直流稳压电源模电课程设计.

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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专业名称：电气自动化技术班级：电气1202班学生姓名；熊根荣学生学号：1230530233指导老师：雷美艳#模拟电子技术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土 12V (或土 9V / 5V)，输入电压为交流220V,最大输出电流为loma=500mA纹波电压厶Vop-W 5mV稳压系数Sr 5%2、设计基本要求(1) 设计一个能输出土 12

2、V/ 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。(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%勺输出Avo

3、,并将其中最大一个代入公式计算 Sr，当负载不变时，Sr=A VoV/ VV。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A Vo,ro=A V/ A I lo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 V。，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、

4、电阻若干（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。#目录第一章引言1第二章方案选择及比较 1第三章 正负12V、正负5V直流稳压电源的方案设计 23.1 总方案设计 23.1.1方框图及原理图 23.1.2子框图作用及原理图说明 23.1.3方案选择 33.2 单元电路设计33.2.1电源变压器 33.2.2整流器选择43.2.3滤波电容选择 43.2.4负载电阻RL 43.3 工作原

5、理53.3.1整流电路 53.3.2滤波电路 6第四章半导体直流稳压电路的制作 74.1 Multisim10.0软件介绍74.2 电路仿真84.2.1输出电压 84.2.2纹波电压 94.3 部分元件清单94.4 焊接94.5 调试及结果分析 104.5.1直流稳压电源的调试测试方法 104.5.2稳压系数 114.5.3最大输出电流 114.3.4直流稳压电源原理图 11第五章数据分析与讨论125.1.技术指标测量分析 125.1.1 稳压系数分析 125.1.2误差计算 135.2 设计总结 14第六章谢辞14参考文献及附录 14参考文献 15附 录 16#第一章 引言直流稳压电源一般由

6、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。 本设计主要采用直 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 稳定 的 5V 直 流 电， 并 实 现电 压 可 在 3-12V 连 续 可 调。 电源的发展经历了整流器时代， 逆变器时代、 变频器时代并逐步向绿色靠拢。 稳 压电源的历史可追溯到十九世纪， 爱迪生发明电灯时， 就曾考虑过稳压器， 到二 十世纪初， 就有铁磁稳压器以及相应的技术文献， 电子管问世不久， 就有人设

7、计 了电子管直流稳压器， 在四十年代后期， 电子器件与磁饱和元件相结合， 构成了 电子控制的磁饱和交流稳压器。 五十年代晶体管的诞生使晶体管串联调整稳压电 源成了直流稳压电源的中心。 六十年代后期， 科研人员对稳定电源技术做了新的 总结，使开关电源，可控硅电源得到快速发展，与此同时，集成稳压器也不断发 展。直至今日，在直流稳压电源领域，以电子计算机为代表的要求供电电压低， 电流大的电源大都由开关电源担任， 要求供电电压高， 电流大的设备的电源由可 控硅电源代之，小电流、低电压电源都采用集成稳压器。第二章 方案选择及比较 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

8、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 （7812、7912）组成由固定式三端稳压器 （7

9、812、 7912）输出脚VO、输入脚Vi和接地脚GND组成，它的稳压值为+12V和-12V，它 属于CW78*W CW79*S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。任务书要求输入220伏的交流电，输出为正负12V、5V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 正负12V，正负5V稳压电源的方案设计3.1总方案设计3.1.1方框图及工作原理图图3-1工作原理3.1.2子框图作用及原理

10、图说明（1）变压器：电网供电电压交流 220V（有效值）50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。变压器的变比由变压器的副边电压确定。（2）整流电路：降压后的交流电压，通过整流电路变成脉动的直流电，但其幅 度变化大（即脉动大）。（3） 滤波电路：脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电, 即将交流成份滤掉，保留其直流成份。（4）稳压电路：滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。3.1.3方案选择(1)根据设计所要求的性能指标，选择7812和7912组成的多路集成三端稳压 器。核心器

11、件选用稳压器 7812和7912组合，LM7812输出+ 12V的电 压，而LM7912输出的是一12V的电压，从而达到对称输出的目的。得电 路原理图如下：图3-2电路原理图3.2单元电路设计3.2.1电源变压器由公式P=U*I可知若输出功率P 一定，若输出电压U越高，则输出电流I 越低。举例来说，一个输出功率 P=15VA勺变压器，若输出电压U=12 V则输出电 流 I=0.833A。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。变压器副边与原边的功率比为 P2/ P1= n，式中n是变压器的效 率。副边功率1.5lmax=0.75A，最大反向电压VR=

12、16.9V.整流滤波特别应指出的是，电容滤波使电路被接通的一瞬间，整流管 的实际电流远大于Imax，如果If较小，很可能在电路被接通时就已经损坏，因 此，一般取If5Imax=2.5A，查手册可选定整流二极管 VD1-VD4，最终选择桥 堆为(2A.1000V)的。3.2.3滤波电容选择由式RLC=(3-5)T/2，贝U C1=5T/2R L RL为C1右边的等效电阻，应取最 小值，由于电容C1:由式RLC=(3-5)T/2，贝U C1=5T/2R2，式中T为市电流电 源的周期，T=20ms ; Imax=500mA，因此 RLmin=V1/lmax=33，所以 3= 2015uf。 可见，C

13、1容量较大，应选电解电容，受规格的限制，实际容量应选2200uf，其耐压值可取35V C1的最后取值还需根据纹波电压的要求调整并确定注意：因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形 成高频干扰，所以稳压器的输入、输出端常并入小容量电容用来抵消电感效应， 抑制咼频干扰。3.2.4负载电阻RL由式l0(AV)=Uo/RL=0.9U2/RL可得 RL=0.9U2/Io RLmin=0.9U2/lomax=27 受规格限制可选择 R=30Q3.3工作原理图3-3整流电路原理分析图3.3.1整流电路设变压器副边电压u2 , U2为其有效值。当U2为正半周时，电流由A点 流出，经D1，

14、RL, D3流入B点，因而负载电阻RL上的电压等于变压器副边 电压，即U0=U2，D2和D4管承受的反向电压为-U2。当U2为负半周时，电流 又B点流出，经D2，RL，D4流入A点，负责电阻RL上的电压等于-U2，即 Uo=-U2，D1、D3承受的反向电压为 U2。这样，由于D1、D3和D2、D4两对 二极管交替导通，致使负载负载电阻 RL上的U2的整个周期都有电流通过，而 且方向不变。图3-4整流电路的示意图3.3.2滤波电路当变压器副边电压U2处于正半周后并且数值大雨电容两端电压 Uc时，二极 管D1、D3导通，电流一路流经负载电阻 RL,另一路电容C充电，因为在理想情 况下，变压器副边无损耗，二极管导通电压为零，所以电容两端电压Uc和U2相等，当U2上升到峰值后开始下降，电容通过负载电阻 RL放电，其电压Uc也 开始下降，趋势与Uc基本相同，但是由于电容按指数规律放电，所以当 U2下降 到一定数值后，Uc的小将速度小于U2下降速度，使Uc大于U2从而导致D1 D3 反向偏置而边为截止，此后，电容C继续通过RL放电，Uc按指数规律缓慢下降。 当U2负半周副值变化到恰好大于 Uc时，D2 D4因加正向电压变为导通状态， U2再次U2 Uc上升到U2的峰值后又开始下降，下降到一定数值时 D2 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、D3变为导通，