双输出可调稳压电源设计毕业论文.doc

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1、 2013届毕业设计（论文）双输出可调稳压电源设计教 学 部： 专 业： 学 生 姓 名： 班 级：学号 指导教师姓名： 职称 最终评定成绩 2013年5月 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）双输出可调稳压电源设计教 学 部：专 业：学 号：学生姓名：指导教师： 2013年5月摘 要电子设备给人们日常生活带来极大便利，所有的电子设备只有在电源电路的支持下才能正常工作。电子设备对电源电路的要求是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就是稳压电源。论文描述了稳压电源的发展概况、主要组成部分以及常用器件，揭示了稳压电源的工作原理。

2、详细介绍了设计方案，变压、整流、滤波、稳压和保护电路等各个组成部分的参数设计。给出了设计原理图，并用proteus软件进行仿真和调试，给出了具体的调试过程、调试结果，以及调试过程中遇到的问题和解决方法，最终达到了设计要求。关键词：直流电源，双输出，proteusABSTRACTThe Electronic equipments have been brought great convenience to Peoples Daily life,all of the electronic equipments equipments are working properly only in the

3、support of the power circuit .The Electronic equipment have the requirements for the power circuit which are able to provide the load power that continuous, stable, and meet the requirements.And usually it have been required to to provide the stability of dc can. So the power supply which can provid

4、e this kind of stability of electric energy is the dc can.This paper describes the development, the main part and common devices of the voltage stabilizer, which reveals the principles of the power supply voltage.The thesis introduces the design scheme, variable pressure, rectifier voltage, filter,

5、and the protection circuit and each part of the design parameters. And it presents the principle diagram, and use the software of the proteus to simulating and debugging, and also give a specific debugging process and debugging results,along with the problems and solutions that in the process of com

6、missioning encountered, and eventually reached the design requirements.Keywords:DC power, Double output, Proteus目 录第1章 概述11.1 引言11.2 直流电源的简介1 1.2.1 线性电源1 1.2.2 开关电源11.3 稳压电源的发展21.4 课题的研究背景及意义31.5 本论文所完成的内容4第2章 稳压电源的分类、组成及技术指标52.1 稳压电源的分类52.2 直流稳压电源的基本组成52.3 直流稳压电源的技术指标7 2.3.1 特性指标7 2.3.2 质量指标7 2.3.3

7、 极限指标8第3章 双输出可调稳压电源电路设计93.1 设计思想93.2 电路设计93.2.1 直流稳压电源的基本组成93.2.2 电源变压器103.2.3 整流电路103.2.4 滤波电路113.2.5 稳压电路133.2.6 过热保护17第4章 调试及其仿真结果194.1 仿真软件介绍194.2 调试与仿真20结论23参考文献24致谢25 第1章 概述1.1引言当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算机，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。超级计算机的电源电

8、路本身就是一套复杂的电源系统。通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。袖珍计算机则是简单多的电池电源电路。不过你可不要小看了这个电池电源电路，比较新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。可以说电源电路是一切电子设备的基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备，我们的生活也就不会这么丰富多彩了。由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。1.2直流电源的简介1.2.1

9、线性电源电源是电子设备的心脏部分，其质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性，而且电子设备的故障60%来自电源，因此作为电子设备的基础元件，电源受到越来越多的重视。现代电子设备使用的电源大致有线性稳压电源盒开关电源两大类。所谓线性稳压电源，是指在稳压电源电路中的调整管是工作在线性放大区。将220V、50HZ的工频电压经过线性变压器降压以后，经过整流、滤波和稳压，输出一个直流电压。线性稳压源的优点是：电源稳定度及负载稳定度较高；输出纹波电压小；瞬态响应速度快；线路结构简单，便于维修；没有开关干扰。缺点是：功耗大、效率低，其效率一般只有35%60%；体积大、质量重、不能微小型化；必须有较大容量的滤波电

10、容。其中，交换效率低下是线性稳压电源的重要缺点，造成了资源的严重浪费。在这种背景下，开关电源应运而生。1.2.2 开关电源任何电子设备均需直流电源来供给电路工作。特别是采用电网供电的电子产品。为了适应电网电压波动的电路的工作状态变化，更需要具备适应这种变化的直流稳压电源。随着电子技术的发展，人们对如何提高电源的转换效率，增强对电网的适应性，缩小体积，减轻重量进入了深入的研究。七十年代，便应用于电视机的接收，现在已经广泛用于彩电，录像机，计算机等行业。开关稳压的优越性还体现在：功耗小、效率高。晶体管在激励信号的激励下，交替的工作在导通-截止的开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz左右。开关

11、晶体管的功耗很小，电源的效率可以大幅度的提高，达到80%以上。体积小、重量轻。开关稳压电源里没有采用笨重的工频变压器。调整管上的耗散功率大幅度降低以后，省去了较大的散热片。稳压范围宽。开关电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来控制，在工频电网电压变化较大时，它仍能保证有效的稳定输出电压。开关稳压电源实现稳压的方法也比较多，可以根据实际应用的要求，灵活的选用各种类型的开关稳压电源。电路形式灵活多样。开关稳压电源的主要问题是电路比较复杂。输出纹波电压较高，瞬态响应差，并且存在较为严重的开关干扰。当今，开关稳压电源的进一步推广应用的困难是它的制作技术难度大

12、，维修麻烦和成本高。开关稳压电源的效率是与开关管的变换速度成正比的。开光稳压电源中采用了开关变压器，使之由一组输入，得到极性，大小各不相同的多组输出。要进一步提高效率，必须提高电源的工作频率。但是，当频率提高以后，对整个电路元器件的要求，有了进一步的提高。这是需要解决的第二个问题。工作在线性状态的稳压电源，具有稳压和滤波的双重作用，因而串联线性稳压电源不产生开关干扰 ，且纹波电压输出较小，但是，在开关稳压电源中的开关管工作在开关状态，其交变电压和输出电流会通过电路中的元器件产生较强的尖峰干扰和谐振干扰。这些干扰会进入市电电网，影响邻近的电子设备的正常工作。克服这一缺点，进一步提高它的使用范围，

13、是要解决的第三个问题。1.3稳压电源的发展 说到稳压问题，可以追溯到19世纪，爱迪生发明电灯时，就曾考虑过稳压电源。到20世纪初，就已经出现了铁磁稳压电源及相应的技术文献。电子管问世不久，就有人设计了电子管直流稳压电源。在20世纪40年代后期，电子器件与磁饱和元件相结合，构成了电子控制的磁饱和交流稳压电源，全今还在应用。20世纪50年代，随着半导体工业的飞速发展，晶体管的诞生使串联调整型晶体管稳压电源构成了直流稳压电源的中心，这种局面一直维持到20世纪60年代中期。这种电源虽然性能优良，但它最大的缺点是由于功率调整管与负载串联，并且晶体管工作在线性区域，稳压电源的输出电压调节与稳定借助于功率晶

14、体管上电压降的调整来实现，因而在输出电压低、电流大的场合，效率非常低且功率晶体管发热也很厉害，散热便成了很大的问题。随着半导体技术的进步，电子设备开始从分立元器件进入集成电路时代，体积日益减小，装机密度不断提高，规模容量逐渐增大。这种晶体管串联型常规电源难以满足形势发展的问题日益暴露。20世纪60年代后期，科技工作者对稳压电源技术进行了一次新的总结，使开关电源和可控硅电源得到了快速发展。于此同时，将稳压电源的大部分元器件都集成在一块硅基片上的集成稳压电源也在不断发展。从1967年美国BobWidlar发明了第一块集成稳压电源uA723至今，集成稳压电源品种之多、系列之全使人们刮目相看。目前，线

15、性集成稳压电源已经发展到几百个品种，类型也多种多样。按结构形式可以分为串联型和并联型集成稳压电源；按输出电压类型可以分为固定式和可调式集成稳压电源；按管脚的引线数目可以分为三端式和多端式集成稳压电源；按制造工艺可以分为半导体式、薄膜混合式和厚膜混合式集成稳压电源；按输入和输出之间的压差又可以分为一般压差和低爪压两大类，等等。1.4课题的研究背景及意义稳压电源是各种电子电路的动力源，被人誉为电路的心脏。人所皆知，所有用电设备，包括电子仪器仪表、家用电器等，对供电电压都有一定的要求。例如：有些电视机要求220V的电网电压变化不能超过正负20%，即从198V到242V之间，如果超出这个范围，电视机就

16、不能正常收看，甚至会因电压过高而烧坏电视机。至于精密电子仪器，对供电电压保持稳定不变的要求就更加严格。为解决用电设备要求供电稳定，而市电电网电压又难以保证的供求矛盾，人们便研制了各种各样的稳压电源。事实上，稳压电源的输出，是相对稳定而并非绝对不变的，它只是变化很小，小到可以允许的范围之内。产生这些变化的原因主要有以下几个方面：（1）由于电网输入电压不稳定所导致。电网供电有高峰期和低谷期，不可能始终稳定如初；（2）由于供电对象引起的，即由负载变化引起。如果负载短路，负载电流会很大，电源的输出电压会趋近于零，时间一长还会烧坏电源；如果负载开路，没有电流流过负载，输出电压将会升高。即使不是这两种极端

17、情况，负载电阻的变化也会引起稳压电源输出电压的变化；（3）由于稳压电源本身造成的，构成稳压电源的元器件质量不好，参数有变化或完全无效，就不可能有效的调节前两种原因引起的波动；（4）由于元器件受温度、湿度等环境影响而性能改变也会影响稳压电源输出不稳定。一般来说，稳压电源电路的设计首先考虑前两种因素，并针对这两种因素设计稳压电源中放大器的放大量等。在选择元器件时，要重点考虑第三个因素。但在设计高精度稳压电源时，必须要高度重视第四个因素。因为在高稳定度电源中，温度系素和温漂这两个关键的技术指标的好坏都由这个因素决定。1.5 本论文所完成的内容本论文主要研究了以LM317/LM337芯片为核心的双输出

18、可调稳压电源设计，画出了双输出可调稳压电源的电路图，并对其用proteus软件进行仿真，本文的主要内容安排如下：（1）第一章介绍了直流电源的发展，以及课题的研究背景和意义。（2）第二章介绍了稳压电源的分类、组成及技术指标。（3）第三章完成双输出可调稳压电源的结构和电路设计，给出了变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路的具体电路。（4）第四章是用proteus仿真软件对整个电路进行仿真和分析，并给出了仿真结果。第2章 稳压电源的分类、组成及技术指标2.1 稳压电源的分类稳压电源的分类没有明确的含义和界限，一般都是按照习惯或通用的方法进行，在此简单介绍几种。以稳压电源稳定的对象来分类，可以分为交流

19、稳压电源和直流稳压电源两种。交流稳压电源的输出电压是交流的，直流稳压电源的输出电压是直流的，两者通常都用交流电网供电。以稳压电源的稳定方式来分类，可以分为参数稳压电源和反馈调整型稳压电源两种。参数稳压电源主要是利用元器件的非线性实现稳压。例如，仅用一只电阻和一只硅稳压管二极管就能够参数稳压电源。反馈调整型稳压电源是一个负反馈闭环自动调整系统，它把稳压电源输出电压的变化量，经过取样、比较放大、再反馈给控制调整元器件，使输出电压得到补偿而趋近于原值，从而达到稳压。以稳压电源的调整元器件与负载的连接方式来分类，可以分为并联稳压电源和串联稳压电源两种。调整元器件与负载并联的叫做并联稳压电源或分流式稳压

20、电源。它通过调整元器件流过电流的多少来适应输入电网电压的变化及负载电流的变化，以保持输出电压的稳定。这种稳压电源效率较低，只有某些专用场合才适用。调整元器件与负载串联的稳压电源叫做串联稳压电源。在这种稳压电源中，调整元器件串接于输入端和输出端之间，输出电压就依靠调整元器件改变自身的等效电阻来维持恒定。调整元器件如果是晶体管，就是我们通常所说的晶体管串联稳压型稳压电源。以调整元器件的工作状态来分类，可以分为线性稳压电源和开关稳压电源。调整状态元器件工作在线性状态的是线性稳压电源，调整状态元器件工作在开关状态的是开关稳压电源。开关稳压电源又有很多分类，例如自激式、它激式、斩波式、推挽式、半桥式和全

21、桥式等。2.2 直流稳压电源的基本组成 直流稳压电源要将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压，它需要经过变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，基本框图如图2.1所示:图2.1直流稳压电源的基本框图四个环节工作原理如下：（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变化由电压器的副边电压确定。（2）整流电路：整流电路将交流电压变换成脉动的直流电压。常用的整流电路有全波整流、桥式整流等。桥式整流电路是由四个二级管构成的一个整流电路，电压提供可以是一组交流电源输出为全波的脉动直流电。其优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大

22、反向电压较低，同时因电源变压器在正负半周内部有电流供给负载，电源变压器得到了允分的利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。（3）滤波电路：整流电路是将交流电变成直流电的一种电路，但其输出的直流电的脉动成分较大，而一般电子设备所需直流电源的脉动系数要求小于0.01。故整流输出的电压必须采取一定的措施尽量降低输出电压中的脉动成分，同时要尽量保存输出电压中的直流成分，使输出电压接近于较理想的直流电，这样的电路就是直流电源十的滤波电路。尽管经过整流滤波后电压接近于直流电压，但是其电比值的稳定性很差，它受温度、负载、电网电压波动等因素的影响很大，因此，还必须有稳压电路，以维

23、持输出直流电压的基本稳定。（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流维持稳定，基本不随交流电网电压和负载的变化而变化。2.3 直流稳压电源的技术指标稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，反映直流稳压电源的固有特性，如输出电压、输出电流及电压调节范围；另一类是质量指标，反映一个直流稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻(输出电阻)、纹波电压及温度系数等。2.3.1特性指标（1）输出电压范围 输出电压范围是指符合直流稳压电源工作条件情况下，能够正常工作的输出电压范围。该指标的上限是由最大输入电压和最小输入输出电压差所规定，而其下限由直流稳压电源内部的基准电压值决定。（2）最大输入一输出

24、电压差该指标表征在保证直流稳压电源正常上作条件下，所允许的最大输入一输出之间的电压差值，其值主要取决于直流稳压电源内部调整晶体管的闸压指标。（3）最小输入一输出电压差该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所需的最小输入输出之间的电压差值。（4）输出负载电流范围输出负载电流范围又称为输出电流范围，在这一电流范围内，直流稳压电源应能保证符合指标规范所给出的指标。2.3.2 质量指标（1）电压调整率电压调整率是表征直流稳压电源稳压性能的优劣的重要指标，又称为稳压系数或稳定系数，它表征当输入电压Vi变化时直流稳压电源输出电压V0稳定的程度，通常以单位输出电压下的输入和输出电压的相对变化的百分比表

25、示。（2）电流调整率电流调整率是反映直流稳压电源负载能力的一项主要自指标，又称为电流稳定系数。它表征当输入电压不变时，直流稳压电源对由于负载电流(输出电流)变化而引起的输出电压的波动的抑制能力，在规定的负载电流变化的条件下，通常以单位输出电压下的输出电压变化值的百分比来表示直流稳压电源的电流调整率。（3）纹波抑制比纹波抑制比反映了直流稳压电源对输入端引入的市电电压的抑制能力，当直流稳压源输入和输出条件保持不变时，纹波抑制比常以输入纹波电压峰一峰值与输出纹波电压峰一峰值之比表示，一般用分贝数表示，但是有时也可以用百分数表示，或直接用两者的比值表示。（4）温度稳定性集成直流稳压电源的温度稳定性是以

26、在所规定的直流稳压电源工作温度Ti最大变化范围内()直流稳压电源输出电压的相对变化的百分比值。2.3.3 极限指标（1）最大输入电压最大输入电压是保证直流稳压电源安全工作的最大输入电压。（2）最大输出电流最大输出电流是保证稳压电源安全工作所允许的最大输出电流第3章 设计步骤3.1 设计思想（1）电网供电电压交流220V(有效值)频率为50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。（

27、4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。3.2 电路设计3.2.1 直流稳压电源的基本组成本设计中所用到的直流稳压电源是将频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转换为幅值稳定、输出电流为几十安以下的直流电源，其基本组成如图3.1所示：T整流滤波稳压负载图3.1 直流稳压电源的方框图直流稳压电源的输入为220V的电网电压，一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。变压器副边电压有效值决定于后面电路的需要。变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压，即正弦

28、波电压转换为单一方向的脉动电压，半波整流电路和全波整流电路的输出波形如图所示。可以看出，他们均含有较大的交流分量，会影响负载电路的正常工作。为了减小电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使滤波电路的输出电压仅为直流电压。然而，由于滤波电路为无源电路，所以接入负载后势必影响其滤波效果。对于稳定性要求不高的电子电路，整流、滤波后的直流电压可以作为供电电源。交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，但是当电网电压波动或者负载变化时，其平均值也将随之变化。稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高

29、的稳定性。3.2.2 电源变压器电源变压器的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。实际上，理想变压器满足，因此有。变压器副边与原边的功率比为，式中是变压器的效率。根据输出电压的范围，可以令变压器副边电压为22V，即变压系数为0.1。3.2.3 整流电路为了克服单相半波整流电路的特点，在使用电路中多采用单相全波整流电路，最常用的是单相桥式整流电路。单相桥式整流电路如图3.2所示：图3.2单相桥式整流电路正半周时，a点点位高于b点点位，二极管、承受正向电压而导通，、承受反向电压而截至。此时电流的路径为；为负半周时，b点电位高于a点电位，二极管、承受正向电压而导通，、

30、承受反向电压而截至。此时电流的路径为：。单相桥式整流电压的平均值为： (3.1)流过负载电阻的电流平均值为： (3.2)流经每个二极管的电流平均值为负载电流的一半，即： (3.3)每个二极管在截至时承受的最高反向电压为的最大值，即： (3.4)3.2.4 滤波电路电容滤波电路是最常见的也是最简单的滤波电路，在整流电路的输出端并联一个电容即构成电容滤波电路，电容滤波电路及波形图如图3.3所示：图3.3电容滤波电路图3.4电容滤波波形图假设电路接通时恰恰在由负到正过零的时刻，这时二极管D开始导通，电源在向负载供电的同时又对电容C充电。如果忽略二极管正向压降，电容电压紧随输入电压按正弦规律上升至的最

31、大值。然后继续按正弦规律下降，且，使二极管D截至，而电容C则对负载电阻按指数规律放电。将至大于时，二极管又导通，电容C再次充电。这样循环下去，周期性变化，电容C周而复始地进行充电和放电，使输出电压脉动减小，如图3.4所示。电容C放电的快慢取决于时间常数（）的大小，时间常数越大，电容C放电越慢，输出电压就越平坦，平均值也越高。电容滤波电路的输出特性曲线如图3.5所示。从图中可见，电容滤波电路的输出电压在负载变化时波动较大，说明它的带负载能力较差，只适用于负载较轻且变化不大的场合。图3.5电容滤波电路的输出特性曲线一般常用如下经验公式估算电容滤波时的输出电压平均值： 半波： 全波：为了获得较平滑的

32、输出电压，一般要求,即： (3.5)式中T为交流电压的周期。滤波电容C一般选择体积小，容量大的电解电容器。应注意，普通电解电容器有正、负极性，使用时正极必须接高电位端，如果接反会造成电解电容器的损坏。加入滤波电容以后，二极管导通时间缩短，且在短时间内承受较大的冲击电流（），为了保证二极管的安全，选管时应放宽裕量。3.2.5 稳压电路虽然整流滤波电路能将正弦交流电压变换为较为平滑的直流电压，但是，一方面，由于输出电压平均值取决于变压器副边电压有效值，所以当电网电压波动时，输出电压平均值将随之产生相应的波动；另一方面，由于整流滤波电路内阻的存在，当负载变化时，内阻上的电压将产生相反的变化，于是输出

33、电压平均值也将随之产生相反的变化。因此，整流滤波电路输出电压会随着电网电压的波动而波动，随着负载电阻的变化而变化。为了获得稳定性好的直流电压，必须采取稳压措施。集成稳压器与简单稳压电路相比其电路结构简单，它可以通过外接元件使输出电压得到很宽的调节范围。并且内部有过热保护、过流保护等保护电路，可以很安全的保护电路的正常工作，本设计是采用LM317和LM337芯片来实现的。LM317是可调节三端正电压稳压器，在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流，此稳压器非常易于使用。LM317作为输出电压可变的集成三端稳压快，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。317系列稳压块的型号很多：

34、例如LM317HVH、W317L等。电子爱好者经常用317稳压块制作输出电压可变的稳压电源。稳压电源的输出电压可用下式计算，。仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。首先317稳压块的输出电压变化范围是（高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等，其输出电压变化范围是），所以R2/R1的比值范围只能是。其次是317稳压块都有一个最小稳定工作电流，有的资料称为最小输出电流，也有的资料称为最小泄放电流。最小稳定工作电流的值一般为。由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同，其最小稳定工作电流也不相同，

35、但一般不大于。当317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时，317稳压块就不能正常工作。317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时，317稳压块就可以输出稳定的直流电压。如果用317稳压块制作稳压电源时（如图3.6所示），没有注意317稳压块的最小稳定工作电流，稳压电源可能会出现稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大的问题。在应用中，为了电路的稳定工作，在一般情况下，还需要接二极管作为保护电路，防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏。图3.6 LM317构成的稳压电源图3.7 LM317图3.7所示是LM317元件图。LM317系列是应用非常广泛的三端可调稳压集成电路。LM317系

36、列是正稳压集成电路，LM337系列是负稳压集成电路，其特点是： （1）输出电压，LM317为；LM337为。（2）只需两只外接电阻以设定输出和一只电容作频率补偿元件。（3）线路电压调整率和负载调整率都优于标准固定稳压器。（4）内部保护措施完善。有内部电流限制、热关闭和输出晶体管安全补偿，即使调节所有超载保护电路也可完全保留其功能，提供超载保护。图3.8时由LM317组成的基准电压源电路，电容Co用于消除输出电压中的高频噪音，可取小于的电容。输入端和调整端之间的电压时非常稳定的电压，其值为1.25V。输出电流可达1.5A。图3.8由LM317组成的稳压电路由于调整端的电流可忽略不计，输出电压为

37、(3.6)为了减少R2上的纹波电压，可在其上并联一个电容C。但是，在输出开路时，C将向稳压器调整管发射结反偏，为了保护稳压器，可加二极管D2，提供一个放电回路，D1,D2起保护作用。如图3.9所示：图3.9 LM317的外加保护电路由于设计要求电压从零开始调起，LM317集成稳压器不能直接满足要求，需要设计一个电压补偿电路来抵消LM317的1.25V最小输出电压，如图3.11所示，电压补偿电路由和二极管D组成，其输出电压,其中，U为LM317的输出端电压，UD为二极管D的正向压降。即为补偿电压。其值略大于LM317的基准电压（1.25V），这里用两只串联的硅材料整流二极管的导通压降来实现。当调

38、节减少,使达到与相等时,输出电压即为之后,当调节R2逐渐增大时, U0即由0V 开始增大。由于负载电流流过D ,故D 的最大工作电流应能适应负载电流的要求。图3.10输出电压可调的直流稳压电源电路原理图最后由单路推广到双路（得到一个由地线为中轴线的对称电路）图3.11双输出可调稳压电源电路图根据计算公式可以得出电路中各个元器件的数值，如表3.1所示。表3.1元器件数值表电 容名称C1C2C3C4C5C6C7C8大小电 阻名称RV1RV2RV3RV4R4R5大小3.2.6 过热保护由于稳压电源是为各种电子设备提供能量的，散热更显得重要。所谓散热就是采用热传递将稳压电源中所用元器件自身的温度控制到

39、所要求的范围内。在稳压电源中，热量都是由电转换来的，电流流过元器件和连接线、连接点产生的热量损失；变压器铁芯所产生的磁滞损耗；位于变压器附近的导电材料和绝缘材料，由于交变磁场和交变电场的存在分别产生涡流损耗和介质损耗。在散热设计过程中，一般要根据具体情况，选择适当的途径将热量传递出去，达到元器件降温的目的，从而提高电源的可靠性并延长其使用寿命。为此，应做到以下几点：（1）选用耐热性和热稳定性好的元器件和材料，以提高其允许的工作温度；（2）减小电源内部的发热量；（3）用冷却的方法降低环境温度，加快散热速度。 对于元器件的热设计中必须保证其最高工作温度低于其允许温度。为了提高元器件可靠性，应通过降

40、额设计来降低元器件的使用温度。 第4章 调试及其仿真结果4.1 仿真软件介绍本设计用的仿真软件是proteus。Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具，从原理图布图、代码调试到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP4

41、30等，2010年增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。Proteus与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机CPU的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，是弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。运行proteus的ISIS程序后，进入该仿真软件的主界面。在工作前，要设置view菜单下的捕捉对齐

42、和system下的颜色、图形界面大小等项目。通过工具栏中的P（从库中选择元件命令）命令，在pick device窗口中选择电路所需的元件，放置元件并调整其相对位置，元件参数设置，元器件间连线，编写程序；在source菜单的Definecode generation tools菜单命令下，选择程序编译的工具、路径、扩展名等项目；在source菜单的Add/removesource files命令下，加入单片机硬件电路的对应程序；通过debug菜单的相应命令仿真程序和电路的运行情况。Proteus软件所提供的软件资源Proteus软件所提供了30多个元件库，数千种元件。元件涉及到数字和模拟、交流和

43、直流等。对于一个仿真软件或实验室，测试的仪器仪表的数量、类型和质量，是衡量实验室是否合格的一个关键因素。在Proteus软件包中，不存在同类仪表使用数量的问题。Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似但功能更多。Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。对于单片机硬件电路和软件的调试，Proteus提供了两种方法：一种是系统总体执行效果，一种是对软件的分布调试以看具体的执行情况。对于总体执行效果的调试方法，只需要执行debug菜单下的exeute菜单项或F12快捷键启动执行，用

44、debug菜单下的pause animation菜单项或pause键暂停系统的运行；或用debug菜单下的stop animation菜单项或shift-break组合键停止系统的运行，其运行方式也可以选择工具栏中的相应工具进行。对于软件的分布调试，应先执行debug菜单下的start/restart debugging菜单项命令，此时可以选择stepover、step into命令执行程序，执行的效果是单句执行、进入子程序和跳出子程序执行。在执行了start/restart debugging菜单项命令后，在debug菜单的下面要出现仿真中所涉及到的软件列表和单片机的系统资源等，可供调试时分

45、析和查看。4.2 调试与仿真对所做设计用proteus进行仿真，通过调节滑动变阻器RV1和RV2的大小，可以基本实现输出电压从012V的变化。图4.1是用proteus虚拟示波器采集电路各个部分的电压波形图。图4.1各部分电路电压波形图图4.2表示的是经过变压器变压后的电压波形图，图中每一格表示的幅值是10V。图4.2变压后的电压波形图图4.3表示的是经过单相桥式整流后的电压波形图，图中每一格表示的幅值是0.2V。图4.3整流后的电压波形图图4.4表示的是当输出为5V时，正电压输出负载上的电压波形图，图中每一格表示的幅值是5mv，所以达到了论文输出为5V时，带载纹波电压峰-峰值5mV的要求。图4.4正电压输出负载上的电压波形图图4.6表示的是负电压输出负载上的电压波形图。图中每一格表示的幅值是5mv。图4.5负电压输出负载上的电压波形图表4.1是正电压的变化参数，表4.2是负电压的变化参数。当调节滑动变阻RV1时，正输出负载上的电压发生变化；当调节滑动变阻RV2时，负输出负载上的电压发生变化。表4.1正电压数值表U1 ()0.011.055.009.0311.00