直流穩(wěn)壓電源設(shè)計實驗報告

1、實訓報告題目名稱：直流穩(wěn)壓電源電路系 部：電氣與信息工程系專業(yè)班級：機 制14-3學生姓名：郭欣欣學 號： 2013211171指導教師：劉巖完成日期： 2018 年1月17日摘 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)和集成元件穩(wěn)壓電路將交流電壓轉(zhuǎn)化 為直流電壓輸出，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。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

2、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LM3171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) 紋波電壓目 錄一、設(shè)計要求 1二、原理分析與設(shè)計步驟.直流穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)的選擇 TOC o 1-5 h z .交流變壓器 2.整流電路 2.濾波電路 2.集成穩(wěn)壓電路34.參數(shù)計算與器件選擇 44 5三、實驗步驟與測試結(jié)果.電路搭

3、接與儀器調(diào)試 6.性能參數(shù)測試 6 6 7 77、設(shè)計要求如下表所不: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、原理分析與設(shè)計步驟直流穩(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2-1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2-2所示圖2-1圖2-22.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2-3所示。圖2-3整流原理如下:

4、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=2U2sintd(t)二 02、2U22 : 0.9U變壓器副邊電流有效值二極管最大反向電壓管腳 1.調(diào)整端Adjust濾波電路E=dC (d為二極管正向?qū)娮?很小而放電時間常數(shù)I =RlC較大，充電快而放電慢，達到濾波效果。該電路有如 下特點：輸出電壓平均值Uo與時間常數(shù)T = RlC有關(guān)。T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RC = (510)T (T為交流電源電壓 周期)；非純電阻負載時，一般取RlC =(35)；。圖2-4集成穩(wěn)壓電路圖 2-2-1圖2-5LM317典型接法LM317I勺典型接法

5、如圖2-2-1所示。其中Iadj為調(diào)整端電流，不大于100RA。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；g = 0.得F為輸 入旁路電容，用以減小穩(wěn)壓器又t輸入電源阻抗的敏感性；C2 = 10F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 3.0V Vin -Vout 40V (見LM317中文技 術(shù)手冊),本實驗規(guī)定Vout =5.0V ,因此有8V Vin 45V。選擇V. = 8.0V ,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

6、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Vin =8.0V。參數(shù)計算與器件選擇電路參數(shù)計算圖3-1(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LM3171壓電路中已經(jīng)采用調(diào)整端旁路電容 C3=10RF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C2 = 0.1NF。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C1RlCi =(3 5)工。濾波負載不是純電阻時，一般有2

7、 取R =10。時，計算得3C1 = (35)父10 NF ,結(jié)合實際情況，取C =2200嚇。(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、二(5 10)mA , 則 R=Je11 2 5 ？2 選 皈)R = 20舊I R1Uo =Vout = Vref (1 + -)= 5V得R2 = 600。根據(jù)實際情況選取滿量程為10kG的 R1電位器。Ioutmax=/定? =0.6A時，Rl=8.3C。由于調(diào)整端電流很小，故 R1 L RLRL輸入輸出電流基本相等，即I4 = Iin%loutmax = 0.6A。根據(jù)電容濾波及橋式整流電路的特點，得到二極管電流

8、平均值和有效值分別為ID0 =0.5I3 =0.25A , ID =1.25I3 = 0.625A變壓器副邊電流有效值I2 =&Id =0.88A,故副邊功率P=U2I2 = 5.87W；整流二極管承受的最大反向電壓 UDRM =、2U2 = 9.43V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。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 3.2所示。表3.2項目型號數(shù)目二極管5電位器10kG量程1電阻1電容各一個變壓器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2三、實驗步驟與測試結(jié)果電路搭接與儀器調(diào)試依據(jù)原理圖在面包板上搭接實驗電路，確

9、認連接無誤后接通電源測試。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/V2201982203.L 右生 (5.026 -5.025)/5.025穩(wěn)壓系數(shù) S = 100% =1.99 10 : 0.0020.1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

10、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。輸出電壓/V輸出電流/mAVRo VIo測量結(jié)果:5.012-4.967 人3 : 0.18j (349.8-96.9) 10穩(wěn)壓源輸出電阻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

11、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：Vpp=8.0mV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0.18 1四、電路板裝配及要求元器件的安裝印制電路板裝配是用來表示元器件及零部件、 整件與印制電路板連接關(guān)系的 圖樣。主要包括元器件的安裝和焊接兩個方面的內(nèi)容。 在焊接前必須畫一張與電 路板大小的原理圖、并且貼在板的上面。在PCBg配圖的繪制和元器件的安裝過程

12、中，要遵循下面的要求:安裝的元器件必須經(jīng)過檢驗合格1） 裝配圖上的元器件一般以圖形符號表示， 有時也可用簡化的外形輪廓表示。采用外形輪廓表示時，應標明與裝配方向有關(guān)的符號、代號和文字等。2）元器件安裝要進行焊前清潔工作，元器件的安裝順序應該按照先安裝體積小的元器件， 再安裝體積較大的元器件； 并按照從左到右， 從上到下的順序。3）在安裝帶有極性的元器件時，應注意其方向；元器件表面有標注的，要使標注朝上；各器件的安裝應整齊、規(guī)范。元器件的焊接焊接的工藝過程一般可按照五個步驟進行：第一步，焊前準備。用刮刀、砂紙或助焊劑除去元器件表面的氧化層，以保持焊前清潔。第二步，焊件裝配。將元器件按工藝要求插裝

13、到PC噴上。第三步，加熱焊接。焊接的過程可以通過手工或自動焊接進行。第四步，焊后清理。用無水酒精或香蕉水清潔焊點周圍的焊劑殘留物。第五步，質(zhì)量檢查。包括外觀檢查和電氣性能檢查。對于元器件的焊接，應遵循如下的要求：1）保持烙鐵頭的清潔。2）增加烙鐵頭與元件的接觸面積來加快傳熱。3）加熱要靠焊錫橋，也就是說要保持烙鐵頭上有少量焊錫，作為加熱時烙鐵頭與焊件之間傳熱的橋梁。4）在焊錫凝固之前不能動，以免造成焊點結(jié)構(gòu)疏松或虛焊。5）焊錫、焊劑的用量要適當。 一般說來， 焊錫絲的直徑要小于焊盤的直徑。6）不要使用烙鐵頭作為運輸焊錫的工具。一方面，待焊件沒有預熱；另一方面，會造成助焊劑的過高溫度而碳化。最重

14、要的是， 要掌握焊接的溫度和加熱時間。 焊接的溫度過低或加熱時間不夠，會造成焊料不能充分浸潤焊件，形成虛焊；反之，除了可能會造成元器件損壞以外，還會造成助焊劑的碳化和損傷PCBfe。四、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)。在實習中，我鍛煉了

15、自己動手能力，提高了自己解決問題的能力。通過本次 實踐也培養(yǎng)了我理論聯(lián)系實際的能力，提高了我分析問題和解決問題的能力，增強了獨立工作的能力。在這次設(shè)計中，我也遇到了不少的問題，幸運的是，最 終一一解決了遇到的問題。在我們遇到不懂的問題時，利用網(wǎng)上和圖書館的資源， 搜索查找得到需要的信息及和隊友之間相互討論顯得尤其重要了，我明白了團隊合作的重要性。這次的制作也讓我們感受到，我們在電子方面學到的只是很小的 一部分知識，我們需要更多的時間來自主學習相關(guān)知識。參考文獻1、王衛(wèi)平主編,電工產(chǎn)品制造工藝，高等教育出版社，20052、唐程山主編，電子技術(shù)高等教育出版社，20053、王揚帆主編,電子技術(shù)實訓教

16、程大連理工出版社，20084、胡宴如主編，模擬電子技術(shù)高等教育出版社，20055、楊志忠主編,數(shù)字電子技術(shù)高等教育出版社,2007實訓評定意見設(shè)計題目直流穩(wěn)壓電源電路系 部電氣與信息工程系專業(yè)班級機制14-3學生姓名 郭欣欣 學生學號 2013211171評定意見:評定成績：指導教師（簽名）：年 月 日新疆工程學院電氣與信息工程 系（部）實訓任務書2017/2018學年上學期 2018年1月5日專業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化班級機制14-3課程名稱電工電子綜合實訓設(shè)計題目直流穩(wěn)壓電源電路指導教師劉巖起止時間周數(shù)2設(shè)計地點實驗樓實訓目的：1、貫徹理論聯(lián)系實際的教學原則，鞏固和擴大已學過的電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識，為技術(shù)基礎(chǔ)課和專 業(yè)課程的學習建立初步的感性認識并提高學生的工程實踐能力。2、掌握印刷電路板的設(shè)計與制作的基本方法。3、了解電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，包括生產(chǎn)工2流程，電子元器件的識別、老化、篩選、測試、焊接、 裝配及調(diào)試，掌握電子線路的安裝、焊接和調(diào)試的基本技能。4、了解一種電子設(shè)備主要零部件加工過程的技術(shù)要求、結(jié)構(gòu)原理以及裝配調(diào)試工藝。5、培養(yǎng)學生的勞動觀念，加強組織性和紀律性，促進學生綜合素質(zhì)的全面提高。實訓任務或主要技術(shù)指標：1、電子電路設(shè)計能力訓練，熟悉所制作電路的工作原理，能畫出原理圖和安裝圖。實訓進度與要求：第一周：電子設(shè)計與制作要求：學生根據(jù)設(shè)計要求，自