（1）設(shè)計(jì)集成直流穩(wěn)壓電源電路。

（2）輸出直流電壓±5V。

（3）畫出邏輯電路圖，對電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證，寫出總結(jié)

第十二周：復(fù)習(xí)電子電路的相關(guān)知識，了解直流穩(wěn)壓電源的組成和工作原理。

第十三周：查閱并收集與本課題有關(guān)的資料。

第十四周：設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源，滿足性能指標(biāo)要求。

第十五周：對設(shè)計(jì)電路進(jìn)行工作原理分析，元件參數(shù)計(jì)算及元件選擇。

第十六周：對所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真與調(diào)試。

第十七周：關(guān)于直流電源設(shè)計(jì)和仿真的總結(jié)。

第十八周：

三、正文：

1.整流電路的設(shè)計(jì)

方案一:采用半波整流電路

半波整流電路如圖2所示，半波整流電路只利用電源輸出電壓的正半周，電源的利用效率非常低，會帶來很大的資源浪費(fèi)，它僅在高電壓、小電流等少數(shù)情況下使用，--般半波整流電路電源電路中很少使用。

圖2 半波整流電路圖

方案二:采用全波整流電路

全波整流電路圖見如圖3所示，全波整流電路中的每個(gè)整流二極管上流過的電流只是負(fù)載電流的--半，比半波整流小--倍，它所使用的整流器件較半波整流時(shí)多一倍。全波整流電路的整流電壓脈動較小，變壓器的利用率比半波整流時(shí)高很多，整流器件所能承受的反向電壓較高。但是全波整流電路需要特制的變壓器才能正常工作，變壓器二次繞組需要-一個(gè)中心抽頭，制作起來會比較麻煩。

方案三:采用橋式整流電路

橋式整流電路如圖4所示，這種整流電路使用普通的變壓器，比一般的全波整流電路多用到了兩個(gè)整流二極管。因?yàn)檎�流二極管以四個(gè)連接成電橋形式，所以稱這種整流電路為橋式整流電路。橋式整流電路使用的整流器件較一般的全波整流電路多一倍，但是其每個(gè)器件所承受的反向電壓較小，在直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)當(dāng)中得到廣泛使用。

圖4 橋式整流電路圖

綜合考慮以上3種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，決定采用方案三:橋式整流電路。

2.濾波電路的設(shè)計(jì)

方案一:采用電感濾波電路

電感濾波電路如圖5所示，電感濾波電路是利用電感對脈動直流的反向電動勢來達(dá)到濾波的作用，電感量越大，其濾波效果越好。電感濾波電路帶負(fù)載能力比較好，多用于負(fù)載電流較大的場合。如果忽略電感線圈的直流電阻，負(fù)載上的直流電壓與不加濾波時(shí)負(fù)載上的直流電壓基本相同。電感濾波電路輸出電壓沒有電容濾波高。在電感濾波電路中，峰值電流很小，整流管的導(dǎo)電角較大，輸出特性比較平坦，但是由于鐵心的存在，笨重、體積大，容易引起電磁干擾，電感濾波電路用只用在低電壓、大電流場合。

圖5 電感濾波電路

方案二:采用RC濾波電路

RC濾波電路如圖6所示，它是由兩個(gè)電容和一個(gè)電阻組成，又稱π型RC濾波電路。這種濾波電路由于增加了一個(gè)電阻R1，使交流紋波都分擔(dān)在R1.上。R1和C2越大其濾波效果越好，但R1過大又會造成壓降過大，減小了輸出電壓。在RC濾波電路中，一般R1應(yīng)遠(yuǎn)小于R2。

圖6 RC濾波電路圖

方案三:采用LC濾波電路

LC濾波電路如圖7所示，LC濾波電路是-種與RC濾波電路相對的濾波電路，此濾波電路的優(yōu)點(diǎn)是綜合了電容濾波電路紋波小和電感濾波電路帶負(fù)載能力強(qiáng)的特性。

圖7 LC濾波電路圖

方案四:采用電容濾波電路

電容濾波電路如圖8所示，電容濾波電路是利用電容的充放電原理達(dá)到濾波的作用。電容濾波電路簡單，紋波較小，負(fù)載直流電壓比較高，它適用于負(fù)載電壓較高，負(fù)載變動不大的場合，使用電容濾波電路也減輕了電路設(shè)計(jì)工作。由于電感的體積和制作成本等原因，濾波電路多采用電容濾波。

圖8電容濾波電路

基于以上的電路對比分析，選用電容濾波電路。

3.穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)

穩(wěn)壓電路的作用是為電路提供更加穩(wěn)定的直流電。整流濾波電路的輸出電壓和理想直流電源還有一定的差距，主要因?yàn)閮煞矫娴脑��?第一，當(dāng)負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)，由于整流濾波電路存在內(nèi)阻，輸出的直流電壓將會隨之發(fā)生變化;第二，當(dāng)電網(wǎng)電壓有波動時(shí),整流電路的輸出電壓與變壓器副邊電壓有直接的關(guān)系，因此輸出直流電壓也會發(fā)生變化。

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，利用可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器LM317和LM337組裝的電路可對稱輸出士5v的直流電壓。進(jìn)一步改進(jìn)為組裝輸出連續(xù)可調(diào)的士1.2v-士7v。

4.可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器

可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器克服了固定三端穩(wěn)壓器輸出電壓不可調(diào)的缺點(diǎn),同時(shí)有繼承了三端固定式集成穩(wěn)壓器的一些優(yōu)點(diǎn)。可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器CW317 和CW337是一種懸浮式串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓器, 317系列集成穩(wěn)壓器能夠輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，337系列集成穩(wěn)壓器能夠輸出連可調(diào)的負(fù)電壓。它們的外形如圖9所示，內(nèi)部電路如圖10所示，典型應(yīng)用電路如圖11所示。

圖9 CW317和CW337外形圖

在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，為了使電路正常工作,一般317和337系列穩(wěn)壓器輸出電流不小于5mA。其輸入電壓范圍在2~40V之間,輸出電壓可在1.25V~37V之間調(diào)整,負(fù)載電流可達(dá)到1.5A,因?yàn)檎{(diào)整端的輸出電流非常小且恒定,可將其忽略不計(jì),這樣輸出電壓可用下式（1）表示:

（1）

在上式中，1.25V是集成穩(wěn)壓塊輸出端與調(diào)整端之間的固有參考電壓，此電壓加于給定電阻R1兩端，會產(chǎn)生一個(gè)恒定電流通過輸出電壓調(diào)節(jié)電位器Rp,通常電阻R1:取值為120Ω ~ 240Ω,根據(jù)LM317輸出電壓表達(dá)式，取: R1=2.2k, R2=2k。Rp一般使用精密電位器，與其并聯(lián)的電容器C可進(jìn)一步減小輸出電壓的紋波。

可調(diào)式穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流、過熱保護(hù)電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。其電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構(gòu)成的可調(diào)電壓穩(wěn)壓電源。LM317系列和1M337系列的引腳功能基本相同。

LM317的一-些特性參數(shù)如下:

(1)輸出電壓可調(diào)范圍: 1.2V~37V;

(2)輸出負(fù)載電流: 1.5A;

(3)輸入與輸出工作壓差U=Ui-U。: 3~40V。

在直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)當(dāng)中，集成穩(wěn)壓器的輸出電壓Uo應(yīng)與穩(wěn)壓電源要求的輸出電壓的大小及范圍相符。穩(wěn)壓器的最大允許電流I < Io max，穩(wěn)壓器的輸入電壓Ui以滿足下式（1）。

Uo max+ (Ui-Uo) min Ui Uo min+ (Ui-Uo) max (1)

在式(1)當(dāng)中，Uo max 為穩(wěn)壓電源的最大輸出電壓; Uo min 為穩(wěn)壓電源的最小輸出電壓; (Ui-Uo) min為穩(wěn)壓器的最小輸入輸出壓差; (Ui-Uo) max 為穩(wěn)壓器的最大輸入輸出壓差。

可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器輸出電壓Uo滿足下式（2）

Uo = 1.25 ( 1 + )（2）

采用Multisim仿真軟件對所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行電路仿真，仿真運(yùn)行結(jié)果如圖12:

士1.2v直流電壓輸出萬用表顯示如圖13所示，士1.2v直流電壓輸出示波器顯示如圖14所示，士7v直流電壓輸出萬用表顯示如圖15所示，士7v直流電壓輸出示波器顯示如圖16所示。

在電子技術(shù)快速發(fā)展的今天，幾乎所有的電子設(shè)備都離不開直流穩(wěn)壓電源，這也是本課題研究的現(xiàn)實(shí)意義。

在設(shè)計(jì)過程中，先根據(jù)直流穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)收集、選擇與直流穩(wěn)壓電路的相關(guān)資料，再整理收集到的資料，然后初步確定幾個(gè)電路設(shè)計(jì)方案，再通過幾次方案的可行性討論、修改，最后確定最終的設(shè)計(jì)方案。當(dāng)設(shè)計(jì)方案確定以后，進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，并在仿真軟件環(huán)境中畫出所需的電路原理。然后學(xué)習(xí)使用Multisim仿真軟件，最后使用Multisim對所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真并進(jìn)行調(diào)試。

設(shè)計(jì)過程中我也遇到了很多困難，在對電路進(jìn)行仿真運(yùn)行的過程中，有很多仿真環(huán)節(jié)都沒有成功，一方面是對仿真軟件的不夠熟悉，另一方面是因?yàn)樽约核�設(shè)計(jì)的電路本身存在錯(cuò)誤，但經(jīng)過對仿真軟件的進(jìn)一步學(xué)習(xí)，修改一些元器件的參數(shù)設(shè)置，我把這些這些問題都依次解決的，這一過程是需要很大的耐心的。

通過直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)使我電源原理和性能有了更為深刻的了解，對其結(jié)構(gòu)組成及參數(shù)計(jì)算更加熟悉了。比如整流電路部分的原理和電容濾波電路原理，這些知識在以前沒有學(xué)習(xí)很得透徹，但通過本次設(shè)計(jì)，然我對這些原理的理解更加深刻，我相信這會對我以后的學(xué)習(xí)有很大的幫助。而在穩(wěn)壓電路部分所用到的三端集成穩(wěn)壓器LM317, 具有很多的性能優(yōu)點(diǎn)，給電路設(shè)計(jì)帶來了很大的方便。

本次設(shè)計(jì)的測試結(jié)果基本符合了預(yù)期的要求，但是由于學(xué)識有限，在設(shè)計(jì)當(dāng)中難免會有一些錯(cuò)誤，還有很多地方可以做進(jìn)一步的完善，還望得到專家們的批評指正。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的生活水平也在不斷的提高，當(dāng)今社會已經(jīng)進(jìn)入到了人工智能時(shí)代，這種智能并不局限于小的方面，而是在生活中的方方面面都存在，直流穩(wěn)壓電源便是生活中的一個(gè)小的方面，但它的作用是不容小覷的，很明顯，它能幫助我們在生活閑暇之余放松心情。

設(shè)計(jì)內(nèi)容中，主要包括了變壓模塊、整流模塊、濾波模塊、穩(wěn)壓模塊，而難于實(shí)現(xiàn)的是濾波與穩(wěn)壓，電容濾波效果不是很理想，但是在理論值上，可以達(dá)到，經(jīng)過調(diào)試，基本能達(dá)到要求。同時(shí)也在一定程度上反映了時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，雖然這只是智能時(shí)代的冰山一角，但是它其中蘊(yùn)含的原理是永遠(yuǎn)存在的，我們應(yīng)該根據(jù)它的原理，去思考它能否用在更廣泛的方面，更好服務(wù)于社會，總而言之，它的前景還是很美好的，同時(shí)相信它也會與時(shí)俱進(jìn)。

1.密切注意程序代碼和裝置的匹配，應(yīng)用于隨身攜帶，一定要調(diào)好參數(shù)，從而避免因?yàn)槌绦虿黄ヅ涞脑�因而�?dǎo)致裝置起不到應(yīng)有的效果。

2.合理考慮裝置的更多場景，讓創(chuàng)意更加具有價(jià)值，向用戶說明裝置的作用，不要引起不必要的麻煩，讓游客體會到安全感。

[1] 華成英《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》，高等教育出版社.

[2] 謝嘉奎《電子線路》，高等教育出版社.

[3] 謝自美:《電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測試》，華中科技大學(xué)出版社.

[4] 陳大欽,電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，北京，華中理工大學(xué)電子學(xué)教研室.

[5] 華成英.電子技術(shù)[M].北京.中央廣播電視大學(xué)出版社，2006.

[6] 徐學(xué)彬.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書[M].成都:西華大學(xué). 2009，10.

[7] 趙淑范等.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2006.

[8] 賈更新電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與仿真[M].鄭州:鄭州大學(xué)出版社，2006.

[9] 楊旭東等.實(shí)用電子電路精選[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

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