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1、西安文理学院机械与材料工程学院专业课程设计报告 专业班级 测控技术与仪器一班 课 程 电子技术课程设计 题 目 直流稳压电源的设计 学 号 学生姓名 指导教师 2017年3月西安文理学院机械与材料工程学院课程设计任务书学生姓名 11 专业班级 15级测控技术与仪器1班 学 号 2807150120 指导教师 22 职 称 讲师 教研室 测控 课 程 电子技术课程设计 题目直流稳压电源的设计任务与要求 使用Multisim仿真软件，设计一个采用220V，50Hz交流电网供电，固定输出的集成稳压电源，其指标为UO=+12V； IOmax=800mA。 设计要求：(1) 设计系统总体框架 (2) 设
2、计电路(3) 绘制电路图并仿真(4) 撰写设计报告开始日期 2017.3.10 完成日期 2017.3.24 2017年 2 月 24 日直流稳压电源的设计摘要本设计是设计一个由220V，50Hz交流电源供电，输出为12V电压，限制电流800mA的交流稳压电源。首先使用电源变压器将220V的电网电压变成所需要的交流电压，经过由二极管组成的桥式整流电路，将正负交替的正弦交流电压变成单方向的脉动电压，再经过滤波电容使输出电压成为比较平滑的直流电压，在以三端固定式集成稳压器7812为核心构成的直流稳压电路，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。这类稳压器有输入，输出和公共端三个端口
3、，输出电压固定不变，所以输出稳定性极好。本设计就是应用上述原理实现了直流稳压电源的设计。关键词：直流稳压电源；三端稳压器；变压器；滤波电容；整流二极管。目录第一章 任务与要求1第二章 总体布局与各部分电路分析12.1 系统模块12.2 总体设计12.3 直流电源的组成及各部分的筛选与作用22.3.1 变压电路22.3.2 整流电路22.3.3滤波电路62.3.4稳压电路7第三章 制作和调试8第四章 实验心得体会及致谢9第五章 参考文献10第一章 任务与要求使用Multisim仿真软件，设计一个采用220V，50Hz交流电网供电，固定输出的集成稳压电源，其指标为UO=+12V； IOmax=80
4、0mA。 设计要求：(1) 设计系统总体框架 (2) 设计电路(3) 绘制电路图并仿真(4) 撰写设计报告第二章 总体布局与各部分电路分析2.1 系统模块 此系统包括电源变压器、整流电路、滤波电路、和稳压电路四大部分：2.2 总体设计电子设备一般都需要直流电源供电。这些直流电除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源直流稳压电源框图 直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图所示。电网供给的交流电压厂U1（220V，50Hz）经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压U2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时
5、间变化的脉动电压U3，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压U4，但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。2.3 直流电源的组成及各部分的筛选与作用2.3.1 变压电路变压电路相对简单，仅有一个单相变压器，变压器将220V市电转化为电路能承担的电压。2.3.2 整流电路整流电路是利用二极管的单向导电性，将交流电压转换为直流电压的电路。有半波整流、全波整流以及桥式整流，最常用的是单相桥式整流电路。1）半波整流电路半波整流电路如图3.2.1 a所示，变压器的次级绕组与负载相接，中间串
6、联一个整流二极管就是半波整流电路。利用二极管的单向导电性，只有半个周期内有电流流过负载，另半个周期被阻，没有电流。这种电路，变压器中有直流分量流过，降低了变压器的效率，整流电流的脉动成分太大，对滤波电路的要求只适用于小电流整流电路。图中T为电源变压，RL为电阻性负载。 2工作原理 电路的工作过程是在U2的正半周（t=0），二极管因加正向偏压而导通，有电流iL流过负载电阻RL。由于将二极管看作理想器件，故RL上的电压UL与U2的正半周电压基本相同。可画出整流波形如图3.2.1(b)所示3. 优缺点 优点：结构简单，使用元件少。 缺点：只利用了电源的半个周期，输出直流分量较低，且输出电压波动较大，
7、电源变压器的利用率也比较低。2）全波整流1.电路组成 全波整流电路如图3.2.2(a)所示，它是在半波整流电路的基础加以改进而得到的。它的指导思想是利用具有中心抽头的变压器与两个二极管配合，使两个二极管在正半周和负半周内轮流导电，而且二者流过RL的电流保持同一方向，从而使正、负半周在负载上均有输出电压。 2. 工作原理 电路的工作过程是在u2的正半周（t=0），D1正偏导通，D2反偏截止，RL上有自上而下的电流流过，RL上的电压u21相同，在u2的负半周（t =2），D1反偏截止，D2正偏导通RL上也有自上而下的电流流过，RL上的电压与U2相同。可画出整流波形如图3.2.2(b)所示。可见，负
8、载RL上得到的也是一单向脉动电流和脉动电压。5. 优缺点 优点：电源利用率高，输出电压波动小，输出电压比半波整流提高了1倍，且每个管子通过的电流仅为负载电流的1/2。 缺点：该电路输出电压的直流成分(较半波)增大；整流二极管需承受的反向电压高，要求管子的耐压值比半波整流的耐压值提高了1倍；且需要个有中心抽头的变压器，工艺复杂，成本高。3）桥式整流1. 电路组成 桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。桥式整流电路如图
9、3.2.3所示，图中变压器的作用是将交流电网压，U1变成整流电路要求的交流电压 ，RL 是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D 1D 4 接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。 2. 工作过程 单相桥式整流电路的工作原理可分析如下。为简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。 在U2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2 、D 4反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。其电流通路可用图3.2.3（a）中实线箭头表示。在U2的负半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，
10、只能经过二极管D2流向RL再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4，正向导通。电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相其电流通路如图3.2.3（b）中虚线箭头所示。 根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图。由图3.2.5可见，通过负载RL的电流IL以及电压UL的波形都是单方向的全波脉动波形。 5.优缺点 由上述可以看出，桥式整流具有全波整流的全部优点，而且避免了全波整流的缺点。桥式整流的缺点是需要四只二极管。目前，桥式整流应用最广泛。2.3.3滤波电路滤波电路通常有电容滤波，电感滤波，复式滤波。1）电容滤波电路 由于电容滤波后，输出直流电流提高了，而导电
11、角却减小了，故整流管在短暂的导电时间内将流过一个很大的冲击流，这样易损坏整流管，所以应选择If较大的整流二极管，一般选用二极管IF（23）为了获得较好的滤波效果，实际工作应按下式选择滤波电容的容量，其中T为交流电网电压的周期，一般电容值较大（几十至几千微法），故选用电解电容器，其耐压值应大于U2RLC (35)电容滤波整流电路，其输出电压U0在U20.9U2之间。当满足上式时，可按下式进行估算：U01.2U22.电容滤波电路的特点：电路结构简单，使用方便。2）电感滤波电路由于电感的直流电阻小，交流阻抗大，因此直流分量经过电感后基本没有损失，但是对于交流分量，经jL和RL分压后，大部分降在电感上
12、，因而降低了输出电压的脉动成分。L愈大，RL愈小，滤波效果愈佳，所以电感滤波适用于负载电流比较大和电流变化较大的场合3）复式滤波电路。2.3.4稳压电路交流电经过整流滤波可得平滑的直流电压，但当输入电网电压波动和负载变化时，输出电压也随之而变。因此，需要一种稳压电路，使输出电压在电网波动，负载变化时基本稳定在某一数值。常见的有硅稳压管稳压电路和串联型直流稳压电路。随着工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件。它具有体积小，重量轻，使用方便，运行可靠和价格低等一系列优点，因而得到广泛应用。目前最简便的是三端集成稳压电路，它只有三个引线端：不稳定电压输入端，稳定电压输出端和公共接地端。只要按需要选定型
13、号，再配上适当的散热片，就可以接成稳压电路。这里选择三端集成稳压器7812。如图，其输出为固定电压，其中，电容C2是在输入引线较长时抵消其电感效应以防止产生自激；C1用来减小输出脉动电压并改善负载的瞬态效应，即瞬时增减负载电流时不致引起输出电压有较大的波动。使用时应防止公共端开路，因为当公共端开路时，其输出电位接近于不稳定的输出电位，有可能使负载过压而损坏。第三章 制作和调试1.确定模块组成：电网电压，电源变压器，整流电路，滤波器，稳压电路，负载。2.系统分析：根据系统功能，选择各模块电路形式，即单相桥式整流电路，电容滤波电路，三端集成稳压电路。3.参数选择：根据系统指标要求，确定各模块中元件的参数C3为电解电容，它属于滤波电容，根据公式RLC (35)故C3可选为120uF电容C2是在输入引线较长时抵消其电感效应以防止产生自激；电容C1用来减小输出脉动电压并改善负载的瞬态效应。通过书籍查阅得出的经验值故C2=300nF，C1=1uF4设计电路第四章 实验心得体会及致谢这是我的第一次的课程设计，因为经验的不足，如果独立完成这次课程设计极其困难，感谢老师的督导和同学们的帮助，我顺利的完成了这个课程设计。
