI120R由 得 。根据实际情况选取满量程21()outref26为 的电位器。10k最大输出电流等于 0.6A 时，即 时，max10.6outoutout LVI ARA。由于调整端电流很小，故输入输出电流基本相等，即8.3LR。4max0.6inoutIIA根据电容滤波及桥式整流电路的特点，得到 4421. .71UUV340.6IA二极管电流平均值和有效值分别为，03.5.2DII 31.250.6DIIA变压器副边电流有效值 ，故副边功率 ；825.87PUIW整流二
9、极管承受的最大反向电压 29.43DRMUV根据以上计算，选取相应型号的二极管和变压器。至此电路参数已完全确定。1(35)LTR。6.2 元器件清单实验所用元器件种类数目及测量仪器清单如表 6.2 所示。表 6.2项目 型号 数目二极管 5电位器 量程10k1电阻 21电容 0.1uF、10uF、2200uF 各一个变压器 220:14 1滑动变阻器 011面包板 1示波器 1万用表 充当电压表、电流表 2四、实验步骤与测试结果1.电路搭接与仪器调试 依据原理图在面包板上搭接实验电路，确认连接无误后接通电源测试。2.性能参数测试2.1 稳压系数的测量 参数说明：稳压系数也叫电压调整率，是指环境
10、温度和负载不变得情况下，输入电压变化引起输出电压变化的程度，定义为输出电压的相对变化与输入电压的相对变化的比值，即/10%oiiVS测量步骤：使输出电流保持在额定值，保持负载不变，改变输入电压，用万用表直流电压档测输出电压。测量结果：输入电压/V 输出电压/V220 5.026198 5.025220 5.026稳压系数 3(5.026.)/5.021%.910.2S 2.2 输出电阻的测量 参数说明：直流稳压源的输出电阻即直流电源的内阻，越小越好。若电源内阻过大，则当负载电阻较小时，内阻分压将不可忽略，对电源的精确度造成影响。测量步骤：保持输入电压不变，大范围改变负载阻值，测量负载电压和负载
11、电流的变化值，由戴维宁定理可知，两者的比值即稳压源的输出电阻。测量电压和电流分别用万用表直流电压档和电流档，电流表外接。测量结果：输出电压/V 输出电流/mA5.012 96.94.967 349.8稳压源输出电阻 35.0124.9670.18(38)oVRI2.3 纹波电压的测量 参数说明：尽管经过了整流和滤波，也不可能将输出电压中的交流成分完全滤除，因此输出电压仍存在较小的波动，即纹波。纹波越小，表明稳压电源的性能越好，输出电压品质越好。测量步骤：使电路工作在额定电流下，用示波器观察输出电压，并使用交流耦合档观察纹波电压，用 Measure 档测量其峰峰值，做记录。测量结果： 8.0pV
12、m2.4 测量结果分析 从以上三个参数的测量结果来看，直流稳压源稳压系数较小，说明输入变化对输出电压的影响较小。这项指标的意义在于，即使稳压源所处的环境温度等因素发生剧烈变化而导致输入电压大幅变化，也能保证输出电压变化控制在一定的较小的范围内。输出电阻为 ，是一个比较小的值。相对于 5.0V 的直0.18流输出，8mV 峰峰值的纹波几乎可以忽略。综上，本次实验所设计的直流稳压源基本满足设计要求。五、实验小结通过本次实验，我对直流稳压电源的工作原理有了更深刻的认识，对整流环节、电容滤波环节、集成三端稳压器典型电路等有了一定的把握。同时，在实验过程中，我们遇到了不懂的问题，通过查阅课本、请教老师和组员之间的相互讨论，最终弄明白了原理，解决了问题，理论应用到实践的能力得到提升。由于是设计性实验，电路结构和器件参数完全自己计算确定，这时我学会了衡量元器件性能好坏的指标和选择器件的依据。
