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：

　71

　 指導教師：

　劉巖

　完成日期：

　2018

　年 1 月 17 日

　摘

　要

　隨著電子技術的快速發(fā)展， 高性能的電子電路對于電源供電質量的要求越來越高，如何設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。

　隨著電子技術的快速發(fā)展， 高性能的電子電路對于電源供電質量的要求越來

　越高，如何設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 LM317 穩(wěn)壓電路將

　220V 交流電壓轉化為

　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、

　要求???????????????????????????

　1

　 二、原理分析與

　步

　 1.

　直流

　 路 構的

　???????????????????

　1

　2. 交流

　器?????????????????????????

　2

　3. 整流 路??????????????????????????

　2

　4.

　波 路??????????????????????????

　2

　5. 集成

　 路

　集成

　器件

　LM317???????????????????

　3

　LM317 典型接法?????????????????????

　4

　6. 參數(shù) 算與器件

　?????????????????????

　4

　 路參數(shù) 算??????????????????????

　4

　元器件清 ???????????????????????

　5

　 三、

　步 與

　 果

　1.

　路搭接與 器

　?????????????????????

　6

　2. 性能參數(shù)

　系數(shù)的 量????????????????????

　6

　 出 阻的 量????????????????????

　6

　波

　的 量????????????????????

　7

　 量 果分析?????????????????????

　7

　四、

　小 ???????????????????????????

　7

　 一、設計要求

　 如下表所示：

　輸出電壓

　5V、 9V、 12V、

　5V、

　9V、

　12V，固定、可調均可

　 輸出電流

　最大 600mA

　 其他要求

　依據(jù)具體電路參數(shù)確定

　二、原理分析與設計步驟

　 直流穩(wěn)壓電路結構選擇

　直流穩(wěn)壓電源的基本結構如圖

　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)此確定欲設計的電路結構如圖 2-2 所示

　圖 2-1

　 圖 2-2

　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，電路結構如圖 2-3 所示。

　 圖 2-3

　 整流原理如下：

　1

　U o

　t )

　u 0

　d(

　 0

　 輸出電壓平均值 1 2U 2

　sin td (

　t) U o

　0

　 輸出電流平均值 2 2U 2 0.9U 2 I o

　I

　D 0

　二極管電流平均值

　 I

　D

　二極管電流有效值

　 I

　2

　變壓器副邊電流有效值 I 0

　U 0

　/ R L

　0.9U 2

　/ R L U

　DRM

　二極管最大反向電壓

　I D 0 1 I 0

　 I

　D

　 1.57I

　D 0

　 I 2 21.57I D 0

　2

　U DRM

　2U 2

　濾波電路

　本實驗采用電容濾波電路，如圖所示。電容濾波電路充電時間常數(shù)

　r d

　C

　 （ r d

　為二極管正向導通電阻）很小而放電時間常數(shù)

　R L

　C 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 U

　o

　與時間常數(shù)

　R L C 有關。

　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 R L C

　(5 ~ 10)T （T

　為交流電源電壓 周期）；非純電阻負載時，一般取

　R L C

　(3 ~ 5) T

　。

　2

　圖 2-4

　 集成穩(wěn)壓電路

　 LM317

　LM317 是一款可調節(jié)三端穩(wěn)壓器，在輸出電壓范圍為到

　25V 時能夠提供最大

　 的電流 , 它只需要兩個外部電阻來設置輸出電壓。

　管腳排列見圖。

　管 腳

　1.

　調 整 端

　 Adjust

　 圖 2-2-1

　圖 2-5

　LM317 典型接法

　LM317 的典型接法如圖

　2-2-1 所示。

　工作時， LM317 建立并保持輸出端與調節(jié)端之間的標稱參考電壓（

　Vref ），

　 該標稱電壓經(jīng)過電阻 R1 轉換成編程電流（ Iprog ），經(jīng)由 R2 流到大地。輸出電壓為：

　Vout V ref

　 (1 R 2 )I adj

　R 2

　R 1

　其中 I

　adj

　為調整端電流，不大于 100 A 。調節(jié)電位器 R2，便可以實現(xiàn)輸出 電壓可調的目的。

　D 為保護二極管， 用以防止 C2

　向調整端放電； C 1 0.1

　F 為輸 入旁路電容，用以減小穩(wěn)壓器對輸入電源阻抗的敏感性； C 2

　 10 F 作為調整

　 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整率時，要求

　3.0V

　V in

　V out

　40V （見

　LM317

　中文技

　 術手冊），本實驗規(guī)定

　V out

　5.0V ，因此有

　8V

　V in

　45V 。選擇

　V in

　8.0V ，理由

　 是：由于 LM317 調整端電流極小，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 內部，器件容易過熱燒壞。

　因此在滿足要求的范圍內， 輸

　 入電壓越小越好，故取

　V in

　8.0V 。

　 參數(shù)計算與器件選擇

　 電路參數(shù)計算

　 圖 3-1

　（ 1）穩(wěn)壓器件選擇

　LM317，穩(wěn)壓輸出；

　（ 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 LM317 穩(wěn)壓電路中已經(jīng)采用調整端旁路電容 C 3

　10 F

　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 技術手冊，選取穩(wěn)壓器前端小濾波電容

　C 2

　0.1

　F 。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 C1 (3 ~ 5) T

　。

　 R L C 1

　2 10

　濾波負載不是純電阻時，一般有 取 R L 時，計算得

　C 1

　 (3 ~ 5)

　10 3

　 F ，結合實際情況，取

　 C 1 2200

　F 。

　（5）二極管與變壓器

　根據(jù)技術 手冊，為使 穩(wěn)壓 器空載時能正常工 作， R1 中的電流 應取

　I R1 (5 ~ 10)mA ，

　則 R 1 Vref (125~ 250) ，

　選

　取

　R 1 200

　 I R1

　u o Vout V ref

　 (1 R 2 )

　 5V 得 R

　600 。根據(jù)實際情況選取滿量程為 10k 的

　 R 1

　2

　 電位器。

　Vout Vout 0.6 A 時，

　R 8.3

　。

　最大輸出電流等于時，即

　 I out max

　R 1

　PR L R L L

　由于調整端電流很小， 故輸入輸出電流基本相等， 即 I

　4

　I

　in

　I

　out max 0.6 A 。

　根據(jù)電容濾波及橋式整流電路的特點，得到

　U 4

　 1.2U 2

　U 2 U 4 6.67V 1.2

　I 3

　I 4

　0.6A

　二極管電流平均值和有效值分別為

　I D 0

　0.5I 3

　0.25 A ，

　I

　D

　1.25I 3

　0.625 A

　 變壓器副邊電流有效值

　I 2

　2I D

　0.88A ，故副邊功率

　 P

　U 2

　I 2

　5.87W ；

　 整流二極管承受的最大反向電壓

　U DRM

　2U 2

　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所示。

　 表

　 項目

　型號

　數(shù)目

　 二極管 5

　電位器

　10k

　量程

　1

　電阻 200 1

　電容

　、10uF、 2200uF

　各一個

　 變壓器 220:14 1

　滑動變阻器 0 ~100 1

　面包板 1

　 示波器 1

　 萬用表

　充當電壓表、電流表

　2

　 三、實驗步驟與測試結果

　 電路搭接與儀器調試

　 依據(jù)原理圖在面包板上搭接實驗電路，確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

　S Vo / V o

　100%

　V i

　 / V i

　 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。

　測量結果：

　輸入電壓 /V

　輸出電壓 /V

　 220

　 198

　 220

　 (5.026

　5.025) / 5.025 3 穩(wěn)壓系數(shù) S 100%

　1.99

　100.002 0.1

　 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阻， 越小越好。若電源內阻過大，則當負載電阻較小時，內阻分壓將不可忽略， 對電源的精確度造成影響。

　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。

　測量結果：

　輸出電壓 /V

　輸出電流 /mA

　 穩(wěn)壓源輸出電阻

　R o V o 5.012

　4.967 0.18 I o (349.8

　96.9)

　10 3

　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， 并使用交流耦合檔觀察紋波電壓，用 Measure 檔測量其峰峰值，做記錄。

　測量結果：

　V pp

　8.0mV

　 測量結果分析

　從以上三個參數(shù)的測量結果來看，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。

　輸出電阻為 0.18

　，是一個比較小的值。

　相對于的直流輸出， 8mV

　 峰峰值的紋波幾乎可以忽略。

　綜上，本次實驗所設計的直流穩(wěn)壓源基本滿足設計

　 要求。

　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系的

　圖樣。主要包括元器件的安裝和焊接兩個方面的內容。

　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 PCB 裝配圖的繪制和元器件的安裝過程中，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到

　PCB 板上。

　 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，以免造成焊點結構疏松或虛焊。

　 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 PCB 板。

　 四、實驗小結

　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。由于是設計性實驗，電路結構和器件參數(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，

　2005

　 2、唐程山主編，《電子技術》高等教育出版社，

　2005

　 3、王揚帆主編，《電子技術實訓教程》大連理工出版社，

　2008

　4、胡宴如主編，《模擬電子技術》高等教育出版社，

　2005

　 5、楊志忠主編，《數(shù)字電子技術》高等教育出版社，

　2007

　 實訓評定意見

　設計題目

　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

　71

　 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

　 機械設計制造及

　機制

　專業(yè)

　班級

　課程名稱

　其自動化

　14-3

　設計題目

　直流穩(wěn)壓電源電路

　指導教師

　起止時間

　周數(shù)

　2

　設計地點

　 實訓目的：

　電工電子綜合實訓

　 劉巖

　 實驗樓

　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的基礎知識，為技術基礎課和專

　 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)工藝流程，電子元器件的識別、老化、篩選、測試、焊接、

　 裝配及調試，掌握電子線路的安裝、焊接和調試的基本技能。

　4、了解一種電子設備主要零部件加工過程的技術要求、結構原理以及裝配調試工藝。

　5、培養(yǎng)學生的勞動觀念，加強組織性和紀律性，促進學生綜合素質的全面提高。

　 實訓任務或主要技術指標：

　1、電子電路設計能力訓練，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：電子設計與制作

　要求：學生根據(jù)設計要求，自己設計電路；掌握電子電路的設計方法；熟悉各種電子元件、集成電

　 路的性能及使用方法；了解焊料與焊劑，熟悉焊接工藝；較好地掌握焊接技術，保證焊接質量；了

　主要參考書及參考資料：

　1、王衛(wèi)平主編，《電工產(chǎn)品制造工藝》，高等教育出版社，

　2005

　3、唐程山主編，《電子技術》高等教育出版社，

　2005

　3、王揚帆主編，《電子技術實訓教程》大連理工出版社，

　2008

　3、胡宴如主編，《模擬電子技術》高等教育出版社，

　2005

　3、楊志忠主編，《數(shù)字電子技術》高等教育出版社，

　2007

　 教研室主任（簽名）

　系（部）主任（簽名）

推薦訪問： 詳圖 實驗 報告