模拟电路课程设计实验报告

摘要 本实验进行了直流稳压电源的设计，此直流稳压电源包括变压电路，整流电路，滤波电路，稳压电路。

关键词 变压电路；整流电路；滤波电路；稳压电路。

1设计任务及主要技术指标和要求

（1） 设计任务： 直流稳压电源设计

（2） 主要技术指标和要求：完成一个直流稳压电源的理论设计并进行安装与调试，要求此直流稳压电源在输入电压为220V±10%时，可稳定输出3-12V可调稳定电压。

2引言

此直流稳压电源为输出电压可调式直流稳压电源，可通过调节输出1.2V—12之间任意直流稳定电压。电路由变压电路，整流电路，滤波电路和稳压电路四部分组成。

3工作原理

单相交流电经过变压电路，整流电路，滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压。

3.1 变压电路的工作原理

变压电路通过电源变压器实现，将220V的交流电网电压降低后，变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui，再对其进行处理。

3.2 整流电路的工作原理

整流电路采用的是单相桥式整流电路。设变压器副边电压为u2，U2为其有效值。当u2为正半周期时，电流流经二极管D1,负载，二极管D3，因而负载上的电压等于变压器副边电压，二极管D2,D4承受反向电压-u2。当u2为负半周期时，电流流经二极管D2,负载，二极管D4，负载上的电压等于-u2，二极管D1,D3承受反向电压u2。致使负载在U2的整个周期内都有电流通过，而且方向不变。

3.3 滤波电路的工作原理

滤波电路采用电容滤波。当变压器副边电压u2处于正半周期并且数值大于电容两端电压uc时，电流一路流经负载，另一路对电容充电。因为在理想情况下，变压器副边无损耗，二极管导通电压为零，电容两端电压uc与u2相等。又因为当u2上升到峰值后开始下降，电容通过负载放电，uc开始下降。由于电容按指数规律放电，所以当u2下降到一定数值后，uc下降速度小于u2的下降速度，使uc大于u2从而导致D1,D3反向偏置而截止。此后电容继续通过负载放电，uc按指数规律缓慢下降。当u2处于负半周期时，重复上述过程。

3.4 稳压电路的工作原理

稳压电路中采用LM317三端稳压器。LM317三端稳压器有三个引出端，分别为输入端，输出端和电压调整端。内部包括基准电压电路，比较放大电路和保护电路（过流保护，调整管安全区保护，过热保护）。由于引入了深度电压负反馈，故输出电压非常稳定。

4电路组成部分

图1 电路组成框图

4.1 变压电路

图2 变压电路电路图

图2所示电路为变压电路。此变压电路通过变压器实现，变压器原边输入电压为220V，50Hz,输出电压为12V。

4.2整流电路

图3 整流电路电路图

图3所示电路为整流电路。此整流电路采用单相桥式整流电路，保证在变压器副边电压U2在整个周期内，负载上的电压和电流方向始终不变。变压器副边电压处于正半周期时，二极管D1,D3导通，二极管D2,D4承受反向电压。变压器副边电压处于负半周期时，二极管D2,D4 导通，二极管D1,D3承受反向电压。

4.3 滤波电路

图4 滤波电路

图4所示电路为滤波电路。此滤波电路采用电容滤波，利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。电容C1容量为470uF。电容愈大，负载电阻愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大。

4.4 稳压电路

图5 稳压电路电路图

图5所示电路为稳压电路。图中电容C2用于抵消输入线较长时的电感效应，以防止产生自激震荡，其容量为0.33uF。LM317的输出电压从1.25V－37伏可调，其芯片内有过度、过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5A，其输出端与调整端的压差为基准电压1.25V。电容C3可减小RP上的波纹电压，其容量为10uF。二极管D2用于保护稳压器。电容C4用于消除输出电压中的高频噪声，其容量为1uF。此稳压电路的输出电压为Uo=（1+R1/RP）*1.25 V。

5设计步骤及方法

此直流稳压电路分为四部分：变压电路，整流电路，滤波电路，稳压电路。

5.1 变压电路的设计：

直流电源的输入为220V的电网电压，所需直流电压的数值与电网电压的有效值相差较大，因而选择通过电源变压器降压后，再对其进行处理。

5.2 整流电路的设计：

此整流电路采用单相桥式整流电路，用于保证在变压器副边电压U2在整个周期内，负载上的电压和电流方向始终不变。

5.3滤波电路的设计：

此滤波电路采用电容滤波，利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。因为滤波效果取决于放电时间，因而电容愈大，负载电阻愈大，则滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大。

6电路总体说明

图6 直流稳压电源电路完整电路图

图四所示电路为直流稳压电源电路的完整电路图。其中，TF1为变压器，LM317是三端集成稳压器。输入电压为220V，50Hz，经过电源变压器降压后，降至12V，然后经过整流电路，滤波电路，稳压电路，输出到负载电阻。可通过调节RP阻值，改变输出电压，输出电压变化范围为1.25V—12V。输出电流最大值一般不5mA,最小值为1.5 mA。由于输出电压计算式为Uo=（1+RP/R1）*1.25 V，故R1与RP的比值变化范围为0—8.6。R1的最大取值为R1≈0.83KΩ,故RP的最大取值为7.138 KΩ。负载电阻取值变化范围为8 KΩ—0.24 KΩ[4]。测试数据如表1所示。

表1 实验测试数据表

7设计所用器材

模拟电路实验箱 一台

万用表 一台

LM317 一块

变压器 一个

滑动变阻器 一个

电容若干 二极管若干

8小结(通过课程设计收获和心得)

通过此次对直流稳压电路的设计，更深入的了解和掌握了有关直流电源所涉及到的知识，并且能够更熟练的对其进行运用。在进行试验的过程中，出现了诸多问题，首先是元器件的选择和应用。试验中我发现元器件的部分参数会根据实验时的各方面影响而发生一定的改变，与理论计算的预想并不一样，这时就需要调整参数或是改变电路的某些结构，又或者是替换掉某些元件。这次课程设计给我带来的收获除了技术的提高以及知识的掌握之外，更重要的是让我懂得了实验并不是一项简单的任务，看似简单的实验真正动手做时也会遇到许多困难。实验过程中最需要的是耐心，以及认真用心的态度。

参考文献

[1] 童诗白、华成英主编. 模拟电子技术基础（第四版）. 高等教育出版社.2006.

[2] 康华光主编.电子技术基础模拟部分（第四版）. 高等教育出版社.1999.

[3] 郭永贞主编.模拟电子技术实验与课程设计指导. 东南大学出版社.2007.

直流稳压电源设计