1、直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)摘要: 如今電子及其電氣自動化等高新技術(shù)在日益的發(fā)展，其中直流穩(wěn)壓電源起著十分重要的作用。本設(shè)計(jì)簡單的介紹了直流穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)以及利用LM317三端可調(diào)穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)了一個簡單的可調(diào)穩(wěn)壓電路，它包括了變壓器、濾波電路、整流電路、穩(wěn)壓電路，并且簡單介紹了LM317三端可調(diào)穩(wěn)壓器在LED顯示電路中能替代限流電阻，這樣的接法在驅(qū)動數(shù)目合適的LED上顯示時，還是具有一定的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵字：直流穩(wěn)壓電源電路； 穩(wěn)壓器； 可調(diào)穩(wěn)壓電源目 錄引言11.變壓器11.1變壓器的定義11.2變壓器的分類22.整流電路23.濾波電路44.穩(wěn)壓電路44.1穩(wěn)壓器LM31754.1.1芯片的介紹54.1.

2、2工作的原理54.1.3 LM317的參數(shù)及其性能指標(biāo)54.2利用LM317穩(wěn)壓芯片制作可調(diào)穩(wěn)壓電路54.2.1MULTISIM的仿真64.2.2集成穩(wěn)壓器的自我保護(hù)原理84.2.3過流保護(hù)的原理85.穩(wěn)壓電路在LED顯示器中的應(yīng)用95.1LED的簡介95.2 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)在LED上的應(yīng)用9結(jié)束語10參考文獻(xiàn)10致謝1112引言 二十一世紀(jì)是一個電子科技時代，而電子的設(shè)備離不開電路，例如手機(jī)、電腦等電子產(chǎn)品必須在通電的情況下才能正常的工作。要使電子產(chǎn)品通電，它們內(nèi)部必須有導(dǎo)通的電路，這些電子電路幾乎都是直流穩(wěn)壓電路，由此可見直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)在我們的生活中占有相當(dāng)高的地位。并且這些電源電路

3、的設(shè)計(jì)也各不相同，大到超級計(jì)算機(jī)的電源電路，它有自己復(fù)雜的電源電路系統(tǒng)，通過這套電源電路系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)的各部分才能夠得到符合各種要求并且具有持續(xù)、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)的電源供應(yīng)。小到袖珍計(jì)算器，此類計(jì)算器也有許多自己簡單的電池電源電路，這些電池電源的供電電路，比較新型的電路完全具備了電池能量提醒以及掉電保護(hù)等高級功能。所以說我們進(jìn)行電源電路的設(shè)計(jì)是為創(chuàng)造出其他一切電子設(shè)備而做的基礎(chǔ)工作，也就是說電源電路的設(shè)計(jì)孕育了現(xiàn)在種類繁多的電子設(shè)備。試想，若是不存在這些設(shè)計(jì)，我們的生活會像今天這樣多姿多彩嗎？正因?yàn)槭请娮蛹夹g(shù)的這種特性，電子設(shè)備對電源電路的設(shè)計(jì)才要必須保證能夠提供持續(xù)的、穩(wěn)定的而且能夠滿足負(fù)載要求的電

4、能，另外，通常情況下都是要求能夠提供穩(wěn)定的直流電能。而直流穩(wěn)壓電源滿足這些性能，因而對它的討論時順應(yīng)時代發(fā)展和人民需求的必然舉措。所以電源電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于對可調(diào)節(jié)的直流穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)，因?yàn)樗獫M足在正常的工作情況下調(diào)節(jié)出不同的電壓來滿足大家需求。直流穩(wěn)壓電源有四類：電源變壓器，整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路。如圖1：圖1直流穩(wěn)壓電源1.變壓器1.1變壓器的定義 假如在同一骨架或鐵芯上繞兩個線圈就構(gòu)成了一個變壓器。在電子電路中，變壓器是利用互耦線圈的原理來實(shí)現(xiàn)升壓或降壓功能，如果對于變壓器一側(cè)的線圈（初級線圈）施加一個變化的電壓，在互感原理的作用下在線圈的另一側(cè)（次級線圈）就會得到一個相應(yīng)電壓。

5、1.2變壓器的分類 變壓器的種類有很多，根據(jù)線圈之間使用的耦合材料的不同，我們可將變壓器分為空芯變壓器、磁芯變壓器和鐵芯變壓器三種類型；按照工作頻率的不同又可將變壓器分為高頻變壓器、中頻變壓器、低頻變壓器和脈沖變壓器四種類型。2.整流電路單相半波整流電路被稱為最簡單的整流電路，是由于其電路設(shè)計(jì)簡單，含有比較少的二極管。因?yàn)樗昧私涣麟妷旱陌雮€周期，即削掉半個周期，保留半個周期，才造就了這種輸出電壓低、效率低、交流分流大的電路。如圖2：圖2 單相半波整流 相對于電路簡單，二極管數(shù)目少的單相半波整流電路而言，單相全波整流電路的電路就稍顯復(fù)雜，二極管數(shù)目也增多。它的交流分量較小（即整流脈動較小）。

6、輸出電壓與濾波電路輸出電壓不同，與半波整流電路相比較，這種變壓器的濾波利用率更高一些。單相橋式整流電路：單純的單相半波整流電路有效率太低的特性，而這一特性致使它會在電路的應(yīng)用中被淘汰。所以為了避免單相半波整流電路的缺點(diǎn)，再利用二極管單向?qū)ǖ脑恚盟膫€二極管組成了像立交橋似得電路，這就是單相橋式整流電路。如圖3，假設(shè)經(jīng)過變壓器變壓作用后上端為正極，下端為負(fù)極，電流就會經(jīng)由a點(diǎn)流向二極管V1，假定電流為在流過負(fù)載電阻，最后經(jīng)過d點(diǎn)流入二極管V3，電流變?yōu)闉椤．?dāng)交流電在周期內(nèi)變換方向時，線圈變壓器也就會改變電流的方向，此時就和上述的相反。上端為負(fù)極，下端為正極，電流會從正極流過兩個二極管和負(fù)載

7、電阻最后到達(dá)負(fù)極。因?yàn)槎O管是單向?qū)ǎ詰?yīng)該將兩個二極管的陰陽兩極分別連接a點(diǎn)，b點(diǎn)也是如此，如圖3，這樣就充分利用了交流電改變方向也不會導(dǎo)致電路的效率降低。這就是單相橋式整流電路。圖3 單橋整流電路電路的工作原理：如果設(shè)變壓器副邊電壓的有效值為,那么它的瞬時值為。假設(shè)的上半端為正極，電流從a點(diǎn)流出，經(jīng)過二極管和負(fù)載電阻，由于二極管的壓降作用非常的低，所以，電流最后再經(jīng)過第二個二極管流入b點(diǎn)，這就是半個周期的輸出電壓。當(dāng)交流電變換方向時，電流會流向與，相反的二極管，由于方向不同，所以有不同的負(fù)載電壓，。得到如下波形如圖4：圖4 單橋整流波形圖綜上，由于，和，在電流方向改變時依然能夠?qū)ǎ?/p>

8、就是說電阻RL在整個周期內(nèi)都有方向不變的電流流過，所以輸出電壓。 3.濾波電路 交流電通過整流電路整流后仍然不能用，整流電路只是將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，且該直流電的大小等于，所點(diǎn)不能直接用來給電子設(shè)備供電。所以說濾波就是把這種直流電轉(zhuǎn)化成可以給電子設(shè)備供電的電源。也就是說濾波就是把整流電路輸出電壓中波動的部分改造成了接近于穩(wěn)恒平滑的直流電。針對這個問題我們設(shè)計(jì)了濾波電路。我們初步把濾波電路分為兩類：電容濾波和電感濾波。電容濾波是利用電容兩端的電壓不能突變的特性，而電感濾波則是由于交流電感的電流不可以突變的特性。利用濾波電路會盡可能的變?yōu)殡娫措娏鳌D5為電容濾波電路，將濾波電容與負(fù)載電阻RL并聯(lián)后

9、，就可以起到濾波的效果。這樣輸出電壓就變得平滑，達(dá)到了直流電源用電的要求，而且輸出的電壓平均值也會隨之增大。的大小與濾波器件電容C及負(fù)載電阻的R大小有關(guān)，C的容量一定時，RL越大，C由于放電常數(shù)大，放電就很慢。放電越慢，就會越大。當(dāng) RL開路時，。為了使濾波效果理想化，一般取，其中，T為輸入交流電壓的周期。這時候輸出電壓的平均值可以近似為 。圖5 單相濾波電路4.穩(wěn)壓電路 最簡單的穩(wěn)壓電路是由穩(wěn)壓二極管和限流電阻R構(gòu)成的。其工作原理是隨著電網(wǎng)的電壓的升高，穩(wěn)壓電路的輸入電壓也會隨之而增大；因?yàn)椋鶕?jù)穩(wěn)壓管伏安特性，的增大將會使的急劇增大，由于，一定會隨著急劇增大，會同時隨著而急劇增大，由于，的

10、增大會使輸出電壓減小。所以需要穩(wěn)壓電路通過限流電阻R上的電壓的變化來抵消的變化，即，這樣就能使保持基本不變。4.1穩(wěn)壓器LM3174.1.1芯片的介紹 LM317作為一種串聯(lián)型集成穩(wěn)壓器它的使用非常的廣泛，經(jīng)過簡單的電路設(shè)計(jì)就可以作為直流穩(wěn)壓電源。之所以能夠得到廣泛的實(shí)際應(yīng)用，是因?yàn)檫@種可調(diào)穩(wěn)壓器在穩(wěn)壓精度、過流電路保護(hù)等方面能夠達(dá)到需求者的理想要求。4.1.2工作的原理穩(wěn)壓器的輸出電壓公式為。僅僅從公式來看，電阻R1、R2可為任何值，但是隨意設(shè)值卻是不對的。首先穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是，所以R2/R1的比值范圍只能是。其次是LM317穩(wěn)壓器調(diào)整端有最小穩(wěn)定工作電流為的電流值，由于型號不同其

11、值也就會不同，但是最大不超過。電流小于1.5時，電路不能正常工作，超過5時，器件就會損壞。4.1.3 LM317的參數(shù)及其性能指標(biāo) 此芯片是集成穩(wěn)壓芯片，它的作用是正電壓調(diào)壓器，它的額定電壓選擇僅僅需要一個電阻性的分壓器，十分簡單。它的特性： (1) 輸出電壓范圍:到 (2) 輸出電流可超過 (3) 的輸入和負(fù)載調(diào)節(jié)率 4.2利用LM317穩(wěn)壓芯片制作可調(diào)穩(wěn)壓電路改變和的比值可使輸出電壓在之間連續(xù)可變。普通用電為220V的交流電壓經(jīng)過變壓器降壓，再經(jīng)過整流電路后得到了直流電壓，直流電壓最后通過濾波電路輸入到集成穩(wěn)壓器的輸入端這樣就可以使集成穩(wěn)壓器的輸出端得1.2V-37V的電壓。如圖6：圖6

12、可調(diào)穩(wěn)壓電路圖4.2.1MULTISIM的仿真圖7 電路仿真連接圖圖8 輸出電壓示波器仿真圖圖9 輸入電壓示波器仿真圖4.2.2集成穩(wěn)壓器的自我保護(hù)原理 本電路中為了得到比較高精度的電壓值，可在調(diào)節(jié)端R5電阻兩端并聯(lián)一個的電容，這樣就能夠減少輸出端的紋波，同時提高電壓值的精度。若把輸出電壓調(diào)節(jié)為1.25V，且負(fù)載的電壓滯后，LM317穩(wěn)壓器可能出現(xiàn)自激振蕩，所以可在穩(wěn)壓器的輸入端接入的電容，輸出端接入的電解電容，這樣可以防止自激振蕩的發(fā)生并且可以減小高頻噪聲和改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。當(dāng)輸入端短路時，可在穩(wěn)壓器輸入端和輸出端并聯(lián)一個續(xù)流二極管為，通過放電，保護(hù)了穩(wěn)壓器。4.2.3過流保護(hù)原理圖6為分

13、流式過流保護(hù)，電阻為采樣電阻。當(dāng)負(fù)載上的電流小于或者等于額定輸出電流時，在上產(chǎn)生的壓降就會較小，三極管的集電極沒有電流流入，始終處于截止?fàn)顟B(tài)，電源能夠正常的工作，穩(wěn)壓器的輸出端輸出正向直流電壓。當(dāng)輸出電流超過額定電流時，上的壓降就會隨著輸出電流的增加而增加，三極管就會處于導(dǎo)通狀態(tài)，那么和三極管形成的分流電路就為負(fù)載分流，使負(fù)載電流降低，達(dá)到了過流保護(hù)的目的。5.穩(wěn)壓電路在顯示器中的應(yīng)用5.1 LED的簡介 發(fā)光二極管，英文簡寫為，在低電流工作的情況下具有損耗功率小，光輸出反應(yīng)快的特點(diǎn)，并且具有體積小，抗沖擊和抗震性能好以及可靠性高和壽命長等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以在數(shù)字儀表、數(shù)控裝置、計(jì)算機(jī)中有廣泛的用

14、途.由一個結(jié)組成，具有單向?qū)щ娦缘奶攸c(diǎn)，電流就越大，發(fā)光的亮度就會越強(qiáng)。的發(fā)光顏色與它的材料有關(guān)。型號不同，它的額定電壓和工作電流也會不同。顯示器分為數(shù)碼管和符號管,共陰極和共陽極就是數(shù)碼管的兩種最常用的種類。5.2 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)在上的應(yīng)用 不管顯示電路是什么組合結(jié)構(gòu)，要達(dá)到既能顯示亮度適中，又能夠做到不損壞原器件，就需要在驅(qū)動電路和每個之間加上限流電阻。電阻的阻值是電路中各個器件的值共同決定，例如二極管的管壓等。但是這樣做的缺點(diǎn)就是當(dāng)二極管比較多的情況下會使電路變得更加復(fù)雜，生產(chǎn)商制作起來也會麻煩，同時增加功耗。還可以根據(jù)顯示管的動態(tài)顯示還是靜態(tài)顯示接不同的電阻，如果利用這種接法達(dá)到了減少了

15、限流電阻數(shù)目,但同時會造成數(shù)碼管亮度不穩(wěn)的現(xiàn)象,甚至不夠亮的現(xiàn)象。實(shí)際應(yīng)用中如果要達(dá)到LED全亮或者部分亮的效果是，這種接法就不行了。這種接法會出現(xiàn)顯示管的亮度不均勻的現(xiàn)象，因?yàn)橛捎陔娮璧慕臃〞r二極管中的電流不穩(wěn)定或者過大，最嚴(yán)重時可能燒壞原器件，發(fā)生火災(zāi)。然而，可調(diào)直流穩(wěn)壓電路就可以代替多個限流電阻，這樣不僅電路簡單，還能夠能解決數(shù)碼管亮度不穩(wěn)定的問題。例如用穩(wěn)壓器作為限流電阻驅(qū)動數(shù)碼管，為了使數(shù)碼管能夠長期工作，可以在穩(wěn)壓器上裝一塊散熱片，能夠起到散熱的作用。 并不是在任何情況下都可以用直流穩(wěn)壓器代替限流電阻的，實(shí)際應(yīng)用時還要考慮與顯示器的匹配問題。如果數(shù)目太少，用這種方法就可能造成電流過

16、大燒壞顯示器。但是發(fā)光二極管的數(shù)目過多的話，流過它的電流也就會降低，就會出現(xiàn)亮度太暗，甚至不顯示的現(xiàn)象。實(shí)際應(yīng)用時，直流穩(wěn)壓器能驅(qū)動多少二極管，應(yīng)該根據(jù)可調(diào)直流穩(wěn)壓器的輸出電流的范圍和二極管的工作電流范圍計(jì)算得出最后的選擇，就是說所選取的二極管工作電流之和應(yīng)小于的輸出電流范圍之內(nèi)，如果電流過大還要更換驅(qū)動能力大的驅(qū)動電路。把二極管組裝有規(guī)律的燈光矩陣，再經(jīng)過單片機(jī)編程，可以顯示各種燈光圖案。如果用可調(diào)直流穩(wěn)壓器代替多個燈段的限流電阻，例如穩(wěn)壓器，顯示效果十分理想，但是利用穩(wěn)壓器替代二極管中的限流電阻只適合共陽極接法。圖10 LM317穩(wěn)壓器代替限流電阻結(jié)束語 直流穩(wěn)壓電源在很多方面都有著重要作

17、用，經(jīng)過自己的努力利用三端可調(diào)穩(wěn)壓芯片設(shè)計(jì)的小型可調(diào)穩(wěn)壓電路，在此期間，我感謝我的論文導(dǎo)師馬孟森老師給予我的幫助，幫我分析解決問題，使我進(jìn)步。每一步前進(jìn)都能讓我學(xué)到更多的知識，學(xué)會了自己獨(dú)立研究，我很高興，雖然不是完美的，但我內(nèi)心很是欣慰。參考文獻(xiàn)：1陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)M.北京：高等教育出版社，2000.98，87.2童詩白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2006.3秦曾煌.電工學(xué)M. 北京: 高等教育出版社, 1999.4穆蘭.單片微型計(jì)算機(jī)及接口技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.5王增福，魏永明.新編線性直流穩(wěn)壓電源M.北京：電子工業(yè)出版社，2005.6余道

18、衡，徐承和.電子電路手冊M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1996.7王嵐.機(jī)電接口技術(shù)M.北京:中央廣播電視大學(xué)出版社,2003.8"LM317 3-Terminal Positive Adjustable Regulator. "Fairchild Semiconductor Crop.June 2005.9Rentyuk .Vladimir . "The simple Temperature-Stabilized Constant-Current Source , "Electronics Wold .November.2006.10"LM350

19、 3-Terminal 3A Positive Adjustable Voltage Regulator ."Fairchild Semiconductor Crop.2001.11 Adel SSedra and KennethSmithMicroelectronic CircuitsMOxford university press, 199812 Tiina Havana.2003 April.Communication in the Software Vulnerability Reporting Process.M.A.thesis.University of Jyvaskyla,J2002,3(7):33-37.致謝 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠完成，我首先要感謝馬老師，在本設(shè)計(jì)進(jìn)行的自始至終，都得到了老師的耐心細(xì)致的指導(dǎo)，在馬老師的辛勤指導(dǎo)下，使我糾正了在設(shè)計(jì)和制作中出現(xiàn)的一些問題，并且精益求精趨于完美。其次我還要由衷的感謝我的父母對我的支持，他們用自己的方式給了我莫大的鼓勵，父母用無言的愛教會了我人生的真諦。最后我還要感謝我的舍友們，他們不僅在畢業(yè)設(shè)計(jì)