直流稳压电源的设计方法.pdf

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1、模拟电子技术课程设计课程设计任务书半导体直流稳压电源的设计和测试（一）设计目的1、学习直流稳压电源的设计方法；2、研究直流稳压电源的设计方案；3、掌握直流稳压电源的稳压系数和阻测试方法；（二）（二）设计要求和技术指标1、技术指标：要求电源输出电压为12V（或9V/5V），输入电压为交流 220V，最大输出电流为 Iomax=500mA，纹波电压VOP-P5mV，稳压系数 Sr5%。2、设计基本要求（1）设计一个能输出12V/9V/5V 的直流稳压电源；（2）拟定设计步骤和测试方案；（3）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件与参数；（4）要求绘出原理图，并用 Protel 画出印制板图；（

2、5）在万能板或面包板或 PCB 板上制作一台直流稳压电源；（6）测量直流稳压电源的阻；（7）测量直流稳压电源的稳压系数、纹波电压；（8）撰写设计报告。3、设计扩展要求（1）能显示电源输出电压值，00.0-12.0V；(2)要求有短路过载保护。（三）设计提示1、设计电路框图如下图稳压电路若使用分离元件要有取样、放大、比较和调整四个环节，晶体管选用 3DD 或 3DG 等型号；若用集成电路选 78#和 79#稳压器。测量稳压系数：在负载电流为最大时，分别测得输入交流比 220V 增大和减小10%的输出vo，并将其中最大一个代入公式计算 Sr，当负载不变时，Sr=VoVI/VIVO。测量阻：在输入交

3、流为 220V，分别测得负载电流为 0 与最大值时的Vo，ro=VO/IL。纹波电压测量：叠加在输出电压上的交流分量，一般为 mV 级。可将其放大后，用示波器观测其峰峰值VOP-P；用可用交流毫伏表测量其有效值VO，由1/31模拟电子技术课程设计于纹波电压不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定误差。2、实验仪器设备自耦变压器一台、数字万用表、交流毫伏表、面包板或万能板、智能电工实验台、示波器3、设计用主要器件变压器、整流二极管、集成稳压器（7812/7912/7809/7909/7805/7905）、电容、电阻若干3、参考书电工学电子工业；晶体管直流稳压电源科技；电子线路设计实验测试华中科技大学

4、模拟电子技术基础高等教育（四）设计报告要求1、选定设计方案；2、拟出设计步骤，画出电路，分析并计算主要元件参数值；3、列出测试数据表格。4、调试总结。（五）设计总结1、总结直流稳压电源的设计方法和运用到的主要知识点，对设计方案进行比较。2、总结直流稳压电源主要参数的测试方法。2/31模拟电子技术课程设计目录设计任务书2第一章绪论 5第二章系统设计方案论证与分析 7 2.1概述 7 2.2设计目的 7 2.3设计任务9 2.4设计要求9 2.5电路原理分析 9 2.6设计方案的选择与论证 10 2.7直流稳压电源的参数设计方法11第三章单元电路的设计 14 3.1电源变压器14 3.2整流电路1

5、4 3.3滤波电路 16 3.4稳压电路19第四章制作与调试 20 4.1安装与检查22 4.2焊接技术22 4.3稳压电源各项性能指标的测试23 4.4误差分析24第五章结论和心得 25第六章辞 27附录27附录 A主要器材28附录 B原理图29参考文献303/31模拟电子技术课程设计第一章绪论电子技术是当今高新技术的“龙头”，各先进国电子技术是当今高新技术的“龙头”，各先进国家无不把它放在优先的发展的地位。电子技术是家无不把它放在优先的发展的地位。电子技术是电类专业的一门重要的技术基础课，课程地显著电类专业的一门重要的技术基础课，课程地显著特点之一是它的实践性。要想很好的掌握电子技特点之一

6、是它的实践性。要想很好的掌握电子技术，除了掌握基本器件的原理，电子电路的基本术，除了掌握基本器件的原理，电子电路的基本组成与分析方法外，还要掌握电子器件与基本电组成与分析方法外，还要掌握电子器件与基本电路的应用技术，课程设计就是电子技术教学中的路的应用技术，课程设计就是电子技术教学中的重要环节。本课程设计就是针对模拟电子技术这重要环节。本课程设计就是针对模拟电子技术这门课程的要求所做的，同时也将学到的理论与实门课程的要求所做的，同时也将学到的理论与实践紧密结合。践紧密结合。电源技术是一门实践性很强的工程技电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。当今电源技术融合了电气、电术，服务于各

7、行各业。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对

8、电源产品提出了不同要求并制定果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。随着经济全球化的发展，满足国际标准够进入市场。随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。的产品才能获得进出的通行证。电源可分为交流电源和直流电源，它是任何电电源可分为交流电源和直流电源，它是任何电子设备都不可缺少的组成部分。交流电源一般为子设备都不可缺少的组成部分。交流电源一般为220V220V、50Hz50Hz 电源，电源，但许多家用电器设备的部电路都要但许多家用电器设备的部电路都要采用直流电源作

9、为供电能源，如收音机、电视机、带采用直流电源作为供电能源，如收音机、电视机、带4/31模拟电子技术课程设计微处理器控制的家电设备等都离不开这种电源。直流微处理器控制的家电设备等都离不开这种电源。直流电源又分为两类：一类是能直接供给直流电流或电压电源又分为两类：一类是能直接供给直流电流或电压的，如电池、蓄电池、太阳能电池、硅光电池、生物的，如电池、蓄电池、太阳能电池、硅光电池、生物电池等，本文不做具体介绍；另一类是将交流电变换电池等，本文不做具体介绍；另一类是将交流电变换成所需的稳定的直流电流或电压的，这类变换电路统成所需的稳定的直流电流或电压的，这类变换电路统称为直流稳压电源。现在所使用的大多

10、数电子设备称为直流稳压电源。现在所使用的大多数电子设备中，几乎都必须用到直流稳压电源来使其正常工作，中，几乎都必须用到直流稳压电源来使其正常工作，而最常用的是能将交流电网电压转换为稳定直流电而最常用的是能将交流电网电压转换为稳定直流电压的直流电源，可见直流稳压电源在电子设备中起着压的直流电源，可见直流稳压电源在电子设备中起着主要作用，为设备能够稳定工作提供保证。主要作用，为设备能够稳定工作提供保证。电子设备中都需要稳定的直流电源，功率较小的电子设备中都需要稳定的直流电源，功率较小的直流电源大多数都是将直流电源大多数都是将 50HZ50HZ 的交流电经过电源变压的交流电经过电源变压器，整流，滤波

11、和稳压这四个基本部分后获得。整流器，整流，滤波和稳压这四个基本部分后获得。整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；滤电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压；稳压电路的作用是将当输使之成为平滑的直流电压；稳压电路的作用是将当输入交流电源电压的波动、负载和温度的变化时，维持入交流电源电压的波动、负载和温度的变化时，维持输出直流电压的稳定。输出直流电压的稳定。由于集成稳压器具有体积小、重量轻、使用方便由于集成稳压器具有体积小、重量轻、使用方便和工作可靠等优点，应用越来越广

12、泛。国产的稳压器和工作可靠等优点，应用越来越广泛。国产的稳压器种类很多，主要分为两大类。稳压器中的调整元件工种类很多，主要分为两大类。稳压器中的调整元件工作在线性放大状态的称为线性稳压器，调整元件工作作在线性放大状态的称为线性稳压器，调整元件工作在开关状态的称为开关稳压器。在电子仪器仪表中，在开关状态的称为开关稳压器。在电子仪器仪表中，经常要求有稳定的直流电源，所以在整流滤波后面，经常要求有稳定的直流电源，所以在整流滤波后面，通常需要接直流稳压电路。通常需要接直流稳压电路。本本设设计计是是设设计计的的直直流流稳稳压压电电源源，是是一一种种将将220V220V 交流电转换为稳压输出的直流电源装置

13、，主交流电转换为稳压输出的直流电源装置，主要是采用一些简单的电子元件即可，它是有电源变压要是采用一些简单的电子元件即可，它是有电源变压5/31模拟电子技术课程设计器，整流电路，滤波电路和稳压电路四个部分组成。器，整流电路，滤波电路和稳压电路四个部分组成。通过本次设计能使我们对电子工艺的理论有了通过本次设计能使我们对电子工艺的理论有了更进一步的系统了解。我们了解到了设计小电子产品更进一步的系统了解。我们了解到了设计小电子产品的一些常规方法，以与培养了我们团队合作的能力，的一些常规方法，以与培养了我们团队合作的能力，在讨论设计方案，计算元件参数，购买元件，制作电在讨论设计方案，计算元件参数，购买元

14、件，制作电路板，安装调试方面都体会到了团队的力量。路板，安装调试方面都体会到了团队的力量。本本次课次课 程设程设 计的计的 课题是直课题是直 流稳流稳 压电源的压电源的 设计设计和调试，本课程设计将就直流稳压电源电路的工和调试，本课程设计将就直流稳压电源电路的工作原理、参数计算、元件选取、电路调试等做详作原理、参数计算、元件选取、电路调试等做详细的介绍和说明。细的介绍和说明。第二章第二章系统设计方案论证与分析系统设计方案论证与分析2.12.1 概概 述述6/31模拟电子技术课程设计220V220V 经电源变压器降为约经电源变压器降为约+24V+24V 的交流电，先经过的交流电，先经过D1D1

15、整流桥和电容整流桥和电容 C1C1 进行和进行和 C2C2 整流后分别经过稳压芯整流后分别经过稳压芯片片 U1U1、U2U2 分别得到分别得到+12V+12V 和和-12V-12V 的一个相对稳定的直的一个相对稳定的直流电压。流电压。为提高输出电压的稳定系数，对电子滤波器的性为提高输出电压的稳定系数，对电子滤波器的性能进行了改善，电源调整管采用复合管的形式。分别能进行了改善，电源调整管采用复合管的形式。分别在整流滤波和稳压后加电容在整流滤波和稳压后加电容 C3C3、C4C4、C5C5、C6C6 实现频实现频率补偿率补偿,防止高频自激振荡和抑制高频干扰。为了减防止高频自激振荡和抑制高频干扰。为了

16、减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰分别小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰分别加电容加电容 C7C7、C8C8。当输入端时，为保护稳压芯片加。当输入端时，为保护稳压芯片加 D3D3、D4D4。并且还在输出端加了。并且还在输出端加了 D1,D2D1,D2 两个发光二极管，来两个发光二极管，来检测电路是否正常工作，为了防止由于电流过大，讲检测电路是否正常工作，为了防止由于电流过大，讲发光二极管击穿，特用了两个电阻来进行保护。经过发光二极管击穿，特用了两个电阻来进行保护。经过一系列的改善如：减小输出电压纹波系数，达到优良一系列的改善如：减小输出电压纹波系数，达到优良的滤波效果等，是最终电

17、路达到了设计要求。的滤波效果等，是最终电路达到了设计要求。2.22.2 设计目的设计目的1 1、学习小功率直流稳压电源的设计与调试方法。、学习小功率直流稳压电源的设计与调试方法。2 2、掌、掌 握握小小功功率率直直流流稳稳压压电电源源有有关关参参数数的的测测试试方方法。法。3 3、通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试，、通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试，要求学会：要求学会：(1)(1)选择变压器、整流二极管、滤波电容与集选择变压器、整流二极管、滤波电容与集成稳压器来设计直流成稳压器来设计直流稳稳压电源；压电源；7/31模拟电子技术课程设计 (2)(2)掌掌握握直直流流稳稳压压电电路路的

18、的调调试试与与主主要要技技术术指指标的测试方法。标的测试方法。(3)(3)通过电路的设计可以加深对该课程知识的理通过电路的设计可以加深对该课程知识的理解以与对知识的综合运用。解以与对知识的综合运用。2.32.3 设计任务设计任务设计一波形直流稳压电源，满足：设计一波形直流稳压电源，满足：(1)(1)当输入电压在当输入电压在220V10%时，输出直流电压为220V10%时，输出直流电压为12V12V，输出直流电流，输出直流电流d d 的最大为的最大为 500mA500mA；(2)(2)输出纹波电压小于输出纹波电压小于5mV5mV，稳压系数小于稳压系数小于5%5%，输输出阻小于出阻小于 0.10.

19、1 欧。欧。2.42.4 设计要求设计要求直流稳压电源的基本要求：直流稳压电源的基本要求：(1)(1)合理的选择电源变压器；合理的选择电源变压器；(2)(2)合理选择集成稳压器；合理选择集成稳压器；(3)(3)完完成成全全电电路路理理论论设设计计、计计算算机机辅辅助助分分析析与与仿仿真、安装调试、绘制电路图；真、安装调试、绘制电路图；(4)(4)撰写设计使用说明书。撰写设计使用说明书。(5)(5)稳压电源稳压电源在输入电压为在输入电压为220220，50HZ.50HZ.电压电压8/31模拟电子技术课程设计变化围为变化围为+10%-10%+10%-10%条件下：条件下：a.a.输出直流电压为输出

20、直流电压为+12/-12+12/-12；b.b.最大输出电流为最大输出电流为:Iomax:Iomax 500mA500mA；c.c.纹纹波波电电压压(峰峰-峰峰值值)5mV(5mV(最最低低输输入入电电压下，满载压下，满载)；d.d.具有过流保护与短路保护功能；具有过流保护与短路保护功能；e.e.画出总体设计框图，以说明直流稳压电源有画出总体设计框图，以说明直流稳压电源有哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间的联系、变化，并以文字对原理作辅助说明。间的联系、变化，并以文字对原理作辅助说明。设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。选设计各个功能模块

21、的电路图，加上原理说明。选择适宜的元器件，接线验证、调试各个功能模块择适宜的元器件，接线验证、调试各个功能模块的电路，在接线验证时设计、选择适宜的输入信的电路，在接线验证时设计、选择适宜的输入信号和输出方式，在充分电路正确性同时，输入信号和输出方式，在充分电路正确性同时，输入信号和输出方式要便于电路的测试和故障排除。号和输出方式要便于电路的测试和故障排除。在在验证各个功能模块基础上，对整个电路验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和布线，进行合理布局，进行直流稳压的元器件和布线，进行合理布局，进行直流稳压电源整个电路的调试。电源整个电路的调试。2.62.6 设计方案的选择与论证设计方案的选

22、择与论证小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图 2.1 所示。变压电器整流滤波电路稳压电负载路路9/31模拟电子技术课程设计（a）u1u2u3uI（b）整流与稳压过程图 2.1 稳压电源的组成框图与整流与稳压过程方案一：简单的并联型稳压电源并联型稳压电源的调整元件与负载并联，因而具有极低的输出电阻，动态特性好，电路简单，并具有自动保护功能；负载短路时调整管截止，可靠性高，但效率低，尤其是在小电流时调整管需承受很大的电流，损耗过大，因此在本实验中不适合此方案。方案二：输出可调的开关电源；开关电源的功能元件工作在开关状态，因而效率高，输出功率大；且容易实现短路保

23、护与过流保护，但是电路比较复杂，设计繁琐，在低输出电压时开关频率低，纹波大，稳定度极差，因此在本实验中不适合此方案。方案三：由固定式三端稳压器（7812）组成由固定式三端稳压器（7812）输出脚 V0、输入脚 Vi和接地脚 GND 组成，它的稳压值为+12V，它属于 CW78*系列的稳压器，输入端接电容可以进一步滤波，输出端接电容可以改善负载的瞬间影响，此电路比较稳定。根据实验设计要求，本实验采用方案三。2.6 电路原理分析直流稳压电源一般由电源变压器 T、整流、滤波电路与稳压电路所组成，基本框图如图 2.2 所示。各部分的作用：图 2.210/31模拟电子技术课程设计（1）电源变压器 T 的

24、作用是将电网 220V 的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压 U2。变压器副边与原边的功率比为 P2/P1=，式中是变压器的效率。（2）整流滤波电路：整流电路将交流电压 U1变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压 U0。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等，如图 2.3 所示。图 2.3整流桥将交流电压 U2变成脉动的直流电压，再经滤波电容 C 滤波纹波，输出直流电压 U0。U0与交流电压 U2的有效值 u2的关系为 U0=（1.1-1.2）u2每只整流二极管承受的最大的方向电压 Vrm=2U2通过每只二极管的平均电流 I=0.5Ir=

25、0.45U2/R式中,R 为整流电路的负载电阻.它为电容C 提供放电回路,RC 放电时间常数应满足 RLC(3-5)T/2式中,T 为 50HZ 交流电压的周期,即 20ms.（3）电压输出稳压器由于输入电压 U1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压 UI会随着变化。因此，为了维持输出电压 UI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）发生变化时，能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所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。2.7 直流稳压电源的参数设计方法11/

26、31模拟电子技术课程设计稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压 Uo、输出电流 Io、输出纹波电压Uop-p等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流桥和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。直流稳压电源的参数设计可以分为以下三个步骤：根据稳压电源的输出电压 Uo、最大输出电流 Ioma x，确定稳压器的型号与电路形式。根据稳压器的输入电压UI，确定电源变压器副边电压 u2的有效值U2；根 据稳压电源的最大输出电流 I0m ax，确 定流过电源变压器副边的电流 I2和电源变压器副边的功率 P2；根据 P2，从表 1 查出变压器的 效率，从而确定电源变压器原边的功率

27、 P1。然后根据所确定的参数，选择电源变压器。确定整流桥的正向平均电流 ID、整流桥的最大反向电压URM和滤波电容的电容值和耐压值。根据所确定的参数，选择整流桥和滤波电容。设计参数如下：选择三端集成稳压器，确定电路形式集成稳压器选用 L7812cv(1.5A,12V)与 PJ7912(1.5A,-12V)，其输出电压围为：Uo=12V 和-12V。所确定的稳压电源电路如图 2.4 所示。图 2.412/31模拟电子技术课程设计选择电源变压器电源变压器有很多种：有降压的、有升压的，在这次的设计中我用的是降压变压器，它的作用是将来自电网的 220V 交流电压 u1变为整流电路所需要的交流电压 u2

28、。P2P1，其中：P2是变压器副边的功率，P1是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表 1 所示：表 1小型变压器的效率副 边 功 率10VA10 30VA30 80VA80 200VAP2效率0.60.70.80.85因此，当算出了副边功率P2后，就可以根据上表算出原边功率P1。U1 和 U2 的取值决定了相关器件与参数的选择，一般情况下，U1 应比U0 高 3V 左右（太小影响稳压，太 大稳压器功耗大，易 受热损坏）。故可取 U1=12+3=15V，考虑电网电压 10%的波动，最终取 U1=16.7V,由 UL=（1.1-1.2）V2,变压器次有效值 u2为 u2=U1/1.1=15.

29、2V，但因本设计输出电压为 12V，故变压器输出电压 U2=18V，即变比为 0.7，但在实际过程中，由于商家没有，选购了输出为 24V 的。选用整流桥和滤波电容整流桥：整流输出电压平值U202sin(t)d(t)2 2U20.9U2=21.6V二极管平均电流1UOU2IDIO0.45=0.327A22RLRL二极管最大反向压URM2U2=33.94V故整流桥选用 2W06W(1A,50V)保护二极管选 IN4001(1A,50V)13/31模拟电子技术课程设计滤波电容：RLC(3-5)T/2,则 C1=5T/2RL,式中 T 为交流电源周期，T=20ms，RL为C1右 边 的 等 效 电 阻

30、，应 去 最 小 值，由 于Imax=500mA,因 此RL=U1/Imax=33,所以 C1=C2=1515 f,可见 C1 的容量较大，应选电解电容，受规格限制，电容的耐压要25V,故滤波电容 C 取容量为 2200uF，耐压为 25V 的电解电容。发光二极管的保护电阻选用 470.第三章单元电路设计3.1电源变压器过整流电路将交流变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流压含有较的纹波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。电源变压器的作用是将交流 220V 的电压变为所需的电压值，然后通过的电压还随电网电压波动、负载何温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳

31、压电路的作用是当电网电压波动、负载何温度变化时，维持输出直流电压稳定。3.2整流电路利用二极管的单向导电性，将交流电压（电流）变成单向脉动电压（电流）的电14/31模拟电子技术课程设计路，称为整流电路。交流电分为三相交流电和单相交流电，在小功率电路中一般采用单相半波、全波、桥式整流电路和倍压整流电路。本节主要研究单相桥式整流电路，对于倍压整流电路与全波整流电路，可通过相应参考书来了解。为简化分析，假定二极管是理想器件，即当二极管承受正向电压时，将其作为短路处理；当承受反向电压时，将其作为开路处理。单相桥式整流电路为了保留全波整流电路效率高、脉动系数小的优点而克服其反向电压高的缺点，若使二极管承

32、受的反向电压和半波电路一样，比全波整流电路减少一半，使二极管成本下降，可在此基础上多用几只二极管，如图 3.1 所示电路就基本解决了上述问题。图 3.1单相桥式整流电路1）电路组成与工作原理桥式整流电路由四只二极管组成的一个电桥，电桥的两组相对节点分别接变压器二次绕组和负载。这种电路有三种画法，如下图。在工作时，D1、D2 与D3、D4 两两轮流导通。在 u2 正半周，二极管 D1 和 D2 正向导通，而 D3、D4 反向截止，形成负载电流i0，i0 流通路径为：aD1RLD2ba，u0=u2；在u2 的负半周，二极管 D3 和 D4 正向导通，而 D1、D2 反向截止，形成负载电流 i0，i

33、0 流通路径为：bD3RLD4ab，u0=u2。由此可见，不论哪两只二极管导通，负载电流的方向都始终保持不变。电路各处电压、电流波形如图3.2所示。2）输出电流电压 U015/31模拟电子技术课程设计由桥式整流电路的波形可知，其输出电压与流过二极管的电流与全波整流的波形相同：U0=0.9U23）整流二极管的选择由桥式整流电路的波形可知，每只二极管截止时所承受的反向电压为变压器副边电压峰值，因此，各二极管所承受的最大反向电压为 URM=2U2虽然是全波整流，由于二极管仍然是只有半个周期导通。此值与半波整流电路相同，负载上的电流是这个数值的 2 倍。ID=I0/2图 3.2单相桥式整流电路的波形图

34、3.3 滤波电路经过整流后，输出电压在正负方向上没有变化，但输出电压波形仍然保持正弦波的形状，起伏很大。为了能够得到平滑的直流电压波形，需要有滤波的措施。16/31模拟电子技术课程设计在直流电源上多是利用电抗元件对交流信号的电抗性质，将电容器或电感器与负载电阻恰当连接而构成滤波电路。电容有通高频、阻低频的作用，将其直接并在整流电路后面，可以让高频电流通过电容流回电源，从而减少了流入负载的高频电流，降低了负载电压的高频成分，减小了脉动。下面讨论电容滤波电路的工作原理，为讨论问题的方便，我们以半波整流电容滤波电路为例进行分析，电路如图 3.3 所示。图 3.3 单向半波整流电容滤波电路与其波形图（

35、1）工作原理设设u2u2波形如图波形如图3.33.3（b b）所示，未接电容时，输出电压如图）所示，未接电容时，输出电压如图 3.33.3（b b）中的虚线）中的虚线所示。在所示。在u2u2正半周，设正半周，设u2u2由零上升，二极管由零上升，二极管D D 导通，导通，u0=u2u0=u2，此时电源对电容，此时电源对电容充电，由于充电时间常数很小，电容充电很快，所以电容上升的速度完全跟得充电，由于充电时间常数很小，电容充电很快，所以电容上升的速度完全跟得上电源电压的上升速度，上电源电压的上升速度，uC=u2uC=u2。当。当u2u2上升到峰值时，电容充电达到上升到峰值时，电容充电达到 1.4U

36、21.4U2，二，二极管极管D D 截止，随后截止，随后u2u2下降，电容下降，电容C C 向负载向负载R RL L放电，放电时间常数为放电，放电时间常数为 R RL LC C，其值，其值17/31模拟电子技术课程设计较大，所以电容电压下降的速度比较大，所以电容电压下降的速度比 u2u2下降到速度慢得多，此时负载电压靠电容下降到速度慢得多，此时负载电压靠电容C C 的放电电流来维持，的放电电流来维持，u0=uCu0=uC。当电容放电到。当电容放电到b b 点时，点时，uCuCu2u2，二极管，二极管D D 又导通，又导通，电容又被充电。充电至电容又被充电。充电至1.4U21.4U2 后，又放电

37、。如此重复进行，就得到输出电压的后，又放电。如此重复进行，就得到输出电压的波形如图波形如图3.33.3（b b）中实线所示。由图可见，经电容滤波后，负载电压变得平稳，）中实线所示。由图可见，经电容滤波后，负载电压变得平稳，且平均值提高了。桥式整流电容滤波电路的原理与半波时相同，其电路和波形且平均值提高了。桥式整流电容滤波电路的原理与半波时相同，其电路和波形如图如图3.43.4所示。所示。图 3.4单相桥式整流电容滤波电路与其波形图（2）输出直流电压在有滤波电容的整流电路中，要对其输出直流电压进行准确的计算是很困难的，工程上一般按以下经验公式进行估算。当电容的容量足够大，满足 RLC（35）T/

38、2（T 为电网电压的周期）时，对于半波整流电容滤波：U0 U2对于全波或桥式整流电容滤波：U01.2 U2（3）滤波电容的选择为了得到比较好的滤波效果，在实际工作中常根据下式选择滤波电容的容18/31模拟电子技术课程设计量。对于半波整流：RLC（35）T对于全波或桥式整流：RLC（35）T/2由于电容值比较大，约为几十至几千微法，一般选用电解电容，接入电路时，注意极性不要接反，电容器的耐压值应大于 1.4U2。（4）整流二极管的选择对于半波整流滤波电路：ID=I0，URM=1.4U2对于全波或桥式整流电容滤波电路：ID=I0/2，桥式整流URM=2U2，全波整流 URM=2.8U2由图 3.3

39、、图 3.4 可见，加上电容滤波，流过整流管的电流变成脉冲电流，由于电源接通的瞬间，电容相当于短路，有一个很大的冲击电流流过二极管，其瞬间值可以是正常工作时的好几倍，故在选择整流管最大允许的正向平均电流时，应留有充分的裕量，一般选 IF=（2 3）ID。3.4稳压电路集成三端稳压器具有体积小，外围元件少，调整简单，使用方便且性能好，稳定性高，价格便宜等优点，因而获得越来越广泛的应用。常见的有固定式和可调式两类集成三端稳压器，部多以串联型稳压电源为主，还有适当的过流、过热等保护电路。一般固定式较便宜，可调式较贵，性能也好些，功率相对也较大。故本次设计采用固定式三端稳压器。主要有 7800 系列（

40、输出正电压）和 7900 系列（输出负电压）。后两位数字通常表示输出电压的大小。图 3.5 是外形图和电路符号。加散热片后允许功耗达到 7.5W，普通型稳压器最大输出电流为 1.5A。19/31模拟电子技术课程设计图 3.5固定式集成三端稳压器外形与电路符号1.基本应用电路图 3.6 所示为基本应用电路。具体型号应根据输出电压大小和极性选择。VI和 VO 间的差压，即|VIVO|（35）V。图中C1 用于抑制芯片自激，应尽量靠近稳压器管脚；C2 用于限制芯片高频带宽，减小高频噪声。如果对输出要求高，还应接 10F 以上的电解电容作滤波用。图 3.6固定式三端稳压器基本应用电路2.扩展应用电路图

41、 3.7 是正负电压输出型稳压电路。图 3.8（a）、（b）是输出电压扩展电路的两种类型。20/31模拟电子技术课程设计图 3.7 正负输出稳压电路图 3.8 输出电压扩展电路第四章第四章 制作与检测制作与检测4.1 安装与检查对电路进行组装：按照自己设计的电路，在在通用板上焊接。焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象。对安装完成的电路板的参数与工作状态进行测量，以便提供调整电路的依据。经过反复的调整和测量，使电路的性能达到要求。安装前应检查元器件的质量，安装是特别要注意电解电容、集成芯片等主要器件的引脚和极性，不能接错。从输入级开始向后级安装。开始安装稳压电源，检查

42、万能板部结构，确定其部的电气连接属性1)检查元器件看是否有损坏，或者不符合规格的，要与时更换。21/31模拟电子技术课程设计2)安装一个元器件，先要用尖嘴钳将其引脚成型，然后用镊子把引脚放入孔高度要适中，符合电气标准完毕后，要用万用表测量元器件引脚和电路板之间是否接触良好，然后再安装下一个元器件。3)对于导线要用斜口钳切成适当的长度，然后成型安装安装时必须采用绝缘良好的绝缘导线,在画连线的时候要取好元件与元件的距离.连接的时候线与线之间不能交叉。4)应避免元器件损坏的发生，插元器件时候要垂直插拔以免行成不必要的损坏。一最后结果没有出来的原因主要有以下情况：1.操作不当（如布线错误等）2.设计不

43、当（如电路出现险象等）3.元器件使用不当或功能不正常4.仪器（主要指数字电路实验箱）和集成元件本身出现故障。二检查故障的方法主要有以下一些：1.查线法：由于在实验部分故障都是由于布线错误引起的，因此，在故障发生时，复查电路连线为排除故障的有效方法。应着重注意：有无漏线、错线，导线与插孔接触是否可靠，集成电路是否插牢、集成电路是否插反等。2.观察法：用万用表直接测量各集成块的 Vcc端是否加上电源电压；输入信号，时钟脉冲等是否加到实验电路上，观察输出端有无反应。重复测试观察故障现象，然后对某一故障状态，用万用表测试各输入/输出端的直流电平，从而判断出是否是插座板、集成块引脚连接线等原因造成的故障

44、。3.信号注入法在电路的每一级输入端加上特定信号，观察该级输出响应，从而确定该级是否有故障，必要时可以切断周围连线，避免相互影响。22/31模拟电子技术课程设计4.信号寻迹法在电路的输入端加上特定信号，按照信号流向逐线检查是否有响应和是否正确，必要时可多次输入不同信号。5.替换法对于多输入端器件，如有多余端则可调换另一输入端试用。必要时可更换器件，以检查器件功能不正常所引起的故障。4.2焊接技术 结合万能板的结构原理合理安排集成块和元器件的位置，为了美观大方要求各元件尽可能的保持在同一条直线上；合理布局，安装前要对整机线路进行合理布局，一般按照电路的顺序一级一级地布线，连线尽可能短。从整个板来

45、说是否美观好看，关键是导线的布置，所以布线要注意整齐，集 成块相邻管脚之间尽量不布线。这 样便于调整与测试工作的顺利进行。注意：安装前应检查元器件的质量，安装是特别要注意电解电容、集成芯片等主要器件的引脚和极性，不能插错。从输入级开始向后级安装。4.3稳压电源各项性能指标的测试一、电路的调试与检测1)静态调试当连好电路板的线路时，先不要急着通电，而因该从以下几个方面进行检测：A、对 照原理图，用 万用表一一检查线路的各个接口是否接通，是否有短路、断 路或漏接的现象，如 果有，因 该与时改好电路连23/31模拟电子技术课程设计线。B、对照原理图，检查各元件是否接正确。2)动态调试接通 220V

46、的电源，用数字万用表对所设计的电路实物进行测试，得到正电源输出电压为+12.14V，负电源输出电压为-12.08V3)技术指标测量与误差分析二、技术指标测量、测量稳压系数，先调节自藕变压器使输入的电压增加 10%，即Vi=242V,测量此时对应的输出电压 Vo1；再调节自藕变压器使输入减少10%，即 Vi=198,测 量 此 时 对 应 的 输 出 电 压Vo2,然 后 测 量 出Vi=220V 时对应的输出电压 Vo,则稳压系数 Sv=VO/VO220VO1VO2=.Vi/Vi242 198VO输出电压与最大输出电流的测试测试电路如图 4.1图 4.1稳压电源性能指标的测试电路测试过程是：先

47、调节自耦变压器使输入电压增加 10%，即 Vi=242V，测量此时对应的输出电压 VO1；再调节自耦变压器使输入电压减少 10%，即 Vi=198V，测量此时对应的输出电压 VO2，然后再测出 Vi=220V 时对应的输出电压 VO，则稳压系数SV=（VO/VO）/（Vi/Vi）24/31模拟电子技术课程设计 =220/（242-198）（VO1-VO2）/VO根据上述测量方法，可对正负双电源进行测试，测试数据如下：当 Vi=198V 时，测得数据为：VO1+=11.97 V，V01-=-11.96V当 Vi=242V 时，测得数据为：VO2+=12.10V，VO2-=-12.06V当 Vi=

48、220V 时，测得数据为：VO+=12.14V，VO-=-12.08V由以上所测数据，可得稳压系数为：Sr+=（VO/+VO+）/（Vi/Vi）=220/（242-198）（VO1+-VO2+）/VO+-0.05354Sr-=（VO-/VO-）/（Vi/Vi）=0.04139（3）输出电阻的测量按图 4.1 所示连接电路，保持稳压电源的输入电压U1 220V，在不接负载 RL时测出开路电压 Uo1=12.14V，此时 Io1=0，然后接上负载 RL，测出输出电压 Uo2=12.16V和输出电流 Io2=0.49A，则输出电阻为：R0U0IU02=0.0408I01I02（4）纹波电压的测试用示

49、波器观察 Uo的峰峰值，（此时 Y 通道输入信号采用交流耦合AC），测量Uop-p的值（约 4mV）。4.4误差分析1）、误差计算+Vcc%=（12.14-12.00）/12.00=1.167%25/31模拟电子技术课程设计-Vcc%=(-12.08+12.00）/-12.00=0.667%2）、误差原因综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有:a)元件本身存在误差；b)焊接时，焊接点存在微小电阻；c)万用表本身的准确度而造成的系统误差；d)测量方法造成的人为误差。第五章结论和心得本设计主要利用电源变压器、整流二极管、滤波电容与集成稳压器固定式来设计同时输出12V 电压直流稳压电

50、源。其结构简单，使用元器件较少；系统的可靠性好，其精度高，成本低，便于维修，且可作为一个独立的模块为其他电子设备提供电能。在设计的过程，遇到了不少的问题，但是我们没有后退，而是承受，并且通过翻阅资料来解决问题。我们在设计了电路以后中，发现电路板焊接后，不方便调试，于是加了两个插槽。调试时，有发现负电压的输出为零，通过用万用表检查发现原来焊接做的不好，有些焊点之间根本就没连接起来。起先为了焊接方便，我们没有将元件的管脚剪掉，而是互相搭接焊在一起，以至于造成了后来调26/31模拟电子技术课程设计试结果出不来，并且做的板子也不美观。我们便把起先那些没焊好的，都重新焊了一遍，用导线给焊接，在这过程，也