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1、湖南工学院课程设计说明书课题名称：半导体直流稳压电源的设计和测试院 部：电气与信息工程学院专 业：电子信息工程班 级：通信1103设 计 人：李泽告指导老师：雷美艳时 间： 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内阻测试方法；（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）等，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等的直流稳压电
2、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，选好元件及参数；4 要求绘出原理图，并用Protel画出印制板图；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内阻；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，； (2)要求有短路过载保护。（三）设计提示1、设计电路框图如图所示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78XX和79XX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
3、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。测量内阻：在输入交流为220V，分别测得负载电流为0及最大值时的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
4、电子工业出版社；晶体管直流稳压电源辽宁科技出版社；电子线路设计实验测试华中科技大学出版社模拟电子技术基础高等教育出版社电路高等教育出版社电子线路综合设计华中科技大学出版社（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。目 录第一章 绪论1第二章 方案的选择及论证2第三章 电路设计3.1直流稳压电源的基本框架33.2电源变压器33.2整流电路33.3滤波电路63.4稳压电路73.5原理图83.6
5、元器件选择和电路参数计算说明8第四章 制作和调试4.1注意事项10 4.2测试10空载检查测试10负载检查测试11质量指标测试11第五章 谢辞12第六章 总结和体会 6.1 总结心得13 附录13 参考文献14 第一章 绪论为培养运用基本知识进行简单电路设计的能力，扎实基础理论，我们现初次进行模电课程设计。半导体直流稳压电源的设计和测试作为此次课程设计的课题，我们采用一般意义上的设计方案，即通过电源变压器、整流、滤波和稳压电路这四部分的有机组合来最终实现本次课程设计所要达到的目标。本设计所涉及的知识：方案论证，产品说明，原理说明，安装工艺，调试与测试，焊接技术，元件清单，操作说明。为了全面介绍
6、科学实验研究的技术方法，在加强的直接实验方法的同时，力求使学生尽快掌握当前先进科学技术，本课题设计所用到的EWB，Protel99等技术的新手段，新工具。通过本课题的设计，能够加深对电路理论知识的理解和掌握，更主要的是学习和掌握科学实验研究方法。学会运用理论和实验两种研究方法，解决实际问题能力，更培养了我们掌握电子技术的科学实验规律，实验技术，测量技术等实验研究方法，使其具有独立实验研究的能力，以便在未来的工作中开拓创新。第二章 方案的选择及论证直流稳压电源主要由滤波电路、稳压电路决定，采用不同的滤波电路、稳压电路可以设计出不同的设计方案。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
7、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，因此在本实验中此方案不适合。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，因此在本实验中此方案不适合。方案三：由固定式三端稳压器（7805、7905）组成由固定式三端稳压器（7805、7905）输出脚V0、输入脚Vi和接地脚GND组成，它的稳压值为+5V和-5V，它属于CW78和CW79
8、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。输入220伏的交流电，输出为正负5V，正负12v，3.3v的稳压直流电，则首先应该进行降压处理，然后要对降压后的交流电进行整流，再其次是对含有交流成分的脉动直流电进行滤波处理，最后对直流点进行最后的稳压处理。第三章 电路的设计21 直流稳压电源的基本原理图2.1.1 直流稳压电源基本框架图直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如图各部分的作用：图2.1.1 整流与稳压过程2.2电源变压器电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的
9、电压值，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。电源变压器的效率为：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P2 10VA10 30VA30 80VA80 200VA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。2.3整流电路一、单相整流电路（一）半波整流电路单相半波整流电路如下图(a)所示，图中Tr为电源变压器，用来将市电220V交流电压变换为整流电路所要求的交流低电压，同时保证直流电源与市电电源有良好的隔离。设V为整流二极管，令它为理想二极管，RL为
10、要求直流供电的负载等效电阻。由图可见，负载上得到单方向的脉动电压，由于电路只在u2的正半周有输出，所以称为半波整流电路。半波整流电路结构简单，使用元件少，但整流效率低，输出电压脉动大，因此，它只使用于要求不高的场合。（二）桥式整流电路为了克服半波整流的缺点，常采用桥式整流电路，如下图所示，图中V1、V2、V3、V4四只整流 二极管接成电桥形式，故称为桥式整流。1.工作原理和输出波形设变压器二次电压u2=21/2U2sint，波形如电压、电流波形图(a)所示。在u2的正半周，即a点为正，b点为负时，V1、V3承受正向电压而导通，此时有电流流过RL，电流路径为aV1RLV3b，此时V2、V4因反偏
11、而截止，负载RL上得到一个半波电压，如电压、电流波形图(b)中的0段所示。若略去二极管的正向压降，则uOu2。电压、电流波形在u2的负半周，即a点为负b点为正时，V1、V3因反偏而截止，V2、V4正偏而导通，此时有电流流过RL，电流路径为bV2RLV4a。这时RL上得到一个与0段相同的半波电压如电压、电流波形图(b)中的2段所示，若略去二极管的正向压降，uu2。由此可见，在交流电压u2的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻RL，故RL上得到单方向全波脉动的直流电压。可见，桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍，所以桥式整流电路输出电压平均值为u=20.45U2=0.9U2。桥式整流
12、电路中，由于每两只二极管只导通半个周期，故流过每只二极管的平均电流仅为负载电流的一半，在u2的正半周，V1、V3导通时，可将它们看成短路，这样V2、V4就并联在u2上，其承受的反向峰值电压为UR=21/2U2。同理，V2、V4导通时，V1、V3截止，其承受的反向峰值电压也为UR=21/2U2。二极管承受电压的波形如电压、电流波形图(d)所示。由上图可见，在交流电压u2的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻RL，故RL上得到单方 向全波脉动的直流电压。可见，桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍。桥式整流电路与半波整流电路相比较，其输出电压UO提高，脉动成分减小了。2.参数估算2.4滤波电路整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的交流成分（称为纹波电压）。应在整流电路的后面加接滤波电路，滤去交流成分。(一)电容滤波1.电路和工作原理设电容两端初始电压为零，并假定t=0时接通电路，u2为正半周，当u
