簡易多功能電源的設(shè)計與制作

文/范肇心　唐瑾璇　郭玉貝　侯瑞東

在電子技術(shù)教學(xué)實驗中，直流電源的使用率很高，我們期望能得到一種設(shè)備，既能夠?qū)崿F(xiàn)直流穩(wěn)壓，又能對電壓的正負(fù)和大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。為解決上述問題，設(shè)計并制作了一個正負(fù)可調(diào)的簡易的多功能電源，實用性強(qiáng)，成本低，可以作為教具教學(xué)使用。本文將詳細(xì)介紹電路設(shè)計中各個環(huán)節(jié)的工作原理以及元器件的參數(shù)選擇。

1　多功能電源設(shè)計實驗原理

如圖1所示。

2　電路設(shè)計過程

本次設(shè)計采用橋式全波整流、電容濾波、采用集成運(yùn)放穩(wěn)壓、滑動變阻器與芯片聯(lián)合調(diào)節(jié)輸出的方案?？墒瓜到y(tǒng)調(diào)節(jié)方便、性能優(yōu)良。

2.1　變壓與整流電路的設(shè)計

本實驗設(shè)計要求能穩(wěn)定輸出3V至12V電壓，以12V為輸出最大電壓，3V為最小輸入電壓，可以選擇常見的變壓范圍為220V-12V，額定功率5W的變壓器。開關(guān)穩(wěn)壓電源的整流電路及脈沖整流電路中應(yīng)選用選擇快恢復(fù)二極管。然后常見的單相橋式整流電路，對于全波整流來說，在輸出電流最大為0.5A的情況下我們可以選擇額定電流為1.5A，反向耐壓為50V的二極管IN4007。

2.2　前級濾波電路設(shè)計

電路的負(fù)載為34Ω時，求得在電路頻率為50HZ的情況下，T為20ms時，電容的取值范圍大于600uF，可以取標(biāo)準(zhǔn)值為1000uF額定電壓為35V的鋁點(diǎn)解電容。同時選擇一個0.1uF的陶瓷電容來作為高頻濾波電容。

2.3　穩(wěn)壓電路設(shè)計

要求輸出電壓可調(diào)，所以選擇三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器，可調(diào)式集成穩(wěn)壓器LM317、LM337的反饋電壓是1.25V，固定電阻R2，R4取240Ω，滑動變阻器R1，R3取5k，滿足設(shè)計要求。為了保護(hù)集成電路的電路連接，添加二極管D7，D8防止負(fù)載端出現(xiàn)短路。添加D5，D6防止電壓倒灌時燒毀芯片。添加了散熱片散熱，防止芯片發(fā)熱影響額定輸出。

2.4　后級濾波電路的設(shè)計

后級輸出濾波電路有兩個作用；一是盡量排除市電波動的波形本身的波動干擾。二是因為在輸出端接上負(fù)載的一瞬間電壓會有向下很大的越變，為了消除越變的干擾所以加上濾波電路。我們選擇470uF的電解電容，后面可加一個0.1uF的瓷片電容濾除干擾。

2.5　整體電路

電網(wǎng)供電電壓交流220V，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低；降壓后通過整流電路變成單向直流電；脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成將交流成份濾掉，保留其直流成份；再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到穩(wěn)定直流電壓輸出。

3　實驗測量結(jié)果及分析

3.1　變壓器降壓檢測

采用12V變壓器，輸入220V交流電，最大輸出幅值為16.97V。實際測得的波形可讀出，電壓單相的最大值為19.6V，頻率為50Hz，和理論值在誤差范圍類一致。

3.2　穩(wěn)壓電路檢測

整流后的電壓波動很大，需進(jìn)行濾波處理。濾波電路采用的是RC濾波電路，利用電容的充放電性能使電壓信號波動較小。穩(wěn)壓后測出的測出實際的值是19.4V。從測得的波形發(fā)現(xiàn)，電壓還是有一些波動。加入三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后輸出波形最終穩(wěn)定。

3.3　電壓可調(diào)檢驗

檢測到電壓的輸出波形穩(wěn)定后，對輸出電壓的值是否可以調(diào)節(jié)進(jìn)行檢測，分別對正、負(fù)電壓的輸出范圍進(jìn)行測量，轉(zhuǎn)動滑動變阻器，記錄十組輸出電壓。

如表1所示，電壓范圍測試結(jié)果基本達(dá)到任務(wù)要求的正負(fù)3V～12V，本電源作為常用的5V，9V，12V等電壓輸出電源。

表1：電壓可調(diào)性測量結(jié)果

圖1：多功能電源設(shè)計實驗原理

4　結(jié)束語

本文介紹了一種簡易多功能可調(diào)穩(wěn)壓直流電源的設(shè)計和制作方法。采用橋式全波整流、電容濾波、采用集成運(yùn)放穩(wěn)壓、滑動變阻器與芯片聯(lián)合調(diào)節(jié)輸出的方案。測量結(jié)果表明，基本達(dá)到穩(wěn)壓效果，可實現(xiàn)電壓3V-12V正負(fù)可調(diào)，本電源可作為常用的5V，9V，12V電壓輸出電源。