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1、电路实践系列讲义杨菊秋 可调电压源与可调电流源中南林业科技大学电子实验室2011-3-25可调电压源与可调电流源（理论设计部分）电源是电路中必不可少的电路器件，是给电路提供电能的单元电路。在电子电路中，所需要的电源主要是直流电源：直流稳压源（主要反映稳压源器件的参数有：额定输出电压值，额定输出功率，电源效率，纹波抑制系数，输出电压稳定系数等等） ，若输出电压可调称为可调直流稳压源，稳压源电路主要由变压，整流，滤波，稳压以及输出电压调节电路五部分组成，常用的直流稳压电源有串联式稳压直流电源和开关直流稳压电源，串联式稳压直流电源主要优点是电路结构简单，调节方便，缺点是效率低，开关直流稳压电源优点是
2、电源效率高，缺点是电路结构复杂成本较高。直流电流源（主要参数有输出电流，额定输出功率，等等） ，输出电流可调的称为可调电流源，电流源电路主要由电压转化成电流的电路构成。三端稳压器 LM317 简介LM317 是三端稳压器，不稳定直流电压从 LM317 的输入端（3）输入，从输出端（2）输出稳定的直流电压。LM317 外形如左图所示，脚的编号从左至右为1，2，3。1调整端，2输出端，3输入端。不稳定电压从 3 端输入，从 2 端输出的电压为稳定电压。LM317 的一个最重要的特性是：21 之间电压恒为 1.25V。其它特性需要了解的是：调整端（1）电流很小（小于0.05mA)，在工作电流比它大得
3、多的条件下这个电流忽略不计；输入端所加电 1 压小于 40V；为保证三端稳压器正常稳定的工作，输入端电压要比输出端电压高于 3V 以上。一 以 LM317 为核心器件构成的输出电压可调的直流稳压电源的设计与电路参数的计算：不稳定的直流电压 Ui 从三端稳压器 LM317 的输入端（3）输入。输入电压低于 40V，但需要比最高输出电压高出 3V 以上。本电路设计最高输出电压为 12V，则本电路输入电压高于15V（本电路取 16V 左右） 。可调的稳定直流电压 Uo 从三端稳压器 LM317 的输出端（2）输出，可调电压源电压大小由端子 M1和 N1 之间外并的电阻确定。可调电压源额定输出电流大小
4、由三端稳压器 LM317 决定，当2三端稳压器装上散热片后，额定输出电流为 1.5A。本可调电压源设计指标：输出电压可调：1.25V12.00V；额定输出电流：1A，额定输出电流的含义是，电路在正常工作的条件下，能够输出的最大电流。因为当输出电压恒定时，输出电流随着负载的变化而变化，负载电阻越小时，输出电流越大，所以要注意负载电阻不能取得太小，需要根据额定电流（或额定功率）进行计算。三端稳压器 LM317 的输出端（2）到调整端(1)的电压恒定为1.25V，三端稳压器 LM317 的调整端（ 1）的电流小于 50A ，当控制电路工作电流比 50A 大得多时，这个电流可以忽略不计，即认为调整端（
5、1）虚断路。本电路设计控制电路工作电流为5mA 左右，比 50A 电流大得多（ 100 倍） ，因此调整端（1）的电流完全可以忽略不计。这样从三端稳压器 LM317 的输出端（2）流到调整端（1）的电流与从调整端（1）流到地 GND 的电流相同。设计思想：固定输出端（2）到调整端(1)的电阻RaR1/R2 ，则 LM317 从输出端（2）流到调整端(1) Ra 的电流不变，而调整端（1）到地 GND 的等效电阻 Rb（R3 / 端子 M1和 N1 之间外接电阻）可调（通过改变端子 M1 和 N1 之间外并的电阻阻值的大小） ，由于流过调整端（1）到地 GND 的等效电阻的电流也不变，所以调整端
6、（1）到地 GND 的电压随着调整端（ 1）到地 GND 的电阻的变化而变化，使得输出端电压变化。3用以调节电压源输出电压。测试电流源时，将M2，N2 的导线的另一端分别连接到电阻模块的不同插口，用以调节电流源输出电流。分别测试各状态下的电压源的输出电压和电流源的输出电流，将测量数据用表格形式记录下来。2 分析故障和排除故障，并将分析和排除过程记录下来。理论部分：1 要求可调电压源的输出电压为 3.8V10.2V，重新设计可调电压源电路。并画出电路原理图。2 要求可调电流源的输出电流为 2mA64mA，重新设计可调电流源电路。并画出电路原理图。报告部分：1 课程设计题目，时间，地点，指导老师。
7、2 课程设计目的。3 电路工作原理。4 参数确定与计算过程。5 测试数据表格。6 数据处理与说明。7 故障处理过程与体会。8 器件清单与电路原理图。考察与评分 作品是否整齐与美观。测量数据方法与结果是否正确。元器件是否会辨认及元器件特性是否掌握。理论计算方法与原理是否掌握。报告内容是否真实，全面，认真等等。 12M1，N1，M2，N1 分别接其单股导线的一端，单股导线的另一端悬空。仔细观察各焊接点，检查有无短路现象和虚焊现象。认真测量。在观察所焊接的电路板处于正常状态后，将 16V电源接入到 J1 接口。可调电压源的测量：让 M1，N1 单股导线的悬空端分别插入J4 的任意两点，测量输出电压，
8、并记录对应的连线位置，接入的电阻阻值，输出电压测量值，理论值，设计表格并记录在表格中。可调电流源的测量：让 M2，N2 单股导线的悬空端分别插入 J4 的任意两点，测量输出电流，并记录对应的连线位置，接入的电阻阻值，输出电流测量值，理论值，设计表格并记录在表格中。电路学习任务：实践部分：1 画电路原理图。3 查阅主要器件（LM317，发光二极管，三极管9012）的技术资料。4 辩认套件中所有电子元器件以及印刷电路板。5 焊接。其中四根导线的一端分别接在符号 R 的两端和符号 C 的两端，另一端悬空。6 测试：在 M1，N1 端没有外接电阻时，可调电压源的输出电压是最高的，理论值为 12V。在M
9、，N端没有外接电阻时，可调电流源的输出电流是最小的，理论值为mA。四根导线的一端分别接在 M1，N1，M2，N2 端。测试电压源时，将 M1，N1 的导线的另一端分别连接到电阻模块的不同插口，11baoRU25.1其中 Ra 是输出端（2）到调整端(1)的电阻 R1/R2。Rb 是调整端（1）到地 GND 的等效电阻。下面确定电阻 Rb 的最小值 Rbmin 和最大值 Rbmax 与电阻Ra 的关系。当电阻 Rb 取最小值 Rbmin 时，输出电压最低为 1.25V，因此，关系式成立，abR25.125.1.min得 0minbR当电阻 Rb 取最大值 Rbmax 时，输出电压最高为 12.0
10、0V，因此，关系式成立，abR25.125.10.mx得 bR6.8.7max当取 Rbmax=3K 时，Ra=349（可用 360并 10K 得到） 。当然也可以用其它组合，只要注意到 Ra 的电阻值不要取得过大（一般不要大于 500） ，过大时，工作电流过小，调整端的电流就不能忽略不计了，前面的计算方法也就不再正确，当然也不要取得太小（一4般不要小于 100） ，太小时工作电流太大，造成不必要的功率浪费。二 可调电流源电路工作原理与电路参数的计算：电流源输出电流可调 1mA-100mA电流源额定输出电压 12V 额定输出电压的含义是，电路在正常工作的条件下，能够输出的最高电压。因为当输出电
11、流恒定时，输出电压随着负载的变化而变化，负载电阻越大时，输出电压越高，所以要注意负载电阻不能取得太大，需要根据额定电压（或额定功率）进行计算。发光二极管是一个常用的电子元件，发光二极管有一个重要特性：当发光二极管正常导通时，二极管的导通电压是不变的（相当于稳压管的作用）与它的导通电流无关，这个导通电压大小由发光二极管的材料决定，红色黄色发光二极管 1.8V，绿色发光二极管 2.0V，蓝色发光二极管 2.2V。注意：普通发光二极管要使其正常发光，要通以适当的电流，大约在 3mA20mA，一般取 5mA10mA。注意不能超过 20mA。本电路选用常用的红色发光二极管。长脚为+，短脚为-。晶体三极管
12、是一个常用的电子元件，晶体三极管有一个重要特性：当三极管在正常导通状态条件下工作时，三极管 be 之间的电压（NPN 型）或 eb 之间的电压（PNP 型）是恒定的，与三极管的导通电流无关，这个常用的恒定电压大小由三极管的材料决定的，常用的硅材料三极管为0.7V。5可从电阻上所标的色码直接读出，或者用万能表的欧姆档直接测量确定。各瓷片电容及其电容量（标注在电容上） 。各发光二极管及其”+”-“极。各电解电容器及其”+”-“极以及电容量耐压值（它们直接标注在电容器的侧面上） 。三极管及其”e”b”c” 极。各三端稳压器及其”1”， ”2”， ”3”脚。三端稳压器 7805，功能是输出稳定的+5V
13、 电压，不稳定的电压从”1”脚输入，稳定的电压从 ”3”脚输入，2 脚接地。 ”1”， ”2”， ”3”脚的识别方式与 LM317 相同。附：元器件表编号规格 编号规格 编号规格 编号规格 编号规格R1 360 R7 100 R13 6.8K U1 LM317 J3R2 10K R8 200 R14 15K U2 7805 J4R3 3K R9 390 C1 103 Q 9012 M1R4 1.1K R10 820 C2 10F LED 红 N1R5 2K R11 1.6K C3 103 J1 M2R6 51 R12 3.3K C4 10F J2 N2以上器件中，J 都都是接口，M1M2N1N
14、2 都是单股导线。认真焊接。按照印刷板上器件编号找到相应的元件，按以下顺序焊接：电阻，瓷片电容，发光二极管，接口，电解电容，三端稳压器，单股导线。焊接过程中注意以下问题：各发光二极管”+”-“极。各电解电容器”+”-“极、各三端稳压器及其”1”， ”2”， ”3”脚。的确定方法与 LM317 相同。J1，J2 和 J3 要与前后续电路的输入输出电源接口方位相一致，因此要注意其方位。10可调电压源与可调电流源（实践制作测试部分）仔细研究电路原理图，关于可调电压源弄清以下问题：可调电压源电路由哪些电子元器件构成，不稳定的直流电压从哪里输入，可调的稳定电压从哪里输出，电路是通过什么方式调节输出电压的
15、，可调直流电压源能够输出的电流最大是多少（即在输出端能够接的负载电阻最小值是多少） 。当这些问题弄清以后，试设计输出电压可调范围 3.09.0V 的可调直流电压源，将其讨论过程写入报告中。仔细研究电路原理图，关于可调电流源弄清以下问题：可调电流源电路由哪些电子元器件构成，不稳定的直流电压从嘴里输入，可调的稳定电流从嘴里输出，电路是通过什么方式调节输出电流的，可调直流电流源能够输出的电压最大是多少（即在输出端能够接的负载电阻最大值是多少） 。当这些问题弄清以后，试设计输出电流可调范围 10.020.0V 的可调直流电流源，将其讨论过程以及设计过程写入报告中。仔细研究印刷电路板，在本印刷电路板上将要装配的器件有：普通 1/4W 电阻器，电解电容器，瓷片电容器，发光二极管，三极管，三端稳压器 7805，三端稳压器 LM317，输入和输出接口等等。请仔细研究印刷电路上的图形或符号，确定各位置所装配的是何种元件。若是电解电容器和发光二极管，还要弄清板上的对应“+”极和“-”极，若是三极管，要弄清板上的对应的基极“b”极和集电极“c”极和发射极“e”极，若是三端稳压器，要弄清板上的对应
