正负输出可调直流电源.doc

第一章绪论

第一节课题的背景及意义

课题背景

很多电子设备，家用电器都需要直流电源供电，其中除了少量的低功耗、便携式的一起设备选用干电池供电外，绝大多数电子设备正常工作需要直流供电，而常用的电源——市电是220V或380V的交流电，因此需要把交流电变换成直流电。1例如在我们学习的大多数集成运算放大器都需要加规定的直流偏置才能正常工作。所以直流稳压电源对于我们的模电课程学习来说十分重要，一个稳定可靠的直流稳压电源是今后我们学习、设计其他电路的保证。

课题意义

但是不同的电路对于直流电压值有着不同的需求，常见的有±12V、±5V等等不同的需求。为了到达稳固课程知识目的的同时，能够做到学以致用，制作一些对于今后有实际意义的电路，我们选择±12V、±5V以及3—18V五组参数作为设计的电压输出参数值。此次所要设计的电源要求的输出功率较小，为了简化电路并提高电路的稳定性，因此选择集成稳压器的设计思路。

第二节设计内容及要求

设计内容

LM317的输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好LM317内置有过载保护、平安区保护等多种保护电路。通常LM317不需要外接电容，除非输入滤波电容到LM317输入端的连线超过6英寸〔约15厘米〕。使用输出电容能改变瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。LM317能够有许多特殊的用法。比方把调整端悬浮到一个较高的电压上，可以用来调节高达数百伏的电压，只要输入输出压差不超过LM317的极限就行。当然还要防止输出端短路。还可以把调整端接到一个可编程电压上，实现可编程的电源输出。

研究要求

要求设计制作一个正负可调输出直流稳压电源，可将220V/50Hz交流电转换为正负直流可调稳压电源

输出：直流电压±1.25V~±30V。

第二章电路设计

第一节整流电路设计

2.1.1

核心元件：1N4007

二极管内部是一个PN结，因此它一定具有PN结的特性，实际的二极管伏安特性如下图。

正向特性：当正电压超过死区电压值时，外电场抵消了了内电场，正向电流随外加电压的增加而明显增大，二极管的正向电阻变的很小。当二极管完全导通后，正向压降根本维持不变。

反向截止特性：当二极管承受反向电压时，外电场与内电场方向一致，只有少数载流子的漂移运动，形成漏电流极小。

图二极管伏安特性曲线

图二极管伏安特性曲线

最大额定值

内容

符号

额定

单位

最大反向电压

VRRM

1000

V

最大正向平均电流

IF(AV)

1.0

A

最大浪涌电流

IFSM

30.0

A

电性能参数

内容

符号

条件

最大

单位

最大正向电压

VFM

IFM=1A

1.1

V

最大反向电流

IRRM

VTM=RatedVoltage

5

uA

2.1.2

如下列图，当u2为正半周时，电流由A点流出，经D1、RL、D3流入B点，图中箭头所示，因而负载电阻RL上的电压等于变压器副边电压，即u0=u2，D2和D4管承受的反向电压为-u2。当u2为负半周时，电流由B点流出，经D2、RL、D4流入A点，负载电阻RL上的电压等于-u2，即u0=-u2，D1、D3承受的反向电压为u2。这样D1、D3和D2、D4两对二极管交替导通，致使负载电阻RL上在u2的整个周期内都有电流通过，而且方向不变。

图

图单向桥式全波整流电路

第二节滤波电路设计

核心元件

核心元件：电解电容

整流电路的输出电压虽然是单一方向的，但是含有较大的交流成分，不能适应于大多数电子设备的需求。因此采用电容滤波，在整流电路的输出端并联一个电容C1即构成电容滤波电路。滤波电容容量较大，因此一般采用电解电容。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。

电解电容

额定电压：35V容值：100uF

工作原理

工作原理：当变压器副边电压u2处于正半轴并且数值大于电容两端电压uC时，二极管D1、D3导通，电路一路流经负载电阻ＲＬ，另一路对电容Ｃ充电。因此在理想情况下，变压器副边无损耗，二极管导通电压为零，所以电容两端电压uC〔uL〕与u2相等,见下列图中曲线ab段。当u2上升到峰值后开始下降，电容通过负载电阻RL放电，其电压uC也开始下降，趋势与u2根本相同，见图中的bc段。但是由于电容按指数规律放电，所以当u2下降到一定数值后，uC的下降速度小于u2的下降速度，使uC大于u2从而导致D1、D3反向偏置而变为截止。此后电容C继续通过RL放电，uC按指数规律缓慢下降，见图中cd段。

当u2的负半周幅值变化到恰好大于uC时，D2、D4因加正向电压变为导通状态，u2再次对C充电，uC上升到u2的峰值后又开始下降；下降到一定数值时，D2