直流稳压电源设计实验报告

直流稳压电源设计实验报

告

Prepared on 22 November 2020

实训报告

题目名称：直流稳压电源电路

系部：电气与信息工程系

专业班级：机制 14-3

学生姓名：郭欣欣

学号：

指导教师：刘岩

完成日期： 2018年1月17日

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稳压电路将交流电压转化为直流电压输出，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。

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

目录

一、设计要求 (1)

二、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 (2)

4.滤波电路 (2)

5.集成稳压电路

集成稳压器件LM317 (3)

LM317典型接法 (4)

6.参数计算与器件选择 (4)

电路参数计算 (4)

元器件清单 (5)

三、实验步骤与测试结果

1.电路搭接与仪器调试 (6)

2.性能参数测试

稳压系数的测量 (6)

输出电阻的测量 (6)

纹波电压的测量 (7)

测量结果分析 (7)

四、实验小结 (7)

一、设计要求

二、原理分析与设计步骤

直流稳压电路结构选择

直流稳压电源的基本结构如图2-1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2-2所示

图2-1

图2-2

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。

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2-3所示。

图2-3

整流原理如下：

滤波电路

电容滤波电路充电时间常数d r C τ=（d r 为二极管正向导通电阻）很小而放电时间常数L R C τ=较大，充电快而放电慢，达到滤波效果。该电路有如下特点： 0020221()1sin ()0.9o U u d t td t U ππωπωωππ====⎰⎰

输出电压平均值o U 与时间常数L R C τ=有关。τ越大，电容放电越慢，输出电压平均值越大。纯电阻负载时，一般取(5~10)L R C T =（T 为交流电源电

压周期）；非纯电阻负载时，一般取 图2-4

集成稳压电路

LM317

图2-2-1

图 2-5

LM317典型接法

LM317的典型接法如图2-2-1所示。

工作时，LM317建立并保持输出端与调节端之间的标称参考电压（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：

其中adj I 为调整端电流，不大于100A μ。调节电位器R2，便可以实现输出电压可调的目的。D 为保护二极管，用以防止C2向调整端放电；10.1C F μ=为输入旁路电容，用以减小稳压器对输入电源阻抗的敏感性；210C F μ=作为调(3~5)2

L T R C =。管脚 1.调整端

Adjust

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3.040in out V V V V ≤-≤（见LM317中文技术手册），本实验规定 5.0out V V =，因此有845in V V V ≤≤。选择8.0in V V =，理由是：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。因此在满足要求的范围内，输入电压越小越好，故取8.0in V V =。

参数计算与器件选择

电路参数计算

图3-1

（1）稳压器件选择LM317，稳压输出；

（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310C F μ=抑制输出纹波，相当于输出滤波电容。

（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20.1C F μ=。由于电解电容高频特性差，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10L R =Ω时，计算得 31(3~5)10C F μ=⨯，结合实际情况，取12200C F μ=。

1(3~5)2L T R C =。

（5）二极管与变压器

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

1(5~10)R I mA =，则11(125~250)ref

R V R I ==Ω，选取

1200R =Ω21

(1)5o out ref R u V V V R ==+

=得2600R =Ω。根据实际情况选取满量程为10k Ω的电位器。 最大输出电流等于时，即max 10.6out out out L L

V V I A R R R =≈=时，8.3L R =Ω。由于调整端电流很小，故输入输出电流基本相等，即

4max 0.6in out I I I A =≈=。

根据电容滤波及桥式整流电路的特点，得到

二极管电流平均值和有效值分别为

030.50.25D I I A ==

，31.250.625D I I A ==

变压器副边电流有效值20.88D I A ==，故副边功率

22 5.87P U I W ==； 整流二极管承受的最大反向电压29.43DRM U V ==

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。 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所示。

表