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1、2008级电气工程及自动化专业毕业论文设计题目线性稳压电源的设计姓名及学号刘冬2008145111学院电气信息与自动化专业电气工程及其自动化班级08 电气指导教师石学文 2012年05月8日题目：线性稳压电源的设计一、设计题目及要求1、设计题目利用运放和分立元器件设计一线性可调稳压电源。2、设计要求（1）基本要求输出电压：Vo=4.512.0V；输出电流：Io1A；输出纹波：VP-P10mV；电压调整率：Ku5%（最大输出电流时）；电流调整率：Ki3%。（输出为12V时）。（2）发挥部分增加过流保护；增加电压显示功能；进一步提高指标精度，尽量提高效率。指导教师签名： 2011年 月 日二、指导
2、教师评语指导教师签名： 2011年 月 日三、成绩 验收盖章 2011年 月 日目录一、 设计要求：4二、 设计任务：5三、实验原理：5（一）、线性稳压电源的基本原理：51电源变压器52整流电路53滤波电路54稳压电路6（二）、稳压电源的性能指标及测试方法61、稳压系数及电压调整率62、输出电阻（也称等效内阻或内阻）63、 纹波电压6四、电路设计：7（1）变压部分设计7变压器的主要参数有：7变压部分参数设计：8（2）整流、滤波电路8整流部分的设计：8（3）稳压电路9电路参数计算如下：9（1）确定稳压电路的最低输入直流电压Ui,min9（2）确定电源变压器副边电压、电流及功率。9（3）选整流二极
3、管及滤波电容。9（4）电阻以及变位器的选择。9（5） 运算放大器选择9五、 完整电路图：10六、 电路板的制作及电路焊接与调试：10七、在调试及组装电路过程中出现的问题及解决方法：10八、 设计心得体会：10九、元器件清单：10十、参考文献：11十一、鸣谢：11十二、附录：111、元件清单112、 原理图12线性稳压电源的设计引言稳压电源通常分为线性稳压电源和开关稳压电源。线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源。线性稳压直流电源的特点是：输出电压比输入电压低；反应速度快，输出纹波较小；工作产生的噪声低：效率较低，产生的热量大。本文将对现有线性稳压电路设计方法进行总体的综述，并分析稳压电源的
4、组成及其功能做简要说明和设计。1、 设计要求：（1）基本要求输出电压：Vo=4.512.0V；输出电流：Io1A；输出纹波：VP-P10mV；电压调整率：Ku5%（最大输出电流时）；电流调整率：Ki3%。（输出为12V时）。（2）发挥部分增加过流保护；增加电压显示功能；进一步提高指标精度，尽量提高效率。2、 设计任务：（1）根据设计指标及要求选择电路形式，画出原理电路图；（2）选择元器件型号及参数，并列出器件清单；（3）利用protel99软件仿真，并在通用板上组装焊接电路；（4）完成电路的测试与调整，使有关指标达到设计要求；（5）写出设计总结报告。三、实验原理：（一）、线性稳压电源的基本原理
5、：线性稳压电源一般由电源变压器、整流、滤波电路及稳压电路组成，基本框图如下所示：1电源变压器 电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器的副边与原边的功率比为P2/P1=，式中为变压器的效率。2整流电路 整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。3滤波电路滤波电路通过电容将脉动直流电压的纹波减小或滤除。4稳压电路稳压电路的作用就是稳定输出电压。（二）、稳压电源的性能指标及测试方法稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数或电
6、压调整率、输出电阻或电流调整率、温度系数及纹波电压等。1、稳压系数及电压调整率稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即电压调整率：输入电压相对变化为正负10%时的输出电压相对变化量，即稳压系数S和电压调整率K均说明输入电压变化对输出电压的影响，因此只需测试其中之一即可。2、输出电阻（也称等效内阻或内阻）在额定电网电压下，由于负载电流变化IL引起输出电压变化Uo，则输出电阻为3、 纹波电压（1）最大纹波电压在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波（包括噪声）的绝对值大小，通常以峰峰值或有效值表示。（2）纹波系数 在额定负载电流下，输出纹波电压的有
7、效值Urms与输出直流电压Uo之比（3）纹波电压抑制比纹波电压抑制比是指在规定的纹波频率（例如50Hz）下，输入电压中的纹波电压Ui与输出电压中的纹波电压Uo之比，即纹波电压抑制比=四、电路设计：总电路部分的设计方案：（1）变压部分设计 铁心变压器 空心变压器 铁氧体芯变压器 自耦变压器图1 变压器的图形符号变压器的主要参数有：变压比变压器的变压比是初级电压与次级电压的比值。额定功率额定功率，是变压器在指定频率和电压下能连续工作而不超过规定温升的输出功率。效率效率是输出功率与输入功率之比，它反映了变压器的自身损耗。空载电流变压器在工作电压下次级空载时（次级电流为零），初级线圈流过的电流称为空载
8、电流。空载电流大的变压器损耗大、效率低。绝缘电阻和抗电强度绝缘电阻，指变压器线圈之间、线圈与铁心之间及引线之间的电阻。抗电强度是在规定的时间内变压器可承受的电压，它是变压器特别是电源变压器安全工作的重要参数。电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器的副边与原边的功率比为，式中为变压器的效率。变压部分参数设计：选择交流220V、50Hz的变压器，电压波动范围10%。根据需要，我们选取了15v的变压器。（2）整流、滤波电路整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。它是靠二极管的单向导电特性来实现的。滤波电路通过电容将脉动直流电压的纹波减小或滤除，
9、输出直流电压UI 。容性负载桥式整流电路如图2所示，它的四个臂是由四只二极管组成的。整流部分的设计：选取2A的整流桥图2 容性负载桥式整流电路当变压器“1”端为正、“2”端为负时，二极管VD2和VD4承受正向电压而导通，VD1和VD3承受反向电压而截止。此时，变压器“1”端通过VD4流经RL，再经过VD2返回至“2”端。当“1”端为负、“2”端为正时，二极管VD1和VD3导通，VD2和VD4截止，电流则由“2”端通过VD3流经RL，再经过VD1返回至“1”端。（3）稳压电路稳压电路的作用就是稳定输出电压。稳压器把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。它利用调节流过稳压管自身的电流大小（端电压
10、基本不变）来满足负载电流的改变，并与限流电阻配合将电流的变化转换成电压的变化，以适应电网电压的波动。在电网电压不变时，负载电流的变化范围就是稳压管电流的调节范围。负载不变时，电网电压的波动，在波动至最低时必须保证稳压管工作在反向击穿状态，在波动至最高时，要保证管子的功耗不超过允许的最大管耗。散热片的选取：选取十瓦左右的大散热片。器件选择： 电路参数计算如下： （1）确定稳压电路的最低输入直流电压Ui,minUi,min 我们选取15V。（2）确定电源变压器副边电压、电流及功率。输出电流=1A，输出电压12V，由上分析，可选购副边电压为15V，功率为30W的变压器。（3）选整流二极管及滤波电容。
11、因电路形式为桥式整流电容滤波，通过每个整流二极管的反峰电压和工作电流求出滤波电容值。滤波电容选择1000uf/50V。整流二极管选择整流桥堆为2A/100V。（4）电阻以及变位器的选择。根据电压的调节范围选择变位器为10K。电阻分别有18K,6K,1.5K。（5） 运算放大器选择LM358集成电路，三极管选择TIP41。由于没有可用的稳压管，所以选择三个0.7V的二极管串联来代替。5、 完整电路图：6、 电路板的制作及电路焊接与调试：采用分别调试各个单元模块的方法，分别用示波器、12V直流电源、万用表等等仪器。电路板运用protel99se软件首先画好电路原理图，然后找出每个电路元器件的封装形
12、式，在进行ERC校验看是否有错，确定没错再生成PCB图，由于有两个元器件是自己做的封装首先必须先添加自己的库文件然后在生成PCB版。接下来就是对PCB进行布线的操作，由于电路图简单所以采用手动布线布线。实际电路板的制作运用已经布线好的PCB到实验机房制作电路板，电路板经过了锯面包板、钻孔、打印、高温附印、电解液腐蚀、防腐蚀等几个步骤，对做好的PCB电路板进行元器件的安装，然后就是焊接，焊接要防止虚焊脱焊等等。七、在调试及组装电路过程中出现的问题及解决方法：由于负载接错地方，导致接上电源后，出现有负载被烧坏。于是检查电路原理图，发现了这个错误。所以就将此负载给卸掉。电路将能正常工作。当各个模块连
13、接到一起时。由于要把输入输出线连接在一起从新焊接，导致焊锡脱落，与另一底线端连接。发生短路现象，导致无电压输出，无显示。后经检查电路发现错误并改正，电压表显示部分显示正常。由于滑动变阻器有问题，导致无论如何都调不出8欧的电阻，最后换了一个滑动变阻器，就解决了这个问题。8、 设计心得体会：通过线性稳压电源的设计、安装、和调试，要求学会：1选择变压器、整流二极管、滤波电容及运算放大器设计直流稳压电源；2掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法；3系统的转换效率、散热、提高效率及长期工作安全性和可靠性等诸因素的考虑；4掌握电路的基本调试能力。九、元器件清单：线性稳压电源元件清单（1套）名称 型号 数量 备注1、变压器 15V/30W 1个 2、电位器 10K 1个 3、电阻1.5K、18K、3.3、4.7 各1支 3K 2支4、电解电容100uF/50V 1支 1000uF/50V 1支5、二极管 200mA/0.7V 3个6、晶体管 TIP41 1个7、运放 LM3
