可调式稳压电路的构成和分析

直流稳压电源主要由降压、整流、滤波和稳压几个部分组成，降压变压器需要考虑的主要因素有：次级线圈数量、次级输出电压、功率。次级线圈数量和输出直流电压的路数有关系，如果只有一路直流电压输出，就仅需一个次级线圈；如果有两路直流电压输出电压，但是这两路直流电压差不大，也可以只使用一个次级线圈；如果有多路电压差很大的直流输出，则应该选用多个次级线圈的变压器。

变压器的次级输出电压根据输出直流电压进行推算。因为220V交流电可以有－10%～＋7%的电压偏差，所以设计电路时必须考虑变压器初级线圈输入电压在198～235.4V之间波动，输出都能满足技术指标要求。如果输出直流电压要求有12V，则考虑7805之类的三端稳压集成电路两端3V压降，并要求滤波电路的输出至少达到15V，按照1.2倍的关系换算成变压器副边有效值就是12.5V。变压器的匝数比应该是198/12.5＝15.84，取整为15∶1。再按照15∶1的匝数比可以推出整流滤波后的直流电压值范围为15.84～18.83V。

变压器的功率可以从负载的功率得到，按照项目要求，两路直流的负载功率分别为5 W和6W，再加上稳压电路自身消耗的功率，变压器的功率选择12～15 W比较合适。在选择变压器功率的时候，一方面要考虑到很多情况负载并不是满载运行，本身是有余量的，所以变压器不用预留过大功率；另一方面，变压器偶尔短时少量超过额定功率并不会损坏；还要考虑某些特殊情况，比如误操作导致的短时间短路，变压器不应烧毁；还有，变压器功率余量过大会导致体积、重量、价格的大幅增加。所以，在选择变压器的时候应该充分考虑正常工作的最大功率，变压器的额定功率应略大于正常工作的最大功率。

通过前面的分析可以知道，对于本项目来说，由于＋3～＋12V一路的三端稳压集成电路输入电压比较高，并不适合直接给7805供电，否则容易使7805过热，所以应该使用两个次级线圈的变压器。给7805供电的变压器线圈匝数比应为29∶1；给LM317供电的变压器线圈匝数比应为15∶1。

为减小纹波，采用桥式整流，整流二极管的选择非常重要。技术指标要求7805一路的直流电流为1A，所以整流二极管的最大平均整流电流应不小于1A，为应对干扰、误操作等特殊情况，选择器件型号时应留有至少10%的余量，如果条件允许可以选择2～3倍安全系数，所以7805一路选择2A的整流二极管型号，0.5A的LM317一路选择1A的整流二极管型号。

整流二极管可能遇到的最高反向电压是必须考虑的一个问题，过高的反向电压会永久损坏二极管，导致电路故障。在正常工作时，二极管反向峰值电压由变压器次级输出电压的峰值决定。变压器原边有效值最高235.4V，按照匝数比应为15∶1来计算出副边有效值最高为15.69V，则幅值为22.19V，即正常工作时二极管最高反向工作电压为22.19V。为了应对各种不可预见的干扰（比如雷电导致的电网电压波动），在选择二极管型号时，通常将二极管最高反向工作电压提升一倍，所以本项目按照最高反向工作电压50V选择二极管型号。7805一路的最高反向工作电压低于LM317这路，50V是个很低的标准，所以也按照最高反向工作电压50V选择二极管型号。

如果两路的技术指标差距甚大，某些参数要求过高，则符合要求的器件会特别昂贵，这时候减少昂贵器件的数量、降低设备成本就很重要。相反，在技术指标差距很小时，很多器件虽然型号不同，但是价格相同，这时候可以用高指标的型号替代低指标的型号，能够减少器件种类。

综上所述，7805一路的整流二极管的型号都选择1N5401，其最大平均整流电流为3A，最高反向工作电压为50V，LM317一路的整流二极管的型号选择1N4001，其最大平均整流电流为1A，最高反向工作电压为50V，满足技术指标要求。

由于工作电流不太大，因此滤波电路可以采用电容滤波。滤波电容一般选择铝电解电容，在高品质电路中一般选择钽电解电容，钽电解电容价格较高，性能较好。电解电容的耐压是容易忽视的问题，电解电容的耐压应高过工作电压1/3以上，很多场合取工作电压的1.5～2倍，以防止过高的干扰电压导致电容失效。电解电容的工作电压应按照整流电路输出的峰值计算，LM317一路应该按照下式计算：

式中，N为变压器匝数比。

考虑到余量，可以选择耐压35V或者50V的电解电容。过高耐压值的电容会带来体积和价格的增加。7805一路可以选择25V耐压的电解电容。

电解电容的容量可以根据实际需要进行灵活选择，从几十微法到1　000～2　000μF都可以考虑。一般负载动态范围大的需要选择大容量电容，大容量电容体积大，价格高。在这里选择470μF的电容。

稳压电路就使用LM7805和LM317典型电路。

实际操作1：直流稳压电路仿真测试

（1）用Multisim软件绘制电路图，如图1.54所示。

图1.54　小功率直流稳压电源(www.xing528.com)

（2）调节电位器R3，用万用表测量输出电压，记录输出电压变动范围，并与设计指标对比。

（3）调节负载电位器R1，测试输出波纹系数，并与设计指标对比。

（4）测量负载电位器R4两端电压，并与设计指标对比。

（5）调节负载电位器R4，测试输出波纹系数，并与设计指标对比。

（6）用示波器观察电路中各处波形。

（7）仿照图1.54所示，用LM7809和LM7909设计一个双电源电路，绘制电路并进行仿真。

实际操作2：小功率直流稳压电源电路的制作与调试

（1）按照表1.6所列元器件和耗材进行装接准备工作，对元器件进行检查测试。

表1.6　小功率直流稳压电源耗材清单

（2）按照电路图安装、焊接元器件，剪去多余引脚，检查焊点，清除多余焊渣。

（3）通电前检查有无短路情况，电路连接是否可靠，元器件有无错装、漏装现象。

（4）通电检查，应密切注意观察指示灯是否点亮、有无糊味、有无冒烟、有无熔断器熔断等现象，一旦发现异常应立即断电，断电之后详细检查电路。

（5）通电检查没问题后，进行参数测试，用万用表测量输出电压、输出电压调节范围、波纹系数等技术指标并记录，检查是否达到设计要求。用示波器观察各处信号波形，与仿真结果对比。测试过程中R1和R4阻值不能调得过小，以免烧毁。测试过程中应注意观察有无元器件过热现象。

（6）稳压电源在实际使用中应拆除电位器R1和R4。

（7）若实际负载功率较小，可以适当减小变压器功率，这样可以降低成本、减轻重量，提高便携性。

（8）若LM7805和LM317不加装散热片，则可能出现过热现象，不可触摸，以免烫伤，甚至可能达不到设计功率就烧毁器件，因此应按照数据手册安装指定大小的散热片。

（9）有条件的话，制作一个±9V的双电源。