基于LM317的直流稳压电源设计

总体设计框图

设计要求：电子设备中的直流电源,通常是由电网提供的220V/50Hz交流电,经过降压、整流、滤波、稳压等环节处理得到。输出电压的幅值稳定、平滑、变换效率高、负载能力强、输出电阻小、温度稳定性好电压的稳定性和带载能力。

---

设计期望：电路接入幅值为220V、频率为50Hz的输入电压，通过电源变压器，将220V的电压幅值调整为合适的电路工作压值。通过电源变压器输送过来的交流电，再通过桥式整流电路，得到单方向全波脉动的直流电压。由于单方向全波脉动的直流电压中含有交流成分，为了获得平滑的直流电压，在整流电路的后面加一个滤波电路，以滤去交流成分，电容就起到这个作用；在滤波电路的后面再接一个基于LM317的集成稳压电路，以输出1.2-12v的连续可调直流信号，最后再次加上对称的电容以改善负载的瞬态效应，消除电路的高频噪音。

电路设计

原理图

模块设计

降压模块

源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器副边与原边的匝数比为n2/ n1=12/220=0.54545

桥式整流电路

工作原理： 选择容性负载单相桥式整流电路。它的四臂是由四只二极管构成，当变压器B次级的2端为正、3端为负时，二极管D3和D6因承受正向电压而导通，D4和D5因承受反向电压而截止。此时，电流由变压器2端通过D3，再经D6返回3端。当3端为正时，二极管D4、D5导通，D3、D6截止，电流则由3端通过D4流经后级电路，再经5返回2端。因此，与全波整流一样，在一个周期内的正负半周都有电流流过负载，而且始终是同一方向。

---

相关计算:
负载电压vL的平均值为 VL = 0.9V2
直流电流为： IL = 0.9V2/R2
流经每个二极管的电流为 ID = 0.5IL =0.45V2/R2
0.45V2/R2 一般电网电压的波动范围为-10%到+10%之间，实际上选用的二极管的最大整流电流和最高反向电压应该留有大于10%的余量。

1N4007参数： 经计算1N4007满足各项参数，顾可以选用作为桥式整流的二极管。

滤波电路

电容滤波电路工作原理：
特点：二极管的导电角小于180° ， 流过二极管的瞬时电流很大。输出直流电压提高, 脉动成分也降低，且 时间常数越大，VL越高。一般VL=(1.1-1.2)V2，实际工作中按下式选择滤波电容的容量
故电容滤波适用小电流，对整流管冲击电流大的电路

---

稳压电路

LM317资料



由LM317的中文资料可知，输出电压在1.2-37V间波动，输出电流超过1.5A，仿照其标准应用搭建了稳压电路模块，选用5k欧姆滑动变阻器，理论电压最高可达27v，电阻与电容选值适中。

软件仿真与硬件测试

仿真

输出波形:

由仿真得出结论，当输出电压过高时，输出波形容易出现杂波，此时信号不稳定。

---

带负载（8欧姆）时输出电压电流：

可以看出输出电流较小，所以该电路不能驱动大负载，大功率的电路，其输出功率也在毫瓦级。

硬件测试

示波器检测输出波形
数码管显示（附加功能）

实物展示

PCB板
实物图

心得体会

• 本次实践算是第一次接触模拟电路的设计与具体的制作，总的来说还算简单，首先是电路的设计，参考了很多网上的资料，尤其是稳压模块，借鉴了芯片资料里的典型应用电路，这个过程中的难点是具体芯片型号与参数的选取，比如什么时候用电解电容，电阻具体的取值，二极管选择哪种型号，这些都是要考虑的，由于书本参考电路很多，所以设计过程中没有太多的困难。
• 接下来就是具体的制作，由于条件有限，电路板是工场板发货，而元器件都是打包的，我只完成了焊接的工作，大一时就在科协接触过元件焊接，所以对我来说不是难事。电路板外的透明玻璃外壳起到了保护电路的作用，220v电源线外也加上了胶布以防止漏电，安全问题要时刻注意。
• 调试的过程很顺利，输出信号稳定并且连续可调，最大输出12V，该电路板能够在数码管上显示当前的电压，输出端可以输出低频方波信号，这些都是电路板的附加功能，在此不做叙述。缺点是当输出到12V时信号不稳定，调节滑动变阻器旋钮没用反应，说明变阻器阻值可以选更小一点。
• 希望以后能够更加深入模拟电路的设计制作，做到真正的学以致用，理论与实践结合。