【正文】 又稱為輸出電流范圍，在這一電流范圍內(nèi)，直流穩(wěn)壓電源應(yīng)能保證符合指標規(guī)范所給出的指標。 質(zhì)量指標 （ 1）電壓調(diào)整率 電壓調(diào)整率是表征直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓性能的優(yōu)劣的重要指標，又稱為穩(wěn)壓系數(shù)或穩(wěn)定系數(shù)，它表征當輸入電壓 Vi 變化時直流穩(wěn)壓電源輸出電壓 V0穩(wěn)定的程度，通常以單位輸出電壓下的輸入和輸出電壓的相對變化的百分比表示。 （ 2）電流調(diào)整率 電流調(diào)整率是反映直流穩(wěn)壓電源負載能力的一項主要自指標，又稱為電流穩(wěn)定系數(shù)。它表征當輸入 電壓不變時，直流穩(wěn)壓電源對由于負載電流 (輸出電流 )變化而引起的輸出電壓的波動的抑制能力，在規(guī)定的負載電流變化的條件下，通常以單位輸出電壓下的輸出電壓變化值的百分比來表示直流穩(wěn)壓電源的電流調(diào)整率。 （ 3）紋波抑制比 紋波抑制比反映了直流穩(wěn)壓電源對輸入端引入的市電電壓的抑制能力，當直流穩(wěn)壓源輸入和輸出條件保持不變時，紋波抑制比常以輸入紋波電壓峰一峰值與輸出紋波電壓峰一峰值之比表示，一般用分貝數(shù)表示，但是有時也可以用百分數(shù)表示，或直接用兩者的比值表示。 （ 4）溫度穩(wěn)定性 湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 集成直流穩(wěn)壓電源的溫度穩(wěn)定性是以在所規(guī)定的 直流穩(wěn)壓電源工作溫度 Ti 最大變化范圍內(nèi) ( min maxiT T T?? )直流穩(wěn)壓電源輸出電壓的相對變化的百分比值。 極限指標 （ 1）最大輸入電壓 最大輸入電壓是保證直流穩(wěn)壓電源安全工作的最大輸入電壓。 （ 2）最大輸出電流 最大輸出電流是保證穩(wěn)壓電源安全工作所允許的最大輸出電流 湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 第 3 章 設(shè)計步驟 設(shè)計思想 （ 1）電網(wǎng)供電電壓交流 220V(有效值 )頻率為 50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲 得所需要交流電壓。 （ 2）降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。 （ 3）脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。 （ 4）濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負載 RL。 電路設(shè)計 直流穩(wěn)壓電源的基本組成 本設(shè)計中所用到的直流穩(wěn)壓電源是將頻率為 50Hz、有效值為 220V 的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定、輸出電流為幾十安以下的直流電源，其基本組成如圖 所示： 圖 直流穩(wěn)壓電源的方框圖 直流穩(wěn)壓電源的輸入為 220V 的電網(wǎng)電壓，一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需要通過電源變壓器降壓后，再對交流電壓進行處理。變壓器副邊電壓有效值決定于后面電路的需要。 變壓器副邊電壓通過整流電路從交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，即正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動電壓，半波整流電路和全波整流電路的輸出波形如圖所示?？梢钥闯?，他們均含有較大的交流分量，會影響負載電路的正常工作。 為了減小電壓的脈動， 需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。理想情況下，T 整 流 濾 波 穩(wěn) 壓 負 載 湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 應(yīng)將交流分量全部濾掉，使濾波電路的輸出電壓僅為直流電壓。然而，由于濾波電路為無源電路，所以接入負載后勢必影響其濾波效果。對于穩(wěn)定性要求不高的電子電路，整流、濾波后的直流電壓可以作為供電電源。 交流電壓通過整流、濾波后雖然變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓，但是當電網(wǎng)電壓波動或者負載變化時，其平均值也將隨之變化。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動和負載電阻變化的影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性。 電源變壓器 電源變壓器 的作用是將電網(wǎng) 220V 的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓 Ui 。 實 際 上 ， 理 想 變 壓 器 滿 足 1 2 1 2 2 1/ / / 1 /I I U U N N n? ? ?， 因 此 有1 2 1 1 2 2P P U I U I? ? ?。 變壓器副邊與原邊的功率比為 21/PP?? ，式中 ? 是變壓器的效率。根據(jù)輸出電壓的范圍，可以令變壓器副邊電壓為 22V，即變壓系數(shù)為 。 整流電路 為了克服單相半波整流電路的特點，在使用電路中多采用單相全波整流電路，最常用的是單相橋式整流電路。 單相橋式整流電路如圖 所示： 圖 2u 正半周時， a 點點位高于 b 點點位，二極管 1D 、 3D 承受正向電壓而導通， 2D 、 4D 承受反向電壓而截至。此時電流的路徑為 13La D R D b? ? ? ?； 2u 為負半周時， b 點電位高于 a 點電位，二極管 2D 、 4D 承受正向電壓而導通， 1D 、 3D 承受反向電壓而截至。此時電流的路徑為： 24Lb D R D a? ? ? ?。 湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 單相橋式整流電壓的平均值為： 0 2 2122 s i n ( ) 2 0 . 9 0 . 9 1 5 . 5 1 3 . 9 5U d U U V????? ? ? ? ? ? () 流過負載電阻 LR 的電流平均值為： 0 20 LLU UI RR?? () 流經(jīng)每個二極管的電流平均值為負載電流的一半，即： 201 52DLUII R?? () 每個二極管在截至時承受的最高反向電 壓為 2u 的最大值，即： 222 2 15 .5 21 .9R M MU U U V? ? ? ? ? () 濾波電路 電容濾波電路是最常見的也是最簡單的濾波電路，在整流電路的輸出端并聯(lián)一個電容即構(gòu)成電容濾波電路，電容濾波電路及波形圖如圖 所示： 圖 湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 假設(shè)電路接通時恰恰在 2u 由負到正過零的時刻，這時二極管 D 開始導通，電源 2u在向負載 LR 供電的同時又對電容 C 充電。如果忽略二極管正向壓降，電容電壓 cu 緊隨輸入電壓 2u 按正弦規(guī)律上升至 2u 的最大值。然后 2u 繼續(xù)按正弦規(guī)律下降，且 2 cuu? ，使二極管 D 截至，而電容 C 則對負載電阻 LR 按指數(shù)規(guī)律放電。 cu 將至 2u 大于 cu 時，二極管又導通，電容 C 再次充電……。這樣循環(huán)下去， 2u 周期性變化，電容 C 周而復始地進行充電和放電，使輸出電壓脈動減小，如圖 所示。電容 C 放電的快慢取決于時間常數(shù)（ LRC?? ）的大小，時間常數(shù)越大，電容 C 放電越慢，輸出電壓 0u 就越平坦，平均值也越高。 電容濾波電路的輸出特性曲線如圖 所示。從圖中可見，電容濾波電路的輸出電壓在負載變化時波動較大，說明它的帶負載能力較差，只適用于負載較輕且變化不大的場合。 圖 一般常用如下經(jīng)驗公式估算電容濾波時的輸出電壓平均值： 半波： 02UU? 湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 全波： ? 為了獲得較平滑的輸出電壓，一般要求 1(10 ~ 15)LR wc?,即： ( 3 ~ 5 ) ( 0 .0 3 ~ 0 .0 5 )2LLTR C R C? ? ? ? ? () 式中 T 為交流電壓的周期。濾波電容 C 一般選擇體積小，容量大的電解電容器。應(yīng)注意，普通電解電容器有正、負極性，使用時正極必須接高電位端，如果接反會造成電解電容器的損壞。 加入濾波電容以后，二極管導通時間縮短，且在短時間內(nèi)承受較大的沖擊電流（ 0cii? ），為了保證二極管的安全，選管時應(yīng)放寬裕量。 穩(wěn)壓電路 雖然整流濾波電路能將正弦交流電壓變換為較為平滑的直流電壓，但是，一方面，由于輸出電壓平均值取決于變壓器副邊電壓有效值，所以當電網(wǎng)電壓波動時，輸出電壓平均值將隨之產(chǎn)生相應(yīng)的波動；另一方面，由于整流濾波電路內(nèi)阻的存在，當負載變化時，內(nèi)阻上的電壓將產(chǎn)生相反的變化，于是輸出電壓平均值也將隨之產(chǎn)生相反的變化。因此，整流濾波電路輸出電壓會隨著電網(wǎng)電壓的波動而波動，隨著負載電阻的變化而變化。為了獲得穩(wěn)定性好的 直流電壓，必須采取穩(wěn)壓措施。 集成穩(wěn)壓器與簡單穩(wěn)壓電路相比其電路結(jié)構(gòu)簡單，它可以通過外接元件使輸出電壓得到很寬的調(diào)節(jié)范圍。并且內(nèi)部有過熱保護、過流保護等保護電路，可以很安全的保護電路的正常工作， 本設(shè)計是采用 LM317 和 LM337 芯片來實現(xiàn)的。 LM317 是可調(diào)節(jié)三端正電壓穩(wěn)壓器，在輸出電壓范圍 伏到 37 伏時能夠提供超過 安的電流，此穩(wěn)壓器非常易于使用。 LM317 作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓快，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。 317 系列穩(wěn)壓塊的型號很多：例如LM317HVH、 W317L 等。電子 愛好者經(jīng)常用 317 穩(wěn)壓塊制作輸出電壓可變的穩(wěn)壓電源。 穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計算， 0 (1 2 / 1)V R R?? 。僅僅從公式本身看， RR2 的電阻值可以隨意設(shè)定。然而作為穩(wěn)壓電源的輸出電壓計算公式， R1 和 R2 的阻值是不能隨意設(shè)定的。 首先 317 穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是 0 37V V V??（高輸出電壓的 317 穩(wěn)壓塊如 LM317HVA、 LM317HVK 等，其輸出電壓變化范圍是 0 45V V V??），所以 R2/R1的比值范圍只能是 0 ? 。其次是 317 穩(wěn)壓塊都有一個最小穩(wěn)定工作電流，有的資料稱為最小輸出電流，也有的資料稱為最小泄放電流。最小穩(wěn)定工作電流的值一般為 。由于 317 穩(wěn)壓塊的生產(chǎn)廠家不同、型號不同，其最小穩(wěn)定工作電流也不相同，湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 但一般不大于 5mA 。當 317 穩(wěn)壓塊的輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流時， 317 穩(wěn)壓塊就不能正常工作。 317 穩(wěn)壓塊的輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流 時， 317 穩(wěn)壓塊就可以輸出穩(wěn)定的直流電壓 。如果用 317 穩(wěn)壓塊制作穩(wěn)壓電源時（如圖 所示），沒有注意 317 穩(wěn)壓塊的最小穩(wěn)定工作電流，穩(wěn)壓電源可能會出現(xiàn)穩(wěn)壓電源輸出的有載電壓和空載電壓差別較大的問題。 在應(yīng)用中，為了電路的穩(wěn)定工作，在一般情況下，還需要接二極管作為保護電路，防止電路中的電容放電時的高壓把 317 燒壞。 圖 LM317 構(gòu)成的穩(wěn)壓電源 圖 LM317 圖 所示是 LM317 元件圖。 LM317 系列是應(yīng)用非常廣泛的三端可調(diào)穩(wěn)壓集成電路。 LM317 系列是正穩(wěn)壓集成電路， LM337 系列是負穩(wěn)壓集成電路，其特點是： （ 1）輸出電壓， LM317 為 ~37V ； LM337 為 ~ 37V??。 （ 2）只需兩只外接電阻以設(shè)定輸出和一只電容作頻率補償元件。 （ 3）線路電壓調(diào)整率和負載調(diào)整率都優(yōu)于標準固定穩(wěn)壓器。 （ 4）內(nèi)部保護措施完善。有內(nèi)部電流限制、熱關(guān)閉和輸出晶體管安全補償，即使湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 調(diào)節(jié)所有超載保護電路也可完全保留其功能，提供超載保護。 圖 時由 LM317 組成的基準電壓源電路，電容 Co用 于消除輸出電壓中的高頻噪音，可取小于 1uF 的電容。 輸入端和調(diào)整端之間的電壓時非常穩(wěn)定的電壓，其值為。輸出電流可達 。 圖 LM317組成的穩(wěn)壓電路 由于調(diào)整端的電流可忽略不計，輸出電壓為 02( 1 / ) 1 .2 5 1 1 1 .2 5 1 3 .7 5U R R V V? ? ? ? ? ? () 為了減少 R2上的紋波電壓，可在其上并聯(lián)一個 10uF 電容 C。但是，在輸出開路時，C 將向穩(wěn)壓 器調(diào)整管發(fā)射結(jié)反偏，為了保護穩(wěn)壓器，可加二極管 D2，提供一個放電回路， D1,D2 起保護作用。如圖 所示：