用CW78系列设计5V稳压源 模电实验报告

题目： 用CW78系列设计5V稳压源 模电实验报告初始条件：电阻器10q和240 Q、100Q和5kQ滑动电阻器、IN4001型号 和IN4148型号的二极管、0.1uF和0.33uF的电容、2200uF的电解电容、集 成稳压器CW7812、LM317、散热片、电压跟随器、电路板、导线若干要求完成的主要任务：已知条件：集成稳压器CW7812及CW317。性能指标要求：输出电压Vo及最大输出电流（I档Vo=（+3+9） V连续可 调，Iomax=200mA，纹波电压 A Vop-p W 5mV,稳压系数 Sv W 5*10-3；H 档 Vo=+5V,Iomax=300mA）。要求：在集成稳压电源的设计过程中，要求学会选择合适的变压器、整 流二极管、滤波电容及集成稳压器设计直流稳压电源；掌握直流稳压电源 的调试及主要技术指标的测试方法。设计要求合理选择集成稳压器；完成电路的理论设计、绘制电路图；撰写 实验报告时间安排：第19周理论讲解，时间：礼拜一5、6、7、8节，地点：鉴 三204：第20周理论设计、实验室安装调试，地点：鉴主13楼通信工程综合 实验室、鉴主15楼通信工程实验室（1）指导教师签名：年 月日系主任（或责任教师）签名：年月日集成直流稳压电源设计目录1. 设计目的12. 设计任务及要求23. 设计步骤及原理说明34. 安装调试中出现的问题及解决 105性能测试要求及数据116. 收获、体会及建议127. 元器件清单138. 注意事项149. 主要参考文献资料151 .设计目的1-1学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。12学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。13培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。2.设计任务及要求2-1设计并制作一个连续可调直流稳压电源，主要技术指标要求：2.1.1 I档：输出电压可调：U=+3V+9Vo 最大输出电流：Iomax=200mA 纹波电压A Vop-p5mV 稳压系数：Sv5*10-32.1.2 II 档：Vo=+5V；Iomax=300mA2-2设计电路结构，选择电路元件；计算确定元件参数，画出实用原理电路图。2.3自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，交指导 教师审核。2-4批准后，进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能参数。3 .设计步骤及原理说明3.1方案的选择3.1.1 I档:3.1.1.1 万案一:图一方案一在第一档的设计过程中，就是按照通常的设计方案，经变压器变压获得所需的电压值， 然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压，整流电路有四个二极管(IN4001)组 成；在此脉动的直流电压中还含有较大的纹波，所以必须通过滤波电路加以滤除，选用C1、 C2用来滤波，从而可以得到平滑的直流电压；经滤波之后也并不能保证输出稳定的电压， 它还会随电网电压波动、负载和温度的变化而变化，故在整流、滤波电路之后，还需要接 稳压电路，这里采用LM317可变三端集成稳压器，用以稳定输出直流电压。R1与Rp组成 电压调节电路，输出电压Vo=1.25(1+RP1/R1),通过调节RP1就能改变输出电压。D5为保 护二极管当输入端短路时，给输出电容C3 一个放电通路，防止C3两端电压作用于调整管 的be结，击穿损坏稳压器。输出电压的可变就是通过调节Rp1来实现的。3.1.1.2 方案二：RP1100u/50V5.1K下加泗图二 方案二LM317输出电流为1.5A,输出电压可在1.25 37V之间连续调节，其输出电压由两只外 接电阻R1、RP1决定，输出端和调整端之间的电压差为1.25V，这个电压将产生几毫安的电 流，经R1、RP1到地，在RP1上分得的电压加到调整端，通过改变RP1就能改变输出电压。注意，为了得到稳定的输出电压，流经R1的电流小于3.5mA。LM317在不加散热器时最大 功耗为2W，加上200X200X4mm3散热板时其最大功耗可达15W。VD1为保护二极管，防止稳 压器输出端短路而损坏IC，VD2用于防止输入短路而损坏集成电路。总的来说，方案一的设计步骤清晰，简单明了，方案二与方案一基本类似，在经过考 虑之后，决定采用常见的电路设计形式，这个方案性能好、工作稳定、体积小、制作安装 简单方便无论从经济方面还是从实际操作方面来说，应该是不错的。在实际焊接电路时， 并没有安装负载。3.1.2II 档：图三方案一3.1.2.2方案二：是直接用CW7805来代替CW7812，这样可以不必使用滑动变阻器，是电 路变得很简单。从简单、经济的方面来说，方案二确实要优于方案一，但综合实验设计的设计要求， 我还是选择了方案一，这个方案尽管有些复杂，焊接时也显得麻烦，但可以锻炼自己，掌 握更多的知识。3.2图形3.2.1完整的电路图(2200 kLF/25V)*2图四实验原理图I3.2.2输入电压的波形图六输入电压波形图3.2.3经变压器降压后的电压波形图七降压后电压波形图3.2.4未加滤波电容时LM317输入端电压的波形图八3.2.5加入滤波电容后LM317输入端电压的波形图九3.2.6LM317输出端电压即输出电压的波形图十3.3、原理说明3.3.13.1.1.1电源变压器：如图方案一中，电源变压器的作用就是将电压U1变为整流电路要求的交流电压；3.1.1.2整流滤波电路：滤波电路通常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，由于电抗元件 在电路中有储能的作用，并联的电容C在电源供给的电压升高时，可以把部分能量储存起 来，而当电源电压降低时，又可以把电场能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容C 具有平波的作用。滤波电路形式多种多样，依不同的划分标准又可进行不同的分类，在此 不一一列举。此设计实验中，采用的是单相桥式整流、电容滤波电路，在实际焊接时，要 特别注意，不要将电解电容的正负端搞反，整流元件只有受正向电压作用时才导通，否则 便截止。RL、C对充放电的影响：电容充电时间常数为rDC，因为二极管的rD很小，所以 充电时间常数小，充电速度快；RLC为放电时间常数，因为RL较大，放电时间常数远大于 充电时间常数，因此，滤波效果取决于放电时间常数。电容C愈大，负载电阻RL愈大， 滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大。3.1.1.3稳压电路：三端集成稳压器分为固定式和可调式两种。在此选用了 LM317可调式三端集成稳压器， 主要是考虑到要输出范围可变的输出电压，它主要是依靠外接电阻来调节输出电压的，为 保证输出电压的精度和稳定性，要选择高精度的电阻，同时，电阻要紧靠稳压器，防止输 出电流在连线电阻上产生误差。集成稳压器的稳定性高和内部电路具有完善的保护措施， 又使用方便、可靠、价格低的优点，使得它得以广泛被应用。3.3.2电源变压器|整流电路|滤波电路|稳压电路其原理和上面一样，所不同的就是这里采用的是固定式的三段集成稳压器CW7812,其 输出电压的可调性是由稳压管和电压跟随器A来实现的，电压跟随器的输入电压也就是电 阻R1与Rp上部分的电压之和，当调节Rp的动端位置时，输出电压随之变化，实现实验 设计要求，可根据输出电压的调节范围和输出电流的大小来选择三段集成稳压器、运放和 取样电阻。3.4、元件参数的选择3.4.1选可调式三端稳压器LM317,其特性参数V0=+1.2V+37V,I0max=1.5A,最小输入输 出压降(Vi-V0) min=3V,最大输入输出压降(Vi-V0) max=40V。由式子 Vo=1.25(1+RP1/R1)， 可取R1=240。，那么Rp1最小为336。，其最大值为1.49k。，故取Rp1为4.7k。的精密 绕线可调电位器。3.4.2电源变压器的选择先求输入电压Vi的范围：根据 V0max+(Vi-VO)minViVOmin+(Vi-V0)max 9V+3VVi3V+40V 12VVi43Vo 副边电压 V2NV1/1.1 取 V2N12/1.1=11V。副边电流I2NI0max=0.8A，取I2=1A，变压器副边输出功率P2NI2U2=11W。变压器的效率n =0.7,则原边输入功率P1NP2/n =15.7W。由上分析，副边输出电压为12V，输出电流为1A，为留有余地，一般选择功率为20W的 变压器。3.4.3整流二极管及滤波电容的选择：整流二极管D选1N4001,其极限参数为URMN50V, 而2U2=15.4V,则URM满足要求。IF=1A，而I0max=0.8A，则IF亦满足要求；滤波电容 C可由纹波电压 V0p-p和稳压系数Sv来确定。已知V0=9V，Vi=12V,AVOp-p=5mA,Sv=0.003, 则Vi=AVOp-p* Vi/( V0* Sv)=2.2V,则 C=Ict/Vi=3636p F。电容 C 的耐压应大于 2U2=15.4V。故取两只2200 F/25V的电容相并联。如图6中C1、C2所示。3.4.44Ci用来实现频率补偿，可选用0.1uF的电容，防止稳压器产生高频自激高频震荡 和抑制电路引入的高频干扰，输出电容Co是大小为10uF的电解电容，以减少稳压电源输 入端由输入电源引入的低频干扰，D用于保护LM317，其型号是IN4148。4 .安装调试中出现的问题及解决4.1在第一次调试时，不能输出结果，因为在动手焊接之前做过认真的思考，所以首先想 到的是，会不会是线路焊接有问题，在哪个地方没焊接好，当用万用表检测完之后，并没 有这类问题，另一个同学也出现了同样的情况，接着便考虑到是不是某个元件接错了位置， 以致电路无法正常运行，最后发现是在把LM317连入电路时发生了错误，一脚应该是对地 端，二脚为接输出端，三脚接输入端，而我都弄错啦，经改正之后，通过调节滑动变阻器， 可以是输出电压可变。由于调试时试验条件有限，经变压之后得到的电压并不是11V，为 5V左右，输出电压在1.53.2之间。42用示波器观察波形时，没看到有波形输出，但输出端确实有电压，或许是示波器没正 常工作，由于实验仪器有限，没能用其他的示波器来实现波形的输出。5 .性能测试数据稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许输入电压、输出电压、输 出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度， 包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、纹波电压（纹波系数）及温 度系数。5.1输出电压U0和最大输出电流Iomix的测量稳压电源正常工作时能输出的最大工作电流，用lomax表示，一般情况下的工作电流 IoIomax时损坏稳压器。实际测得最大输出电流Iomax= 823mA，符合设计要求。5.2输出电压同时测量Vo与Iomax.测试过程是：输出端接负载RL,输入端接220V的交流电压 数字 电压表的测量值为Vo; 使 RL逐渐减小，直到Vo的值下降5%，此时流经负载RL的电流即为 Iomax.5.3纹波电压叠加在输出电压上的交流电压分量。用示波器观测其峰峰值一般为毫伏量级。也可用 交流毫伏表测量其有效值，但因纹波不是正弦波，所以有一定的误差。5.4稳压系数S的测量稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电 压的相对变化，即：Sv=（V-Vo）/（Vi/VI） 3）电压调整率：输入电压相对变化为10%时 的输出电压相对变化量，稳压系数和电压调整率均说明输入电压变化对输出电压的影响， 因此只需测试其中之一即可。5.5输出电阻及电流调整率输出电阻与放大器的输出电阻相同，其值为当输入电压不变时，输出电压变化量与输 出电流变化量之比的绝对值.电流调整率：输出电流从0变到最大值时所产生的输出电压相 对变化值。输出电阻和电流调整率均说明负载电流变化对输出电压的影响，因此也只需测 试其中之一即可6.U攵获、体会及建议6-1通过一周多的忙碌，课程设计终于到了尾声，让我感触最深的就是，理论和实践确实 相差很多，我们可以在理论上呱呱奇谈，说得如何如何完美，把原理搞得很清楚，但当自 己把元件拿到手，开始做实物时，又是另一回事儿，因为在做的过程中，我们会发现许多 新的问题，是在理论学习中所没有考虑过的、没想过的，正如那句老话：“实践出真知”， 在实践操作中发现问题、寻找问题，把自己闷在课本里是不会有质的飞跃的。当在实践中 碰上问题时，就要想方设法去弄明白，因为这样最终才能得到自己想要的结果，所以就会 利用身边可利用的资源去查阅资料，把问题解决掉，在这个过程中，会学到很多东西，掌 握很多东西，受益匪浅。62焊接时要对各个功能模块电路进行单个测试，需要时可设计一些临时电路用于 6.3测试电路时，必须要保证焊接正确，才能打开电源，以防元器件烧坏。6-4注意LM317芯片的输入输出管脚和桥式整流电路中二极管的极性，不应反接。6-5按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。7 元器件清单序号名称型号规格数量1电阻器10Q2支2电阻器240 Q1支3滑动变阻器100Q1支4滑动变阻器5k。1支5二极管IN40014支6二极管IN41481支7电解电容50v/1uF1支8电解电容50v/10uF1支9电解电容50v/2200uF2支10电容0.1uF1支11电容0.33uF1支12CW78121支13LM3171支14电压跟随器1份8.注意事项81焊接时要对各个功能模块电路进行单个测试，需要时可设计一些临时电路用于调试。8-2测试电路时，必须要保证焊接正确，才能打开电源，以防元器件烧坏。8-4注意LM317芯片的输入输出管脚和桥式整流电路中二极管的极性，不应反接。8-3按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。9 .主要参考文献电子线路设计实验测试第三版，谢自美主编，华中科技大学出版社新型集成电路的应用一一电子技术基础课程设计，梁宗善主编，华中科技大学出版社电子技术基础课程设计，孙梅生等编著，高等教育出版社电子技术基础课程设计，康华光主编，高等教育出版社