设计一个串联型连续可调直流稳定电源

目录
一、设计任务与要求2
二、设计思路与原器件的介绍2
2.1、串联型连续可调直流稳定电源的设计思路2
三、原器件的介绍4
四、单元电路的设计9
五、质量指标10
六、生成总图12
七、元器件清单13
八、心得体会。

14
九、参考文献资料15
引言
直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。

变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。

整流器把交流电变为直流电。

经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。

本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可在、1.5-12V 可调。

关键词：直流；稳压；变压
一、设计任务与要求
1.1、设计任务
设计一个串联型连续可调直流稳定电源
1.2、设计目的
A．学习根本理论在实践中综合运用的初步经历，掌握模拟电路设计的根本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。

B．学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。

C．培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

1.3、设计要求
〔1〕、输出直流电压１.５－１２ｖ可调
〔2〕、最大输出电流Ｉ＝１.５Ａ
〔3〕、稳压系数Ｓｒ＜＝０.０５
〔4〕、具有过流保护功能
二、设计思路与原器件的介绍
2.1、串联型连续可调直流稳定电源的设计思路
根据题目要求要输出电压在1.5V~12V可调,所以我们用变压器将220V交流电变为12V 交流电.接下来是整流环节,由于半波整流电路构造简单,使用元件少,整流的效率低,输出电压脉动大等缺点,我们电路中选那么了桥式整流.在滤波方面,我们选用了电容滤波,因为整流电路接入滤波电容后,不仅使输出电压变的平滑纹波显著减小,同时输出电压的平均值也增大了.在稳压电路中我们选用了稳牙精度高、外围电路简单体积小和重量轻等特点选用了串联稳压式集成稳压器CW117.CW117输出电压可调X围在1.2~37V符合了我们的题目要求,输出
电流为1.5A同样符合了我们的需要,通过以上思路我们设计了此电路图. 〔图1—1.1〕２.２、原理框图
ui u。

根本工作原理：
取样电路将输出电压U0按比例取出，送入比拟放大器与基准电压进展比拟，差值被放大后去控制调整管,以使输出电压U0保持稳定.
２.２.１、调整环节
调整环节是由调整管构成其基极受比拟放大器的输出电压控制,通过调整管集电极与发射极之间的压降变化来抵消输出电压的变化。

.因此，设计时必须保证调整管工作在放大区，以实现其调整作用。

同时，因调整管与负载串联的，流过的电流较大，那么其参数必须满足负载电流和功率要求，且保证调整管在最不利的情况下，仍能正常工作。

２.２.２、比拟放大环节
比拟放大环节的作用是把输出电压较小的变化进展放大后去控制调整管，以到达稳定输出电压的目的。

比拟放大器的增益越高，对调整管的控制作用越灵敏，输出电压越稳定。

因此要提高U0的稳定性，关键在于提高比拟放大器的增益。

同时，还要考虑提高电路温度的稳定性。

所以常选用差动放大器或者集成运算放大器作为比拟放大环节。

２.２.３、基准环节
基准电压一般由稳压管提供稳定的稳定直流电压，作为比拟放大起的基准，故应当尽量稳定，为保证基准电压稳定，稳压管必须工作在稳定区，因此要选择适宜的限流电阻R，保证稳压管工作电流最大时，小于其允许电流Imax,工作在电流最小时，大于其最小稳定工作电流Imin。

２.２.４、取样环节
该环节是由取样电阻串接而成的电阻分压器。

取样电阻应选用材料一样，温度数较小的金属膜电阻，因其温度性能好，取值应根据基准电压Vref考虑，保证比拟放大器工作在放大区。

为了使输出电压可调，在分压电阻之间串接电位器Rw根据给定的电压调节X围，进一步定出各电阻的阻值。

２.２.５、流程图
三、原器件的介绍
３.１、电阻
导电体对电流的阻碍作用称着电阻，用符号R表示，单位为欧姆、千欧、兆欧，分别用Ω、kΩ、MΩ表示。

在物理学中，用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。

导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。

不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种性质。

3.1.1、电阻器的分类
ａ、线绕电阻器：通用线绕电阻器、精细线绕电阻器、大功率线绕电阻器、高频线绕电阻器。

ｂ、薄膜电阻器：碳膜电阻器、合成碳膜电阻器、金属膜电阻器、金属氧化膜电阻器、化学沉积膜电阻器、玻璃釉膜电阻器、金属氮化膜电阻器。

ｃ、实心电阻器：无机合成实心碳质电阻器、有机合成实心碳质电阻器。

ｄ、敏感电阻器：压敏电阻器、热敏电阻器、光敏电阻器、力敏电阻器、气敏电阻器、湿敏电阻器。

3.1.2、电阻器的作用
ａ、限流。

电阻器在电流中限制电流的通过，电阻值越大，电流越小。

ｂ、将压。

电流通过电阻器时必然会产生电压降，电阻值越大，电压降越小。

ｃ、分压。

基于电阻的降压作用，电阻器还可以用作分压器。

３.2、电容
电容器在电力系统中是提高功率因数的重要器件，电容是表征电容器容纳电荷的本领的物理量。

我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。

电容从物理学上讲，它是一种静态电荷存储介质〔就像一只水桶一样，你可以把电荷充存进去，在没有放电回路的情况下，刨除介质漏电自放电效应/电解电容比拟明显，可能电荷会永久存在，这是它的特征〕，它的用途较广，它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。

主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、隔直流等电路中。

3.2.1、电解电容在电路中的作用
ａ.滤波作用；
在电源电路中，整流电路将交流变成脉动的直流，而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容，利用其充放电特性，使整流后的脉动直流电压变成相比照拟稳定的直流电压。

在实际中，为了防止电路各局部供电电压因负载变化而产生变化，所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法的电解电容．由于大容量的电解电容一般具有一定的电感，对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除，故在其两端并联了一只容量为0.001--0.lpF 的电容，以滤除高频及脉冲干扰．
ｂ.耦合作用：
在低频信号的传递与放大过程中，为防止前后两级电路的静态工作点相互影响，常采用电容藕合．为了防止信号中韵低频分量损失过大，一般总采用容量较大的电解电容。

量正常，但加上高压时那么有可能发生漏电或击穿现象．
３.3、三极管
半导体三极管也称双极型晶体管,晶体三极管,简称三极管,是一种电流控制电流的半导体器件晶体三极管的构造和类型。

晶体三极管，是半导体根本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。

三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三局部，中间局部是基区，两侧局部是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种，从三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极e和集电极c。

发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。

基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区"发射"的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。

发射极箭头向外。

发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。

硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。

３.３.１、三极管的作用
首先我们要了解三极管的根本原理，三极管就是一条电流的通道，有一个电极控制这个通道的通和断，如果说三极管的根本原理用这样的比喻比拟牵强附会的话，在设计三极管的幅员时，它就非常确实切了，我们先画一条绿色的线条表示通道，再画一条横跨过通道的红色线条表示控制栅极，就象马路上的绿色的通道和警察掌握的红灯一样，绿色通道里的电流的通断，得看警察的脸色行事。

不过在集成电路里通道不叫通道，而叫有源区，一个奇怪的名字，不过很好记，我们平时把半导体器件叫做有源器件，电阻电容叫无源器件，三极管是有源器件，因此只要记住和三极管有关的区域叫有源区就可以了。

由N型或P型半导体材料组成源极和漏极，在源极和漏极之间放一层多晶硅作为栅极，这就形成了一个MOS三极管，多做几个这样的三极管，并把它们按要求连接起来，这就形成了集成电路。

把许多三极管做在一起就是集成电路。

集成电路真的就是这么简单，请暂时不要问什么半导体为什么会导电之类目前被认为是无关紧要的问题，我们在这里探讨的是如何快速的学会设计集成电路，而不是半导体理论。

3.3.2、晶体三极管的三种工作状态
截止状态：当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。

放大状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数β＝ΔIc/ΔIb，这时三极管处放大状态。

饱和导通状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。

三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。

３.4、二极管
晶体二极管简称二极管，是一种常用的具有一个PN构造半导体器件。

几乎在所有的电
子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。

3.4.1、二极管的作用
二极管的主要特性是单向导电性，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。

正因为二极管具有上述特性，无绳机中常把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、编码控制、调频调制和静噪等电路中。

晶体二极管按作用可分为：整流二极管〔如1N4004〕、隔离二极管〔如1N4148〕、肖特基二极管〔如BAT85〕、发光二极管、稳压二极管等稳压二极管的稳压原理：稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压根本保持不变。

这样，当把稳压管接入电路以后，假设由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将根本保持不变
３.5.变压器
变压器是变换电压的元器件。

变压器几乎在所有的电子产品中都要用到，它原理简单但根据不同的使用场合〔不同的用途〕变压器的绕制工艺会有所不同的要求。

变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压〔磁饱和变压器〕等，变压器常用的铁芯形状一般有E型和C型铁芯。

3.5.1、变压器的分类
变压器按用途可以分为：配电变压器、电力变压器、全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、单相变压器、电炉变压器、整流变压器、电抗器、抗用变压器、防雷变压器、箱式变压器、箱式变电器。

3.5.2、变压器的特点
变压器的特点是传输交流隔直流，并可同时实现电压变换、阻抗变换和相位变换。

变压器各绕组线圈间互不相通，但交流电压可以通过磁场耦合进展传输。

3.5.3、变压器的作用
变压器是一种用于电能转换的电器设备，它可以把一种电压、电流的交流电能转换成一样频率的另一种电压、电流的交流电能。

变压器几乎在所有的电子产品中都要用到，它原理简单但根据不同的使用场合〔不同的用途〕变压器的绕制工艺会有所不同的要求。

变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压〔磁饱和变压器〕等，变压器常用的铁心形状一般有E型和C型铁心。

3.5.4、变压器的根本原理
当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通ф1，它沿着铁心穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。

在次级线圈中感应出互感电势U2，同时ф1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向
相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。

为了保持磁通ф1的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流〞。

如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通ф2，ф2的方向与ф1相反，起了互相抵消的作用，使铁心中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。

当次级负载电流加大时I1增加，ф1也增加，并且ф1增加局部正好补充了被ф2 所抵消的那局部磁通，以保持铁心里总磁通量不变。

如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。

变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。

3.6、可调集成稳压器
三端稳压器，主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳太器，其根本原理一样，均采用串联型稳压电路。

在线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点，因而得到广泛应用。

三端稳压器的通用产品有78系列〔下电源〕和79系列〔负电源〕，输出电压由具体型号中的后面两个数字代表，有5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V等档次。

输出电流以78〔或79〕后面加字母来区分L表示0.1；AM 表示0.5A，无字母表示1.5A，如78L05表求5V 0.1A。

因本课设用的是LM317〔图3-6.1〕，所以重点介绍LM317。

LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。

317系列稳压块的型号很多：例如LM317HVH、W317L等。

电子爱好者经常用317稳压块制作输出电压可变的稳压电源。

在应用中，为了电路的稳定工作，在一般情况下，还需要接二极管作为保护电路，防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏。

〔图3-6.1〕
四、单元电路的设计
4.1、桥式整流电路
桥式整流电路的分析
1.在交流电e正半轴时,二极管VD1和VD4截止.VD2和VD3导通.电流经VD2,.RL,VD3形
成回路,负载RL上电压为上正.下负.
2.在交流电e负半轴时,二极管VD2和VD3截止,VD1和VD4导通,电流经VD4,RL,VD1形
成回路,负载RL上电压仍为上正.下负
〔图4—1.1桥式整流电路〕
4.2、电容滤波电路
电容滤波电路的分析
电容滤波器是一种简单实用的平滑滤波器,由于电容器C1的充放电作用,当电容器容量足够大时,充入的电荷多,放掉的电荷少,最终使整流出空载时Ui8.4V
〔图4—1.2电容滤波电路〕
4.3、稳压电路
串联型稳压电路的分析
在串联型稳压电路中，调整管VT相当于一个可变电阻，起到自动调整电压的作用。

由于调整管VT的基极电压是由稳压二极管VD提供的恒定电压。

因此输出电压Vo的任何变化都将起到VT的基极-发射极间的电压Ube的反向变化.从而改变了调整管VT的管压降Uce 到达自动稳压的目的.
五、质量指标
5.1、电压调整率Su
负载电流I0及温度T不变而输入电压U1变化时，输出电压U0的相对变化量ΔU/U0与输出电压变化量ΔI之比值，称为电压调整率S u,即
S u=ΔU0/U0/ΔU Iⅹ100%
S u越小，稳压性能越好。

电压调整率也可定义为：在负载电流和温度不变时，输入电压变化10%时，输出电压的变化量ΔU0，单位mv。

5.2、电流调整率S
1
当输入电压及温度不变时，输出电流I o从零变到最大时，输出电压的相对变化量称为电流调整率S I，即
S I=(ΔU0/U0) ⅹ100%
有时也定义为恒温条件下，负载电流变化10%时引起输出电压的变化量U0，单位为mv。

S I 或ΔU0越小，输出电压受负载电流的影响就越小。

5.3、输出电阻R
当输入电压和温度不变时，因R L变化，导致负载电流变化了ΔI0，相应的输出电压变化了ΔU0，两者比值的绝对值称为输出电阻R0。

即：
R0=ΔU0/I0
其单位为Ω。

R0的大小反映直流电源带负载能力的大小，其值越小，负载能力越强。

一般
R0<1Ω。

5.4、温度系数S
T
输入电压U I和负载I0不变时，温度变化所引起的输出电压相对变化量ΔU0/U0与温度变化量ΔT之比，称为温度系数S T,即
S T =ΔU0/U0/ΔTⅹ100%
其单位为%/o C。

5.5、纹波电压及纹波抑制比S
R
纹波电压是指加在直流输出电压U0上的交流电压，通常用有效值。

在电容滤波电路中，负载电流越大，纹波电压也越大，因此，纹波电压应在额定输出电流情况下测出。

纹波抑制比S R定义为稳压电路纹波电压峰值U IPP与输出纹波电压峰值U OPP之比，并用对数表示，即
U OPP S R = 20lgU IPP/U
S R表示稳压器对其输入端引入的交流电压的抑制能力。

六、生成总图
七、元器件清单
八、心得体会。

通过这次串联型连续可调直流稳压电源对设计与制作，让我们了解了设计电路的程序，也让我们了解了关于交直流转换的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真成功之后才实际接线的。

但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为在实际接线中有着各种各样的条件制约。

但也有些电路在仿真中无法成功，而在实际中因为芯片本身的特性而成功的。

所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。

通过这次学习，让我们对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，虽然我们都对此不是很懂但大家都非常的认真，从借书、设计开场每个人都非常积极、努力、对此充满了热情，在我们的共同努力下完成了这次课社任务。

同时在这次做课设过程中高荣和杜润宏教师给了极大的鼓励和支持。

还有X教师的课设建议。

在这里我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和指导教师再次表示忠心的感谢！
不过现在回忆起此次模拟电子课程设计，至今我们仍感慨颇多，确实，从选题到定稿，从理论到实践，在整整半个多月的日子里，可以说是苦多于甜，可是也学到很多很多的东西，更稳固了以前所学过的知识，还学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的；只有把所学的理论知识与实践相结合，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，从而能真正为社会效劳。

希望每位同学在以后的生活还是学习中都能保持这种积极向上的态度，不经历风雨怎能见彩虹。

相信自己是最棒的。

九、参考文献资料
◆?电子线路根底>?，华东师X大学物理系万嘉假设,林康运等编著,高等教育。

◆?电子技术根底?，华中工学院电子学教研室编,康华光主编,高等教育。

◆?电子线路设计?，(第二版)华中科技大学谢自美主编,华中科技大学。

◆，?模拟电子技术根底?，〔第二版〕童诗白编著，：高等教育。

◆?电子技术根底?模拟局部，〔第四版〕康华光编著，：高等教育。

◆?实用电子电路手册?模拟电路分册，X肖子编著，：高等教育
◆?电子技术实验与课程设计?，毕满清编著，：机械工业。

◆?电子技术课程设计指导?，彭介华编著，：高等教育
◆?电子技能与实训?，X大彪编著，：电子工业。

◆?电子技术技能与实训?，X大彪编著，：电子工业。

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◆?电子实验与实践?，付家才编著，：高等教育。

◆?现代电子技术实践课程指导?，谢云编著，：机械工业。