2022年多路输出直流稳压电源设计 .pdf

武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书I 目录摘要. IIABSTRACT . III1、方案论证和电路工作原理分析确定.IV1.1 设计主要性能指标 .IV1.1.1设计目的 . IV 1.1.2设计要求 . IV 1.2 原理分析 .IV1.3 设计方案选择 . V2.单元电路原理 .VI2.1 电源变压器 .VI2.2 整流电路 .VI2.3 滤波电路 . VII2.4 稳压电路 . VII3.参数计算及器件选择 .IX3.1 集成稳压器 .IX3.2 选择电源变压器 .IX3.3 整流二极管及滤波电容器.IX4. 安装与调试 . X5.课程设计心得体会 .XI6.参考文献 . XII附录元件清单 .XIII附录整体电路图 . XIV名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书II 摘要直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。这次课程设计是在老师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。综合设计实验对于提高我们的电子工程素质和科学实验能力。直流稳压电源有很多优异特性，为获得可靠的直流电压，一个简易的办法就是将我国目前的市电电压通过一定的方法转化为我们需要的直流电。我们此次课程设计任务就是设计一个可靠的多路直流稳压电源。本设计主要采用多路输出直流稳压构成集成稳压电路，通过变压、整流、滤波、稳压过程将220V 交流电变为稳压直流电，并实现电压可在+3V+9V 可调和实现固定输出电压+12V、-12V、+5V、-5V。关键词 ：直流稳压变压名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书III Abstract Dc voltage source of power transformer, general rectifier voltage filter circuits and circuit. The mains ac voltage transformer to need low voltage ac. The alternating current to direct current rectifier. The filter, the unstable voltage dc voltage dc voltage output to stability. This course is designed under the guidance of teachers in independent data access, design, installation and commissioning of the specific function of electronic circuit. The integrated design experiments to improve our electronic engineering quality and scientific experiment ability. Dc voltage stabilizer has many excellent properties, for obtain reliable dc voltage, a simple method is to present the mains voltage through certain method into our needs. Our mission is to design the curriculum design of a reliable way of dc voltage stabilizer. This design is mainly adopts multiple output voltage dc voltage circuit, through the integration of composition, rectifier voltage regulator, filtering, will become voltage dc, ac 220V voltage and realize in 3V + + 9V harmonizable fixed output voltage + 12 v , - the 12V, + 5V, - 5V. Keywords: dc voltage variable pressure 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书IV 1、方案论证和电路工作原理分析确定1.1 设计主要性能指标1.1.1 设计目的（1）学会根据已学知识设计具有某一特定功能的电路；（2）学会基本电路的组装与调试。1.1.2 设计要求 ：（1）设计并制作一个连续可天直流稳压电源，可将220V/50HZ 交流电转换为多路直流稳压输出，主要技术指标要求：第一档输出 +12V，-12V 1A 第二档输出 +5V，-5V 1A 第三档输出 +3+18V 可调（2）选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数并画出总体电路原理图，阐述基本原理。（选做：用PSPICE 或 EWB 软件完成仿真）（3）安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。1.2 原理分析图 1 在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率的稳压电源由电源变压名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书V 器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成1。如图 1。质量指标：稳压系数、温度系数、输出电阻、纹波电压，它们的定义式为：其中稳压系数 的定义是负载固定时输出电压的相对变化量与稳压电路的输入电压的相对 变化量之比。温度系数ST是反映温度变化对输出电压的影响；输出电阻 RO 反映负载电流变化对输出电压的影响；纹波电压是指稳压电路输出端交流分量的有效值，它表示输出电压的微小波动。可见，上述系数越小，输出电压越稳定。（1）交流电压变换部分。一般的电子设备所需的直流电压较之交流电网提供的220V电压相差较大，为了得到输出电压的额定范围，就需要将电网电压转换到合适的数值。所以，电压变换部分的主要任务是将电网电压变为所需的交流电压，同时还可以起到直流电源与电网的隔离作用。（2）整流部分。整流电路的作用，是将变换后的交流电压转换为单方向的脉动电压。由于这种电压存在着很大的脉动成份（称为纹波），因此一般还不能直接用来给负载供电，否则，纹波的变化会严重影响负载电路的性能指标。（3）滤波部分。滤波部分的作用是对整流部分输出的脉动直流电进行平滑，使之成为含交变成份很小的直流电压。也就是说，滤波部分实际上是一个性能较好的低通滤波器，且其截止频率一定低于整流输出电压的基波频率。（4）稳压部分。尽管经过整流滤波后电压接近于直流电压，但是其电压值的稳定性很差，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，以维持输出直流电压的基本稳定。1.3 设计方案选择采用电源变压器、整流滤波电路、和稳压电路。其中稳压电路是采用集成电路7805 和名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书VI 7905稳压器实现 +5V、-5V 输出，采用 317 集成电路实现 +3+18V输出，采用 7812 和 7912实现+12V、-12V 输出。将此方案与其他任何方案进行对比，可以发现此方案结构简单，所用元件数目较少，且容易调试。综合各方面因素，此方案最好。2.单元电路原理2.1 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，变压器的变比由变压器的副边电压确定。副边与原边的功率比为P2/ P1=，式中 是变压器的效率2。2.2 整流电路：整流电路是利用二极管的单向导电性，把交流电变为脉动直流电的电路。此稳压源利用的是单向桥式全波整流电路，此整流电路由四个二级管组成。如图2。其工作原理为：当U2 为正半周期时，二极管D1、D3 承受正向电压而导通， D2、D4 承受反向电压而截止，电流方向如左图红虚线所示。此时电流波形如图3 所示。整流二极管的反向击穿电压URM应该满足： URM2 V0，经过整流管的电压 U0=0.9U2。当 U2 为负半周幅值变化到恰好大于UC 时，D2 和 D4 因加正向电压变为导通状态，U2 再次对 C 充电，UC 上升到 U2 的峰值后又开始下降； 下降到一定数值时D2 和 D4 变为截止，C 对 RL 放电， UC 按指数规律下降；放电到一定数值时D1 和 D3 变为导通，重复上述过程。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书VII 2.3 滤波电路：图 4 电容充电时间常数为RDC，因为二极管的RD很小，所以充电时间常数小，充电速度快；RLC为放电时间常数，因为RL较大，放电时间常数远大于充电时间常数，因此，滤波效果取决于放电时间常数3。电容 C愈大，负载电阻 RL愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大，如图5 所示。电容滤波负载器输出电压U0= （1.11.2 ）U2。图 5 2.4 稳压电路：由于稳压电路发生波动、负载和温度发生变化，滤波电路输出的直流电压会随着变化。因此，为了维持输出电压稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素 （电网电压、 负载、环境温度） 等发生变化时， 使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件组成。采用集成稳压器设计的电源具有性能稳定、结构简单等优点。如图6，此电路图用的稳压器件是集成稳压块。固定式三端稳压器有78XX 系列和 79XX 系列4， 78XX 系列输出固定的正电压， 79XX系列输出固定的负电压。它们的引脚功能如图所示。78xx 也可换为 79xx。图 6 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书VIII 可调式三端稳压器输出连续可调的直流电压，常见产品有（CM）LM117 和 LM317 等。它们的基准电压是1.25V，输出电流为 100mA 或 500mA，输出电压范围可在1.2537V 之间连续可调5。稳压器内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠、应用方便性能优良等特点。如图 7，其中 R1 与 Rw组成电压输出电压调节电路，输出电压U0的表达式为：U01.25 （1+Rw/R1 ）式中 R1通常取 240，Rw则根据对 V0值的要求值求得。图 7 稳压器的输入端接电容C1可以进一步滤除纹波，输出端接电容C0能消除自己振荡，确保电路稳定工作。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书IX 3.参数计算及器件选择3.1 集成稳压器集成稳压器的输出电压为U0应与稳压电源要求的输出电压的大小及范围相同。稳压器的最大允许电流 ICM2 U2其额定工作电流应满足： IFI0max 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书X 实际电路中选用整流器。滤波电容 C的容量可由下式估算： C=Ict/ Uip-p式中， Uip-p 稳压器输入端纹波电压的峰- 峰值； t电容 C放电时间， t=T/2=0.01S; Ic电容 C放电电流，可取Ic=I0max，滤波电容 C的耐压值应大于2 U2。得 C=3300uF. 4. 安装与调试（1）安装：理论上首先应在变压器的副边接入保险丝FU， 一防止电源输出端损坏变压器或其它器件，其额定电流要略大于1A，选 FU 为 2A 的保险丝。集成稳压器LM317要加适当大小的散热片。先装集成稳压电路，再装整流滤波电路，最后安装变压器。安装一级测试一级。稳压电路组要测试集成稳压器是否正常工作。输入端直流电压VUi18时，调节2R, 输出电压随之变化，说明稳压电路工作正常。整流滤波电路组要检查整流二极管是否接反，安装前要用万用表测量其正、 反向电阻。安装后接入电源变压器，整流输出电压iU应为正，否则会损坏稳压器。断开交流电源，将整流滤波电路与稳压电路连接好，再接通电源， 输出电压oU为规定值， 说明各级电路均正常工作，可以进行性能指标的测试。安装时注意不要将太多锡丝弄到电路板上，以免出现短路的情况，避免虚焊，尽量一次到位，以免电路板上的镀铜脱落影响后面的焊接工作。尽量将实物摆放在一边，线则布在另一面，且布线时尽量让线横竖有一定的布局，保持电路板的整体美观。（2）调试：调试时将变压器接入220V交流电，将直流电压表接入电路中，然后调节RW ，观察其输出电压。在做观察纹波这一步时可选用示波器来完成。将输出电压接在示波器上，观察示波器显示的波形，并调节示波器的旋钮，记录最大波纹值，并与设计要求相比较，看是名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书XI 否符合要求，若不符和，则改进电路。对于输出5 、12V 的电路，亦进行类似处理，一级一级测量，若不符合要求则进行检查改进电路。第一次实际测量时LM317 所属的电路能正常工作，但LM7812 和 LM7912 所属的电路有问题， +12V 可以正常输出，但 -12V 不能正常输出，用万用表测量发现输出只有零点几伏，随后经仔细检查发现有虚焊，重新焊接后，再测量发现可以正常输出-12V，故障排除！5.课程设计心得体会本次设计，由于之前做过用LM317 设计一个正的连续可调电源的实验，但那次实验失败了？！而自己掌握的比较差，但我仔细看了看课本，所以在设计此次电源时，我脑海中就有了最初的单元电路，翻模电课本在结合自己的设计之后我完成了自己的设计，但是在装电路的时候并不是我想象的那样，出现了一些的问题，要一级一级的查总之，你可以在实践中去体会成功，比如电路板焊好的那一刻，比如查出一处自己找了好久的错误，都可以让自己欣喜不已，可是有时又很打击人，左看右看就是发现不了自己到底是哪一处出了岔子，电压为什么不变在自己的电路图实在是查不出错误出时？通过本次设计， 懂得了制作过程中电路处理的方法，并了解了直流稳压电源的系统方案论证与选择和各模块方案设计与论证，让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标，也让我们认识到在此次设计电路中所在的问题；而通过不断的努力去解决这些问题。通过此次设计， 我深刻的体会到只有在实践中才能检验自己掌握知识的程度，在设计过程中我查看了一些参考书目本次设计的不足在与虽然原理清楚了，但对于实际电路，不只是仅有那点知识和原理就够的。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书XII 6.参考文献1 吴友宇，伍时和，凌玲 . 模拟电子技术基础北京：清华大学出版社，2009.第一版2 舒庆莹，凌玲 . 电子技术基础实验 . 武汉理工大教材中心 2008 3 荆西京 . 模拟电子电路实验技术. 第四军医大学出版社 2004 4 王小海，蔡忠法 . 电子技术基础实验教程 . 高等教育出版社 2005 5 张华林 . 电子设计实训教程 . 北京航空航天大学出版社2007名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书XIII 附录元件清单元件名类型数量变压器 12V/25W 1 整流器 2A 1 二极管 IN4007 4 电容 3300F 5 电容 0.33F 4 电容 0.1F 6 电容 100F 5 电容 10F 1 稳压管 LM7805、LM7905 、LM7812 、LM7912 、LM317 各一电阻 240 1 电位器 010K 1 调试仪器：万用表、示波器等。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书XIV 附录整体电路图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 14 页 - - - - - - - - -