用CW78系列設(shè)計(jì)5V穩(wěn)壓源 模電實(shí)驗(yàn)報(bào)告

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1、題目： 用CW78系列設(shè)計(jì)5V穩(wěn)壓源 模電實(shí)驗(yàn)報(bào)告 初始條件：電阻器10q和240 Q、100Q和5kQ滑動(dòng)電阻器、IN4001型號(hào) 和IN4148型號(hào)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）

2、。 ?要求：在集成穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要求學(xué)會(huì)①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(jì)直流穩(wěn)壓電源；②掌握直流穩(wěn)壓電源 的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法。 ?設(shè)計(jì)要求合理選擇集成穩(wěn)壓器；完成電路的理論設(shè)計(jì)、繪制電路圖；撰寫(xiě) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 時(shí)間安排：第19周理論講解，時(shí)間：禮拜一5、6、7、8節(jié)，地點(diǎn)：鑒 三204：第20周理論設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)室安裝調(diào)試，地點(diǎn)：鑒主13樓通信工程綜合 實(shí)驗(yàn)室、鑒主15樓通信工程實(shí)驗(yàn)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(jì) 目錄 1. 設(shè)計(jì)目的 1 2. 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 2 3.

3、 設(shè)計(jì)步驟及原理說(shuō)明 3 4. 安裝調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決 10 5?性能測(cè)試要求及數(shù)據(jù) 11 6. 收獲、體會(huì)及建議 12 7. 元器件清單 13 8. 注意事項(xiàng) 14 9. 主要參考文獻(xiàn)資料 15 1 .設(shè)計(jì)目的 1-1學(xué)習(xí)基本理論在實(shí)踐中綜合運(yùn)用的初步經(jīng)驗(yàn)，掌握模擬電路設(shè)計(jì)的基本方法、設(shè)計(jì)步 驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計(jì)與調(diào)試能力。 12學(xué)會(huì)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法和性能指標(biāo)測(cè)試方法。 13培養(yǎng)實(shí)踐技能，提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 2.設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 2-1設(shè)計(jì)并制作一個(gè)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：①輸出電壓可調(diào)：U=+3V?+9V

4、o ② 最大輸出電流：Iomax=200mA ③ 紋波電壓A Vop-p^5mV ④ 穩(wěn)壓系數(shù)：Sv^5*10-3 2.1.2 II 檔：①Vo=+5V； ②Iomax=300mA 2-2①設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)，選擇電路元件； ②計(jì)算確定元件參數(shù)，畫(huà)出實(shí)用原理電路圖。 2.3自擬實(shí)驗(yàn)方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測(cè)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(shí)驗(yàn)室進(jìn)行組裝、調(diào)試，并測(cè)試其主要性能參數(shù)。 3 .設(shè)計(jì)步驟及原理說(shuō)明 3.1方案的選擇 3.1.1 I檔: 3.1.1.1 萬(wàn)案一: 圖一方案一 在第一檔的設(shè)計(jì)過(guò)程中，就是按照通常的設(shè)計(jì)方案，

5、經(jīng)變壓器變壓獲得所需的電壓值， 然后通過(guò)整流電路將交流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓，整流電路有四個(gè)二極管(IN4001)組 成；在此脈動(dòng)的直流電壓中還含有較大的紋波，所以必須通過(guò)濾波電路加以濾除，選用C1、 C2用來(lái)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(huì)隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)、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(guò)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(shí)，給輸出電容C3 一個(gè)放電通

6、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(guò)調(diào)節(jié)Rp1來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 3.1.1.2 方案二： RP1 100u/50V 」5.1K 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(gè)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(guò)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(shí)最大 功耗為2W，加上200

7、X200X4mm3散熱板時(shí)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。 總的來(lái)說(shuō)，方案一的設(shè)計(jì)步驟清晰，簡(jiǎn)單明了，方案二與方案一基本類似，在經(jīng)過(guò)考 慮之后，決定采用常見(jiàn)的電路設(shè)計(jì)形式，這個(gè)方案性能好、工作穩(wěn)定、體積小、制作安裝 簡(jiǎn)單方便無(wú)論從經(jīng)濟(jì)方面還是從實(shí)際操作方面來(lái)說(shuō)，應(yīng)該是不錯(cuò)的。在實(shí)際焊接電路時(shí)， 并沒(méi)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(lái)代替CW7812，這樣可以不必使用滑動(dòng)變阻器，是電 路變得很簡(jiǎn)單。 從簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的方面來(lái)說(shuō)，方案二確實(shí)要優(yōu)于方案

8、一，但綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求， 我還是選擇了方案一，這個(gè)方案盡管有些復(fù)雜，焊接時(shí)也顯得麻煩，但可以鍛煉自己，掌 握更多的知識(shí)。 3.2圖形 3.2.1完整的電路圖 (2200 kLF/25V)*2 圖四實(shí)驗(yàn)原理圖I 3.2.2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(shí)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

9、 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(shuō)明 3.3.1 3.1.1.1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? 3.1.1.2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(chǔ)能的作用，并聯(lián)的電容C在電源供給的電壓升高時(shí)，可以把部分能量?jī)?chǔ)存起 來(lái)，而當(dāng)電源電壓降低時(shí)，又可以把電場(chǎng)能量釋放出來(lái)，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

10、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(jì)實(shí)驗(yàn)中，采用的是單相橋式整流、電容濾波電路，在實(shí)際焊接時(shí)，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(shí)才導(dǎo)通，否則 便截止。RL、C對(duì)充放電的影響：電容充電時(shí)間常數(shù)為rDC，因?yàn)槎O管的rD很小，所以 充電時(shí)間常數(shù)小，充電速度快；RLC為放電時(shí)間常數(shù)，因?yàn)镽L較大，放電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于 充電時(shí)間常數(shù)，因此，濾波效果取決于放電時(shí)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

11、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(lái)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(shí)，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(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，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(lái)實(shí)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(dòng)端位置時(shí)，輸出電壓隨

12、之變化，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn) 設(shè)計(jì)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(lái)選擇三段集成穩(wěn)壓器、運(yùn)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)min^Vi^VO

13、min+(Vi-V0)max 9V+3V^Vi^3V+40V 12V^Vi^43Vo 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

14、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(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)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(hào)是IN

15、4148。 4 .安裝調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決 4.1在第一次調(diào)試時(shí)，不能輸出結(jié)果，因?yàn)樵趧?dòng)手焊接之前做過(guò)認(rèn)真的思考，所以首先想 到的是，會(huì)不會(huì)是線路焊接有問(wèn)題，在哪個(gè)地方?jīng)]焊接好，當(dāng)用萬(wàn)用表檢測(cè)完之后，并沒(méi) 有這類問(wèn)題，另一個(gè)同學(xué)也出現(xiàn)了同樣的情況，接著便考慮到是不是某個(gè)元件接錯(cuò)了位置， 以致電路無(wú)法正常運(yùn)行，最后發(fā)現(xiàn)是在把LM317連入電路時(shí)發(fā)生了錯(cuò)誤，一腳應(yīng)該是對(duì)地 端，二腳為接輸出端，三腳接輸入端，而我都弄錯(cuò)啦，經(jīng)改正之后，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器， 可以是輸出電壓可變。由于調(diào)試時(shí)試驗(yàn)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1.5?3.2之間。 42用示波器觀

16、察波形時(shí)，沒(méi)看到有波形輸出，但輸出端確實(shí)有電壓，或許是示波器沒(méi)正 常工作，由于實(shí)驗(yàn)儀器有限，沒(méi)能用其他的示波器來(lái)實(shí)現(xiàn)波形的輸出。 5 .性能測(cè)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(lái)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(cè)量 穩(wěn)壓電源正常工作時(shí)能輸出的最大工作電流，用lomax表示，一般情況下的工作電流 IoIomax

17、時(shí)損壞穩(wěn)壓器。 實(shí)際測(cè)得最大輸出電流Iomax= 823mA，符合設(shè)計(jì)要求。 5.2輸出電壓 同時(shí)測(cè)量Vo與Iomax.測(cè)試過(guò)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(cè)量值為Vo; 使 RL逐漸減小，直到Vo的值下降5%，此時(shí)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(cè)其峰峰值一般為毫伏量級(jí)。也可用 交流毫伏表測(cè)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(cè)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(duì)變化引起輸出電 壓的相對(duì)變化，即：Sv=（V-Vo）/（

18、Vi/VI） 3）電壓調(diào)整率：輸入電壓相對(duì)變化為±10%時(shí) 的輸出電壓相對(duì)變化量，穩(wěn)壓系數(shù)和電壓調(diào)整率均說(shuō)明輸入電壓變化對(duì)輸出電壓的影響， 因此只需測(cè)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(shí)，輸出電壓變化量與輸 出電流變化量之比的絕對(duì)值.電流調(diào)整率：輸出電流從0變到最大值時(shí)所產(chǎn)生的輸出電壓相 對(duì)變化值。輸出電阻和電流調(diào)整率均說(shuō)明負(fù)載電流變化對(duì)輸出電壓的影響，因此也只需測(cè) 試其中之一即可 6.U攵獲、體會(huì)及建議 6-1通過(guò)一周多的忙碌，課程設(shè)計(jì)終于到了尾聲，讓我感觸最深的就是，理論和實(shí)踐確實(shí) 相差很多，我們可以在理論上呱呱奇談，

19、說(shuō)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(kāi)始做實(shí)物時(shí)，又是另一回事兒，因?yàn)樵谧龅倪^(guò)程中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)許多 新的問(wèn)題，是在理論學(xué)習(xí)中所沒(méi)有考慮過(guò)的、沒(méi)想過(guò)的，正如那句老話：“實(shí)踐出真知”， 在實(shí)踐操作中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、尋找問(wèn)題，把自己悶在課本里是不會(huì)有質(zhì)的飛躍的。當(dāng)在實(shí)踐中 碰上問(wèn)題時(shí)，就要想方設(shè)法去弄明白，因?yàn)檫@樣最終才能得到自己想要的結(jié)果，所以就會(huì) 利用身邊可利用的資源去查閱資料，把問(wèn)題解決掉，在這個(gè)過(guò)程中，會(huì)學(xué)到很多東西，掌 握很多東西，受益匪淺。 62焊接時(shí)要對(duì)各個(gè)功能模塊電路進(jìn)行單個(gè)測(cè)試，需要時(shí)可設(shè)計(jì)一些臨時(shí)電路用于 6.3測(cè)試電路時(shí)，必須要保證焊接正確，才能打開(kāi)電源，以

20、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(shí)必須要保證可靠接地。 7 ?元器件清單 序號(hào) 名稱 型號(hào)規(guī)格 數(shù)量 1 電阻器 10Q 2支 2 電阻器 240 Q 1支 3 滑動(dòng)變阻器 100Q 1支 4 滑動(dòng)變阻器 5k。 1支 5 二極管 IN4001 4支 6 二極管 IN4148 1支 7 電解電容 50v/1uF 1支 8 電解電容 50v/10uF 1支 9 電解電容 50v/2200uF 2支 10 電容 0.1uF

21、 1支 11 電容 0.33uF 1支 12 CW7812 1支 13 LM317 1支 14 電壓跟隨器 1份 8.注意事項(xiàng) 81焊接時(shí)要對(duì)各個(gè)功能模塊電路進(jìn)行單個(gè)測(cè)試，需要時(shí)可設(shè)計(jì)一些臨時(shí)電路用于調(diào)試。 8-2測(cè)試電路時(shí)，必須要保證焊接正確，才能打開(kāi)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(shí)必須要保證可靠接地。 9 .主要參考文獻(xiàn) 《電子線路設(shè)計(jì)?實(shí)驗(yàn)?測(cè)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(jì)》，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(jì)》，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(jì)》，康華光主編，高等教育出版社