电路分析基础直流电源

1、电路图，是通过电路元件符号绘制的电子元件连线走向图， 它详细的描绘了各个 元件的连线和走向，各个引脚的说明，和一些检测数据。 （元件符号是国际统一 制定的）PCB图，是电路板的映射图纸，它详细描绘了电路板的走线，元件的位置等。（可以说是电路板的基本结构图）电路原理图，它是电路结构的基本构造图，它详细的描绘了电路的大致原理，元 件和信号的走向，可以说是简化了的电路连线结构图。1引言电子电路要正常工作，电源必不可少，并且电源性能对电路、电子仪器和电子设备的使用寿命、使用性能 等影响很大，尤其在带有感性负载的电路和设备（如电机）中，对电源的性能要求更高。在很多应用直流电机的场合中，要求为电机驱动电路提供 1个其输出能从0 V开始连续可调（024 V）的直流电源，并且要求 电源有保护功能。实际上就是要求设计一个具有足够调压范围和带负载能力的直流稳压电源电路。该电路 的设计关键在于稳压电路的设计，其要求是输岀电压从0V开始连续可调；所选器件和电路必须达到在较宽范围内输岀电压可调；输岀电压应能够适应所带负载的启动性能。此外，电路还必须简单可靠，能够输 岀足够大的电流。2电路的设计符合上述要求的电源

2、电路的设计方法有很多种，比较简单的有3种：（1）晶体管串联式直流稳压电路。电路框图如图1所示，该电路中，输岀电压 U0经取样电路取样后得到取样电压，取样电压与基准电压进行比较得到误差电压，该误差电压对调整管的工作状态进行调整，从而使 输出电压发生变化，该变化与由于供电电压 UI发生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压U0为恒定值（稳压值）。因输出电压要求从 0 V起实现连续可调，因此要在基准电压处设计辅助电源， 用 于控制输出电压能够从 0 V开始调节。单纯的串联式直流稳压电源电路很简单，但增加辅助电源后，电路比较复杂，由于都采用分立元件，电路 的可靠性难以保证。（2）采用三端集成稳压器电路。 如图2所示，他采用输岀电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输岀电压调整范围较宽，设计一电压补偿电路可实现输岀电压从0V起连续可调，因要求电路具有很强的带负载能力，需设计一软启动电路以适应所带负载的启动性能。该电路所用器件较少，成本低且组装方便、 可靠性高。（3）用单片机制作的可调直流稳压电源。该电路采用可控硅作为第一级调压元件，用稳压电源芯片LM317,LM337作为第二级调

3、压元件，通过 AT89CS51单片机控制继电器改变电阻网络的阻值，从而改变调压元件的 外围参数，并加上软启动电路，获得024 V，0.1 V步长，驱动能力可达1 A，同时可以显示电源电压值和输岀电流值的大小。其硬件电路主要包括变压器、整流滤波电路、压差控制电路、稳压及输出电压控制电路、电压电流采样电 路、掉电前重要数据存储电路、单片机、键盘显示等几部分，硬件部分原理图如图3所示。ft1L&1itI1I-H V9 3 用单片帆啊作帕朮诡魏压可谓电黑正、负端压差控制电路的作用是减少LM317和LM337输入端和输出端的压差以降低LM317和 LM337的功耗。稳压电路由三端稳压芯片 LM317（负压用LM337）及外围器件组成，输出电压控制电路采用继电器控制的电阻 网络。电阻网络的每个电阻都需要精密匹配，电阻的精密程度直接影响输岀电压的精度。电压电流采样电 路由单片机控制实时对当前电压电流进行采样，以修正输出电压值。掉电前重要数据存储电路用以保存当 前设置的电压值，可以方便用户在重新上电后不用设置，而且也不会因为电压值过高损坏用户设备。该电源稳定性好、精度高，并且能够输岀土24 V范围内的

4、可调直流电压，且其性能优于传统的可调直流稳压电源，但是电路比较复杂，成本较高，使用于要求较高的场合。在实际中，如果对电路的要求不太高（这种情况较多），多采用第二种设计方案。3实际电路的设计电路采用三端集成稳压器电路方案，电路原理图如图4所示。其中IC为三端集成稳压器。晶体管 T,阻R3,和电容器C组成软启动电路。电阻 R4和二极管D组成电压补偿电路。电容 C2为输出滤波电容。(1)三端集成稳压器LM317及其调压原理。图4中IC采用了 LM317系列三端集成稳压器，其输出电压调节 范围可达1.2537 V,输岀电流可达1.5 A，内部带有过载保护电路，具有稳压精度高、工作可靠等特点。 其输出电压的调节原理如图 5所示。由于LM317的2，3脚之间的电压U32为一稳定的基准电压(1.25 V)， 故有：% = tv 叶鄴=E251 + )其中，R1为固定电阻，故调节 R2可以调节输出电压 UQ并且U0的最小值为1.25 V。(2)电压补偿电路的设计。因要求输出电压从0 V起调，LM317集成稳压器不能直接满足要求，需设计一个电压补偿电路，抵消 LM317的1.25 V最小输出电压。电压补

5、偿电路由电阻R4和二极管D组成。式中，U3为LM317的3脚电压；U0为输出电压；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(1.25 V)。这里用3只串联的锗材料整流二极管的导通压降来实现。当调节 R2少，使U3 达到与UD相等时，输出电压即为 0 V。之后，当调节 R2逐渐增大时，U0即由0 V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5中R4用于给D提供工作电流。S 5株出电压调节原理软启动电路设计。软启动电路由晶体管 T，电阻R3, R和电容器C组成。其作用是使电路输出电压 UO 有一个缓慢的上升过程， 以适应感性负载(如直流电机)的启动特性。当输入电压UI接入时，因C上的电压 不能突变，故T因基极电位较高而饱和导通，使 U2（LM317的2脚电位）和U3都很低，故UO很小，随着C 的充电，T的基极电位下降，其集电极电位 （即U2）升高，使U3升高（因U32为一稳定电压），所以U0也升 高。当C充满电时，T被截止，启动电路失去作用， U0也达到设定值。启动的时间可以通过改变 C和R的 值进行调整。 改进方案。由于该电

6、路的输岀电压的调整完全依赖电电位器R2的改变，因此R2的改变范围较大，这样在输出电压的调整过程中，容易调过头或调不足，要准确地实现024 V宽范围的电压任一电压有些调整比较麻烦，必须反复调整，只依赖R2是比较困难的，如果将电位器R2用一个电位器R2和电阻R档串联实现，通过一个开关实现电阻R档的改变从而改变输岀电压的范围，并在所选择的输岀电压范围内通过改变电位器R2的阻值得到所需要的准确的直流电压输岀。电路如图6所示。囲6 电压讥整榔金电跻圈（5）电路主要测试数据。接上电源变压器和整流滤波电路以后对电路进行测试的结果为：电路在负载为1 A时输岀电压调整范围如表 1所示；在输岀电压为额定值（24 V）下的负载特性如表2所示。电网电压波动土 10% （负载电流1 A）情况下输出电压如表 3所示。#（幽取圧曹璋011I11Mdft A /V5.00 IQg2r OO 35. CO电A配电A /A0fcza、c, +出电a ;v24.(K24.时24. 0023, 29ajz0.70. s6 91.0出电伍丿划 24. M 24.012 W 24.00*3制定Attn 电离建爺比时时输出电压醴化

7、电 Ht A ZVriita /v22024.00.5&2424结语该稳压电路应用三端集成稳压电器，并加入补偿电压的方法解决LM317系列输出电压不能从 0 V开始起调的问题。软启动电路的引入适应负载的启动特性。电路的结构简单、功能完善、可靠性高电子初学者的重要训练课题之一就是用三端集成稳压器组装输出电压可调的稳 压电源（见图1），但初学电子的网友们很多都是第一次使用三端集成稳压器， 希望能更多地了解它的应用知识，对此，笔者和初学者进行了讨论。同学：我在电子元件商店见到三端稳压集成块的品种很多，外形和产品型号 也各不相同，这种稳压器件可以分成哪几种主要类型呢？老师：国产三端集成稳压器已经标准化、系列化了，按照它们的性能和不同 用途，可以分成两大类，一类是固定输出正压（或负压）三端集成稳压器W7800 （ W7900 ）系列，另一类是可调输出正压（或负压）三端集成稳压器W317 （ W337 ）系列。前者的输出电压是固定不变的，后者可在外电路上对输出 电压进行连续调节。今天大家装机使用的就是三端可调正压输出集成稳压器W317。同学：怎样用固定电压输出三端集成稳压器组成稳压电源呢？老师：这

8、种电源电路很简单，我先画出电路图（图 2 ）。三端稳压器的输入 端接在整流滤波电路的后面，输出端直接接负载，公共端接地，电源就能正常工 作，输出稳定的直流电压。但是，在实际应用中为了抑制高频干扰并防止产生自 激振荡，在它的输入端并联了 电容器C1，输出端并联了电容器 C2。vol acpziT1 人站T J： M_出第_ C1一1接负0* 033mQ. Lm公冀同学：国产固定输出三瑞稳压器产品有多少种输出电压可供选择？对它的输入电压U i有什么要求呢？老师：固定输出正压（或负压）三端集成稳压器产品的输出电压（绝对值）有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V 共7种，可以根据实际 需要选择使用。为了保证稳压器能够正常工作，要求输入电压U i与输出电压 U o的差值应大于3V。压差太小，会使稳压器性能变差，甚至不起稳压作用； 压差太大，又会增大稳压器自身消耗的功率，并使最大输出电流减小。厂家对每 种型号的稳压器都规定了最大输入电压值。一般取U i -U o为37V。同学：从型号上怎样体现三端稳压器输出电压的大小呢？老师：我们以W7800系列的稳压器产品为例，一般都用“78 ”后面的数字表 示输出电压的大小。例如， W7806表示输出电压为 6V ; W7812表示输出 电压为12V，等等。同学：三端稳压器的输出 电流有多大呢？老师：三端集成稳压器按最大输出电流不同又可分成三个系列：W7800、W317系列的最大输出电流为 1.5A ; W78M00、W317M 系列的最大输出电 流为0.5A ; W78IDO、W317L系列的最大输出电流为0.1A 。同学：我在商店里看到三端稳压集成块有好几种不同的外形。老师：国产三端稳压器的封装形式有 F-2型、TO-92型、S 1型、S- 7型等多种，我这里有几种样品（图 3 ），大家可以看一看。需要特别说明的 是，三个引脚的排列和它们的功能，对不同型号的产品或不同厂家的产品可能并 不相同，使用时一定要看说明书。W7BEXII人时|自一公W78OO7A1-OG W3i?S T1 2 3S 71-人1一 人第i-n*4金出编2-公黄站2-tkm3-公3 - 出崛3幡人2-出W317L人56同学：固定输出电压三端稳压器在外部电路接上一些

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