用CW78系列設計5V穩(wěn)壓源 模電實驗報告

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1、題目： 用CW78系列設計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、導線若干 要求完成的主要任務： ?已知條件：集成穩(wěn)壓器CW7812及CW317。 ?性能指標要求：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)壓電源的設計過程中，要求學會①選擇合適的變壓器、整 流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器設計直流穩(wěn)壓電源；②掌握直流穩(wěn)壓電源 的調(diào)試及主要技術指標的測試方法。 ?設計要求合理選擇集成穩(wěn)壓器；完成電路的理論設計、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） 指導教師簽名： 年 月 日 系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日 集成直流穩(wěn)壓電源設計 目錄 1. 設計目的 1 2. 設計任務及要求 2 3.

3、 設計步驟及原理說明 3 4. 安裝調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決 10 5?性能測試要求及數(shù)據(jù) 11 6. 收獲、體會及建議 12 7. 元器件清單 13 8. 注意事項 14 9. 主要參考文獻資料 15 1 .設計目的 1-1學習基本理論在實踐中綜合運用的初步經(jīng)驗，掌握模擬電路設計的基本方法、設計步 驟，培養(yǎng)綜合設計與調(diào)試能力。 12學會直流穩(wěn)壓電源的設計方法和性能指標測試方法。 13培養(yǎng)實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。 2.設計任務及要求 2-1設計并制作一個連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，主要技術指標要求： 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設計電路結構，選擇電路元件； ②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 教師審核。 2-4批準后，進實驗室進行組裝、調(diào)試，并測試其主要性能參數(shù)。 3 .設計步驟及原理說明 3.1方案的選擇 3.1.1 I檔: 3.1.1.1 萬案一: 圖一方案一 在第一檔的設計過程中，就是按照通常的設計方案，

5、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 護二極管當輸入端短路時，給輸出電容C3 一個放電通

6、路，防止C3兩端電壓作用于調(diào)整管 的be結，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： 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200

7、X200X4mm3散熱板時其最大功耗可達15W。VD1為保護二極管，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。 總的來說，方案一的設計步驟清晰，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)濟方面還是從實際操作方面來說，應該是不錯的。在實際焊接電路時， 并沒有安裝負載。 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)濟的方面來說，方案二確實要優(yōu)于方案

8、一，但綜合實驗設計的設計要求， 我還是選擇了方案一，這個方案盡管有些復雜，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，而當電源電壓降低時，又可以把電場能量釋放出來，使負載電壓比較平滑，即電容C 具有平波的作用。濾波電路形式多種多樣，依

10、不同的劃分標準又可進行不同的分類，在此 不一一列舉。此設計實驗中，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端搞反，整流元件只有受正向電壓作用時才導通，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，當調(diào)節(jié)Rp的動端位置時，輸出電壓隨

12、之變化，實現(xiàn)實驗 設計要求，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)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LM317，其型號是IN

15、4148。 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，不能輸出結果，因為在動手焊接之前做過認真的思考，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，當用萬用表檢測完之后，并沒 有這類問題，另一個同學也出現(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1.5?3.2之間。 42用示波器觀

16、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)壓電源的技術指標分為兩種：一種是特性指標，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，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 IoIomax

17、時損壞穩(wěn)壓器。 實際測得最大輸出電流Iomax= 823mA，符合設計要求。 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）/（

18、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，

19、說得如何如何完美，把原理搞得很清楚，但當自 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，是在理論學習中所沒有考慮過的、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。當在實踐中 碰上問題時，就要想方設法去弄明白，因為這樣最終才能得到自己想要的結果，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行單個測試，需要時可設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

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 10Q 2支 2 電阻器 240 Q 1支 3 滑動變阻器 100Q 1支 4 滑動變阻器 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 81焊接時要對各個功能模塊電路進行單個測試，需要時可設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 《電子線路設計?實驗?測試》第三版，謝自美主編，華中科技大學出版社 《新型集成電路的應用一一電子技術基礎課程設計》，梁宗善主編，華中科技大學出版社 《電子技術基礎課程設計》，孫梅生等編著，高等教育出版社 《電子技術基礎課程設計》，康華光主編，高等教育出版社