簡易多功能電源的設計與制作

文/范肇心　唐瑾璇　郭玉貝　侯瑞東

在電子技術教學實驗中，直流電源的使用率很高，我們期望能得到一種設備，既能夠實現直流穩壓，又能對電壓的正負和大小進行調節。為解決上述問題，設計并制作了一個正負可調的簡易的多功能電源，實用性強，成本低，可以作為教具教學使用。本文將詳細介紹電路設計中各個環節的工作原理以及元器件的參數選擇。

1　多功能電源設計實驗原理

如圖1所示。

2　電路設計過程

本次設計采用橋式全波整流、電容濾波、采用集成運放穩壓、滑動變阻器與芯片聯合調節輸出的方案。可使系統調節方便、性能優良。

2.1　變壓與整流電路的設計

本實驗設計要求能穩定輸出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。開關穩壓電源的整流電路及脈沖整流電路中應選用選擇快恢復二極管。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　前級濾波電路設計

電路的負載為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，可以取標準值為1000uF額定電壓為35V的鋁點解電容。同時選擇一個0.1uF的陶瓷電容來作為高頻濾波電容。

2.3　穩壓電路設計

要求輸出電壓可調，所以選擇三端可調式集成穩壓器，可調式集成穩壓器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，滿足設計要求。為了保護集成電路的電路連接，添加二極管D7，D8防止負載端出現短路。添加D5，D6防止電壓倒灌時燒毀芯片。添加了散熱片散熱，防止芯片發熱影響額定輸出。

2.4　后級濾波電路的設計

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；再通過穩壓電路穩壓，便可得到穩定直流電壓輸出。

3　實驗測量結果及分析

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　穩壓電路檢測

整流后的電壓波動很大，需進行濾波處理。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。穩壓后測出的測出實際的值是19.4V。從測得的波形發現，電壓還是有一些波動。加入三端穩壓器穩壓后輸出波形最終穩定。

3.3　電壓可調檢驗

檢測到電壓的輸出波形穩定后，對輸出電壓的值是否可以調節進行檢測，分別對正、負電壓的輸出范圍進行測量，轉動滑動變阻器，記錄十組輸出電壓。

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

表1：電壓可調性測量結果

圖1：多功能電源設計實驗原理

4　結束語

本文介紹了一種簡易多功能可調穩壓直流電源的設計和制作方法。采用橋式全波整流、電容濾波、采用集成運放穩壓、滑動變阻器與芯片聯合調節輸出的方案。測量結果表明，基本達到穩壓效果，可實現電壓3V-12V正負可調，本電源可作為常用的5V，9V，12V電壓輸出電源。