題目： 用CW78系列設(shè)計5V穩(wěn)壓源 模電實驗報告初始條件：電阻器10q和240 Q、100Q和5kQ滑動電阻器、IN4001型號 和IN4148型號的二極管、0.1uF和0.33uF的電容、2200uF的電解電容、集 成穩(wěn)壓器CW7812、LM317、散熱片、電壓跟隨器、電路板、導(dǎo)線若干要求完成的主要任務(wù)：已知條件：集成穩(wěn)壓器CW7812及CW317。性能指標(biāo)要求：輸出電壓Vo及最大輸出電流（I檔Vo=（+3+9） V連續(xù)可 調(diào)，Iomax=200mA，紋波電壓 A Vop-p W 5mV,穩(wěn)壓系數(shù) Sv W 5*10-3；H 檔 Vo=+5V,Iomax=300mA）。要求：在集成穩(wěn)壓電源的設(shè)計過程中，要求學(xué)會選擇合適的變壓器、整 流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器設(shè)計直流穩(wěn)壓電源；掌握直流穩(wěn)壓電源 的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測試方法。設(shè)計要求合理選擇集成穩(wěn)壓器；完成電路的理論設(shè)計、繪制電路圖；撰寫 實驗報告時間安排：第19周理論講解，時間：禮拜一5、6、7、8節(jié)，地點：鑒 三204：第20周理論設(shè)計、實驗室安裝調(diào)試，地點：鑒主13樓通信工程綜合 實驗室、鑒主15樓通信工程實驗室（1）指導(dǎo)教師簽名：年 月日系主任（或責(zé)任教師）簽名：年月日集成直流穩(wěn)壓電源設(shè)計目錄1. 設(shè)計目的12. 設(shè)計任務(wù)及要求23. 設(shè)計步驟及原理說明34. 安裝調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決 105性能測試要求及數(shù)據(jù)116. 收獲、體會及建議127. 元器件清單138. 注意事項149. 主要參考文獻(xiàn)資料151 .設(shè)計目的1-1學(xué)習(xí)基本理論在實踐中綜合運用的初步經(jīng)驗，掌握模擬電路設(shè)計的基本方法、設(shè)計步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計與調(diào)試能力。12學(xué)會直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方法和性能指標(biāo)測試方法。13培養(yǎng)實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。2.設(shè)計任務(wù)及要求2-1設(shè)計并制作一個連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，主要技術(shù)指標(biāo)要求：2.1.1 I檔：輸出電壓可調(diào)：U=+3V+9Vo 最大輸出電流：Iomax=200mA 紋波電壓A Vop-p5mV 穩(wěn)壓系數(shù)：Sv5*10-32.1.2 II 檔：Vo=+5V；Iomax=300mA2-2設(shè)計電路結(jié)構(gòu)，選擇電路元件；計算確定元件參數(shù)，畫出實用原理電路圖。2.3自擬實驗方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，交指導(dǎo) 教師審核。2-4批準(zhǔn)后，進(jìn)實驗室進(jìn)行組裝、調(diào)試，并測試其主要性能參數(shù)。3 .設(shè)計步驟及原理說明3.1方案的選擇3.1.1 I檔:3.1.1.1 萬案一:圖一方案一在第一檔的設(shè)計過程中，就是按照通常的設(shè)計方案，經(jīng)變壓器變壓獲得所需的電壓值， 然后通過整流電路將交流電壓變?yōu)槊}動的直流電壓，整流電路有四個二極管(IN4001)組 成；在此脈動的直流電壓中還含有較大的紋波，所以必須通過濾波電路加以濾除，選用C1、 C2用來濾波，從而可以得到平滑的直流電壓；經(jīng)濾波之后也并不能保證輸出穩(wěn)定的電壓， 它還會隨電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載和溫度的變化而變化，故在整流、濾波電路之后，還需要接 穩(wěn)壓電路，這里采用LM317可變?nèi)思煞€(wěn)壓器，用以穩(wěn)定輸出直流電壓。R1與Rp組成 電壓調(diào)節(jié)電路，輸出電壓Vo=1.25(1+RP1/R1),通過調(diào)節(jié)RP1就能改變輸出電壓。D5為保 護(hù)二極管當(dāng)輸入端短路時，給輸出電容C3 一個放電通路，防止C3兩端電壓作用于調(diào)整管 的be結(jié)，擊穿損壞穩(wěn)壓器。輸出電壓的可變就是通過調(diào)節(jié)Rp1來實現(xiàn)的。3.1.1.2 方案二：RP1100u/50V5.1K下加泗圖二 方案二LM317輸出電流為1.5A,輸出電壓可在1.25 37V之間連續(xù)調(diào)節(jié)，其輸出電壓由兩只外 接電阻R1、RP1決定，輸出端和調(diào)整端之間的電壓差為1.25V，這個電壓將產(chǎn)生幾毫安的電 流，經(jīng)R1、RP1到地，在RP1上分得的電壓加到調(diào)整端，通過改變RP1就能改變輸出電壓。注意，為了得到穩(wěn)定的輸出電壓，流經(jīng)R1的電流小于3.5mA。LM317在不加散熱器時最大 功耗為2W，加上200X200X4mm3散熱板時其最大功耗可達(dá)15W。VD1為保護(hù)二極管，防止穩(wěn) 壓器輸出端短路而損壞IC，VD2用于防止輸入短路而損壞集成電路?？偟膩碚f，方案一的設(shè)計步驟清晰，簡單明了，方案二與方案一基本類似，在經(jīng)過考 慮之后，決定采用常見的電路設(shè)計形式，這個方案性能好、工作穩(wěn)定、體積小、制作安裝 簡單方便無論從經(jīng)濟(jì)方面還是從實際操作方面來說，應(yīng)該是不錯的。在實際焊接電路時， 并沒有安裝負(fù)載。3.1.2II 檔：圖三方案一3.1.2.2方案二：是直接用CW7805來代替CW7812，這樣可以不必使用滑動變阻器，是電 路變得很簡單。從簡單、經(jīng)濟(jì)的方面來說，方案二確實要優(yōu)于方案一，但綜合實驗設(shè)計的設(shè)計要求， 我還是選擇了方案一，這個方案盡管有些復(fù)雜，焊接時也顯得麻煩，但可以鍛煉自己，掌 握更多的知識。3.2圖形3.2.1完整的電路圖(2200 kLF/25V)*2圖四實驗原理圖I3.2.2輸入電壓的波形圖六輸入電壓波形圖3.2.3經(jīng)變壓器降壓后的電壓波形圖七降壓后電壓波形圖3.2.4未加濾波電容時LM317輸入端電壓的波形圖八3.2.5加入濾波電容后LM317輸入端電壓的波形圖九3.2.6LM317輸出端電壓即輸出電壓的波形圖十3.3、原理說明3.3.13.1.1.1電源變壓器：如圖方案一中，電源變壓器的作用就是將電壓U1變?yōu)檎麟娐芬蟮慕涣麟妷海?.1.1.2整流濾波電路：濾波電路通常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，由于電抗元件 在電路中有儲能的作用，并聯(lián)的電容C在電源供給的電壓升高時，可以把部分能量儲存起 來，而當(dāng)電源電壓降低時，又可以把電場能量釋放出來，使負(fù)載電壓比較平滑，即電容C 具有平波的作用。濾波電路形式多種多樣，依不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)又可進(jìn)行不同的分類，在此 不一一列舉。此設(shè)計實驗中，采用的是單相橋式整流、電容濾波電路，在實際焊接時，要 特別注意，不要將電解電容的正負(fù)端搞反，整流元件只有受正向電壓作用時才導(dǎo)通，否則 便截止。RL、C對充放電的影響：電容充電時間常數(shù)為rDC，因為二極管的rD很小，所以 充電時間常數(shù)小，充電速度快；RLC為放電時間常數(shù)，因為RL較大，放電時間常數(shù)遠(yuǎn)大于 充電時間常數(shù)，因此，濾波效果取決于放電時間常數(shù)。電容C愈大，負(fù)載電阻RL愈大， 濾波后輸出電壓愈平滑，并且其平均值愈大。3.1.1.3穩(wěn)壓電路：三端集成穩(wěn)壓器分為固定式和可調(diào)式兩種。在此選用了 LM317可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器， 主要是考慮到要輸出范圍可變的輸出電壓，它主要是依靠外接電阻來調(diào)節(jié)輸出電壓的，為 保證輸出電壓的精度和穩(wěn)定性，要選擇高精度的電阻，同時，電阻要緊靠穩(wěn)壓器，防止輸 出電流在連線電阻上產(chǎn)生誤差。集成穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性高和內(nèi)部電路具有完善的保護(hù)措施， 又使用方便、可靠、價格低的優(yōu)點，使得它得以廣泛被應(yīng)用。3.3.2電源變壓器|整流電路|濾波電路|穩(wěn)壓電路其原理和上面一樣，所不同的就是這里采用的是固定式的三段集成穩(wěn)壓器CW7812,其 輸出電壓的可調(diào)性是由穩(wěn)壓管和電壓跟隨器A來實現(xiàn)的，電壓跟隨器的輸入電壓也就是電 阻R1與Rp上部分的電壓之和，當(dāng)調(diào)節(jié)Rp的動端位置時，輸出電壓隨之變化，實現(xiàn)實驗 設(shè)計要求，可根據(jù)輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍和輸出電流的大小來選擇三段集成穩(wěn)壓器、運放和 取樣電阻。3.4、元件參數(shù)的選擇3.4.1選可調(diào)式三端穩(wěn)壓器LM317,其特性參數(shù)V0=+1.2V+37V,I0max=1.5A,最小輸入輸 出壓降(Vi-V0) min=3V,最大輸入輸出壓降(Vi-V0) max=40V。由式子 Vo=1.25(1+RP1/R1)， 可取R1=240。，那么Rp1最小為336。，其最大值為1.49k。，故取Rp1為4.7k。的精密 繞線可調(diào)電位器。3.4.2電源變壓器的選擇先求輸入電壓Vi的范圍：根據(jù) V0max+(Vi-VO)minViVOmin+(Vi-V0)max 9V+3VVi3V+40V 12VVi43Vo 副邊電壓 V2NV1/1.1 取 V2N12/1.1=11V。副邊電流I2NI0max=0.8A，取I2=1A，變壓器副邊輸出功率P2NI2U2=11W。變壓器的效率n =0.7,則原邊輸入功率P1NP2/n =15.7W。由上分析，副邊輸出電壓為12V，輸出電流為1A，為留有余地，一般選擇功率為20W的 變壓器。3.4.3整流二極管及濾波電容的選擇：整流二極管D選1N4001,其極限參數(shù)為URMN50V, 而"2U2=15.4V,則URM滿足要求。IF=1A，而I0max=0.8A，則IF亦滿足要求；濾波電容 C可由紋波電壓 V0p-p和穩(wěn)壓系數(shù)Sv來確定。已知V0=9V，Vi=12V,AVOp-p=5mA,Sv=0.003, 則Vi=AVOp-p* Vi/( V0* Sv)=2.2V,則 C=Ict/Vi=3636p F。電容 C 的耐壓應(yīng)大于 "2U2=15.4V。故取兩只2200 F/25V的電容相并聯(lián)。如圖6中C1、C2所示。3.4.44Ci用來實現(xiàn)頻率補償，可選用0.1uF的電容，防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激高頻震蕩 和抑制電路引入的高頻干擾，輸出電容Co是大小為10uF的電解電容，以減少穩(wěn)壓電源輸 入端由輸入電源引入的低頻干擾，D用于保護(hù)LM317，其型號是IN4148。4 .安裝調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決4.1在第一次調(diào)試時，不能輸出結(jié)果，因為在動手焊接之前做過認(rèn)真的思考，所以首先想 到的是，會不會是線路焊接有問題，在哪個地方?jīng)]焊接好，當(dāng)用萬用表檢測完之后，并沒 有這類問題，另一個同學(xué)也出現(xiàn)了同樣的情況，接著便考慮到是不是某個元件接錯了位置， 以致電路無法正常運行，最后發(fā)現(xiàn)是在把LM317連入電路時發(fā)生了錯誤，一腳應(yīng)該是對地 端，二腳為接輸出端，三腳接輸入端，而我都弄錯啦，經(jīng)改正之后，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器， 可以是輸出電壓可變。由于調(diào)試時試驗條件有限，經(jīng)變壓之后得到的電壓并不是11V，為 5V左右，輸出電壓在1.53.2之間。42用示波器觀察波形時，沒看到有波形輸出，但輸出端確實有電壓，或許是示波器沒正 常工作，由于實驗儀器有限，沒能用其他的示波器來實現(xiàn)波形的輸出。5 .性能測試數(shù)據(jù)穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括允許輸入電壓、輸出電壓、輸 出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度， 包括穩(wěn)壓系數(shù)（或電壓調(diào)整率）、輸出電阻（或電流調(diào)整率）、紋波電壓（紋波系數(shù)）及溫 度系數(shù)。5.1輸出電壓U0和最大輸出電流Iomix的測量穩(wěn)壓電源正常工作時能輸出的最大工作電流，用lomax表示，一般情況下的工作電流 Io<Iomax.穩(wěn)壓電源內(nèi)部應(yīng)有保護(hù)電路，以防Io>Iomax時損壞穩(wěn)壓器。實際測得最大輸出電流Iomax= 823mA，符合設(shè)計要求。5.2輸出電壓同時測量Vo與Iomax.測試過程是：輸出端接負(fù)載RL,輸入端接220V的交流電壓 數(shù)字 電壓表的測量值為Vo; 使 RL逐漸減小，直到Vo的值下降5%，此時流經(jīng)負(fù)載RL的電流即為 Iomax.5.3紋波電壓疊加在輸出電壓上的交流電壓分量。用示波器觀測其峰峰值一般為毫伏量級。也可用 交流毫伏表測量其有效值，但因紋波不是正弦波，所以有一定的誤差。5.4穩(wěn)壓系數(shù)S的測量穩(wěn)壓系數(shù)：在負(fù)載電流、環(huán)境溫度不變的情況下，輸入電壓的相對變化引起輸出電 壓的相對變化，即：Sv=（V-Vo）/（Vi/VI） 3）電壓調(diào)整率：輸入電壓相對變化為±10%時 的輸出電壓相對變化量，穩(wěn)壓系數(shù)和電壓調(diào)整率均說明輸入電壓變化對輸出電壓的影響， 因此只需測試其中之一即可。5.5輸出電阻及電流調(diào)整率輸出電阻與放大器的輸出電阻相同，其值為當(dāng)輸入電壓不變時，輸出電壓變化量與輸 出電流變化量之比的絕對值.電流調(diào)整率：輸出電流從0變到最大值時所產(chǎn)生的輸出電壓相 對變化值。輸出電阻和電流調(diào)整率均說明負(fù)載電流變化對輸出電壓的影響，因此也只需測 試其中之一即可6.U攵獲、體會及建議6-1通過一周多的忙碌，課程設(shè)計終于到了尾聲，讓我感觸最深的就是，理論和實踐確實 相差很多，我們可以在理論上呱呱奇談，說得如何如何完美，把原理搞得很清楚，但當(dāng)自 己把元件拿到手，開始做實物時，又是另一回事兒，因為在做的過程中，我們會發(fā)現(xiàn)許多 新的問題，是在理論學(xué)習(xí)中所沒有考慮過的、沒想過的，正如那句老話：“實踐出真知”， 在實踐操作中發(fā)現(xiàn)問題、尋找問題，把自己悶在課本里是不會有質(zhì)的飛躍的。當(dāng)在實踐中 碰上問題時，就要想方設(shè)法去弄明白，因為這樣最終才能得到自己想要的結(jié)果，所以就會 利用身邊可利用的資源去查閱資料，把問題解決掉，在這個過程中，會學(xué)到很多東西，掌 握很多東西，受益匪淺。62焊接時要對各個功能模塊電路進(jìn)行單個測試，需要時可設(shè)計一些臨時電路用于 6.3測試電路時，必須要保證焊接正確，才能打開電源，以防元器件燒壞。6-4注意LM317芯片的輸入輸出管腳和橋式整流電路中二極管的極性，不應(yīng)反接。6-5按照原理圖焊接時必須要保證可靠接地。7 元器件清單序號名稱型號規(guī)格數(shù)量1電阻器10Q2支2電阻器240 Q1支3滑動變阻器100Q1支4滑動變阻器5k。1支5二極管IN40014支6二極管IN41481支7電解電容50v/1uF1支8電解電容50v/10uF1支9電解電容50v/2200uF2支10電容0.1uF1支11電容0.33uF1支12CW78121支13LM3171支14電壓跟隨器1份8.注意事項81焊接時要對各個功能模塊電路進(jìn)行單個測試，需要時可設(shè)計一些臨時電路用于調(diào)試。8-2測試電路時，必須要保證焊接正確，才能打開電源，以防元器件燒壞。8-4注意LM317芯片的輸入輸出管腳和橋式整流電路中二極管的極性，不應(yīng)反接。8-3按照原理圖焊接時必須要保證可靠接地。9 .主要參考文獻(xiàn)電子線路設(shè)計實驗測試第三版，謝自美主編，華中科技大學(xué)出版社新型集成電路的應(yīng)用一一電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計，梁宗善主編，華中科技大學(xué)出版社電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計，孫梅生等編著，高等教育出版社電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計，康華光主編，高等教育出版社