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1、桂林理工高校理学院实 习 报 告实习名称 电子电路工程实践 设计题目 半导体直流稳压电源的设计和测试 专业班级 应用物理学2024-1班 第 7 组小组成员 1、 莫敬沛 学号： 3101350121 2、 谢杰 学号： 3101350131 3、 学号： 指导老师 易金生 金红 汪彦君 王嘉星 实习时间 2012年12月24日 至 2013年1月18日一、 引言随着科技的发展，电气、电子设备已经广泛地应用于日常、科研、学习等各个方面。电源作为电气、电子设备必不行少的能源供应部件，需求也日益增加，而且对电源的功能、稳定性等各项指标也提出了更高的要求。电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各
2、行各业。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、限制理论、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，给电力电子技术供应了广袤的发展前景。同时，也只有满意产品标准的电源才能够进入市场。二、 方案的论证与比选电源可分为沟通电源和直流电源，它是任何电子设备都不行缺少的组成部分。沟通电源一般为220V、50Hz，但很多家用电器设备的内部电路都要采纳直流电源作为供电能源。直流电源又分为两类：一类是能干脆供应直流电流或电压的；另一类是将沟通电变换成所需的稳定的直流电流或电压的，这类变换电路统称为直流稳压电源。现在所运用的大多数电子设备中，几乎都必需用到直流稳压电源来使其正常工作，
3、而最常用的是能将沟通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主要作用，为设备能够稳定工作供应保证。以下是三种将沟通转换成直流的方案：方案一：用半波整流电路来实现对于电路的整流，如图一所示：由图一可以得出：整流电流 ， 半波整流电路中二极管截止时所承受的最大反向电压 应为变压器次级电压的最大值，即： 整流电路中输出的电压的沟通谐波重量（称为：纹波）叠加于直流重量之上，造成输出电压的脉冲。则纹波系数为：图一方案二：用单相全波整流电路来实现对于电路的整流，如图二所示：输出电压的平均值为：流过负载的平均电流为：二极管所承受的最大反向电压为：单向全波整流电路的纹波系数为：图
4、二方案三：用桥式全波整流电路来实现对于电路的整流，如图三、图四所示：图四图三由以上两图知：无论输入的信号是正半周还是负半周，在负载电阻上的电压方向始终是一样的，即：是单方向全波脉动电压。其傅里叶级数绽开为桥式整流电路输出的电压平均值为 流经负载电阻的电流的平均值为 在桥式整流电路中，每两个二极管串联导电半个周期，两两轮番导通，流经每个二极管的平均电流为 二极管截止时管子承受的最大方向电压为输入电压幅值的最大值，即：桥式整流电路的纹波系数为 对以上的三种方案分析可知：桥式全波整流电路输出电压脉动最小，正负半周均有电流流过，电源利用率高，输出的直流电压比就高。所以，桥式全波整流电路中变压器的效率较
5、高，再同样功率容量条件下，体积可以小一些，其总体性能优于单相半波和单相全波整流电路。因此，在此次的直流稳压电源制作中我们选择方案三。三、 系统硬件电路的设计1、直流稳压电源的基本原理：直流稳压电源是一种将220V工频沟通电转换成稳压输出的直流电的装置，它须要变压、整流、滤波、稳压、再次滤波五个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下：二次滤波整流稳压路滤波电路整流电路电源变压器其中，(1)电源变压器：是降压变压器，它的作用是将220V的沟通电压变换成整流滤波电路所须要的沟通电压。变压器的变比由变压器的副边确定，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n，式中n是
6、变压器的效率。(2)整流电路：利用单向导电元件，将50HZ的正弦沟通电变换成脉动的直流电。(3)滤波电路：可以将整流电路输出电压中的沟通成分大部分滤除。滤波电路滤除较大的水纹成分，输出水纹较小的直流电压。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。(4)稳压电路:稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有改变，会引起其电流有较大改变这一特点，通过调整与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。（5）二次滤波:可以再一次除掉第一次没有完全滤去的波，最终达到输出端为完全是直流电的目的。由于输入电压发生波动、负载和温度发生改变时，滤波电路输出的直流电压会随着改变。因此，为了
7、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）发生改变时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采纳集成稳压器和一些外围元件所组成。2、直流稳压电源制作的全过程：（1）了解制作直流稳压电源的基本原理：（在上文已经进行了具体的介绍）。（2）绘制原理图：首先，在Altium designer中新建一个PCB工程，添加原理图绘制窗口，以及PCB绘制窗口；其次，在Altium designer软件中找寻到各个元件所对应的器件，将各个器件在原理图绘制窗口中将器件有序地排列起来，再用导线将各个器件连接起来；最终，将PCB工程保存起来。
8、制作的直流稳压电源的原理图如下图五所示：（3）检查原理图是否有问题：在Altium designer软件中运用检查错误的选项对原理图进行检查，并且运用以往所学的学问以及查阅资料对原理图进行检查。经检查图五所示的原理图没有问题。图五（4）依据原理图购买器材：1)选择电源变压器：首先，确定副边电压。依据性能指标要求：；，并且电路中的器件也会消耗电压。则：经过整流桥之后的电压必须要大于，于是，。则：变压器的输出电压必需大于或等于5V,又由于，所以选择的变压器输出为9V/3W的。2）选择整流电路中的二极管：因为变压器的伏变电压 ，所以桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：，桥式整流电路中二极管承
9、受的最高平均电流为： 。 查手册选整流二极管IN5408,其参数为：反向击穿电，允许通过的最大电流为：，故选择二极管IN5408作为整流二极管。3）选择集成三端稳压芯片：LM78XX / LM79XX内置有过载爱护、平安区爱护等多种爱护电路，用LM78XX / LM79XX系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，内部还有过流、过热及集成管的爱护电路，运用起来牢靠、便利，且价格便宜。LM7805其特性参数： LM7905其特性参数：输出电压为5V ； 输出电压为-5V；最大输出点流为1A； 最大输出点流为1A；输入与输出工作压差为2V； 输入与输出工作压差为2V；工作电压为8V 30V
10、； 工作电压为 -8V -30V；纹波抑制比为73 纹波抑制比为734）其它元件的选择：电解电容（2200uF/25V）,瓷片电容0.33uF ，瓷片电容1uF ，电阻，LED，排针排。 5）绘制PCB图：在原理图的基础上，以及购买的元器件中，测量各个元器件的管脚之间的距离，在封装库中找寻到相应的封装添加到原理图中对应的器件中，对于没有封装的器件，要进行建立封装库，再添加到软件中，最终添加到原理图库对应的器件中。保存好原理图之后，再将原理图导入到PCB图中，在PCB窗口中将各个元器件的封装整齐排列，再用导线将各个封装连接起来。经过绘制，得到如下图（图六）对应的PCB图：图六6）打印并制作电路板
11、：利用转印纸将图六所示的PCB图打印出来，再利用制板机将打印出来的电路图压制到覆铜板上，用腐蚀掉多余的铜板，从而形成电路途路在覆铜板上。最终，利用打孔机在覆铜板上打出要放置元件的过孔。7）依据原理图放置元件并焊接：安装元件时，先安装比较小的原件，所以先安装整流电路，再安装稳压电路，最终再装上电容。安装时要留意，二极管和电解电容的极性不要接反。在焊接的时候，要等到电烙铁完全热了之后再进行焊接，最好以最快的速度、最好看的焊点焊接元件，在焊接芯片时要留意不能长时间地用电烙铁接触芯片的管脚，以免芯片过热，烧毁芯片。检查无误后，才将电源变压器与整流滤波电路连接，通电后，用万用表检查整流后输出LM7805
12、/LM7905的输入端电压Ui的极性，若Ui的极性为负，则说明整流电路没有接对，此时若接入稳压电路，就会损坏集成稳压器。检查后接通电源，若输出电压满意设计指标，说明稳压电源中各级电路都能正常工作，此时就可以进行各项指标的测试。 实际组装出的电路如下（图七、图八）：图七图八四、直流整流电源的测试1、输出电压值的测量将万用表打到直流电压档，接到电路的正端输出端，然后给该电路通电,在误差允许的范围内，该电路正端电压完全符合5V的设计要求,通过同样的方法可测得负端输出也同样满意设计要求-5V.2.输出电流的稳定性的测量 将一个小电阻（几十欧姆）接到输出端，并将示波器打到毫安档，视察其电流随时间的改变，
13、通过视察示波器发觉此变压器输出电流稳定,符合设计要求。 3.电源内阻的测量：只要测量输出电压在负载开路时(E)和接入负载时(U)的两个数值，就能算出内阻r.负载开路时测得的是电源电势E，接入负载R时，测得端电压为U。则：U=(E-Ir)=E-r*U/R ；r=(E-U)R/U 将正端输出端空载，接通电源，测得其输出电压为5.06V,断开电源，然后再在输出端加100欧姆的电阻，通过万用表测得输出电压为4.65V,计算的电源内阻约为8.9欧姆；通过同样方法测得负端电源内阻约为7.2欧姆，均小于10欧姆符合设计要求， 五、制作过程中遇到的问题即解决方法在此次电路的制作中，由于技术的不娴熟同样存在着以
14、下这些问题。当然，对于这些问题我们也找到了解决方法，最终胜利地完成了我们的作品。1、在制作PCB图的时候，由于封装的错误，导致导出的PCB图的封装并不符合实际的元器件的封装。对于这个问题，我们的解决方法是重新自己建立一个符合元器件封装的封装库，再重新绘制PCB图。2、在焊接的过程中，由于很久没有进行焊接了，焊接技术有一些生疏，我们就特地运用了两天的时间去练习焊接技术。3、由于电路板上容值较大的电容与稳压管的距离靠得太近，导致散热片不能正常接上去，影响了稳压管的散热。对于这个问题，我们重新更改了PCB图，再重新制作电路板。六、心得体会 电子电路工程实习是一门教会我们如何设计和制作电子电路的基本操
15、作的课程，通过这次实习我们不仅学会了如何用软件设计电路，如何焊接和调试，而且在老师的指导下，我们还学会了很多其它的学问。此次的学习与实践，我们把课程设计完成了。通过这次的学习与实践，让我对模拟电路的学问有了更近一步的了解，对模拟电路课程中直流稳压电源这一章所涉及的部分元件有了更进一步的相识；驾驭了选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源，学会运用Altium designer软件对直流稳压电源进行设计。对于画图这一过程中，我们都分别画了图。但是经检查和探讨从而选择了上面的试验原理图来制作稳压电源，在以后的电路板的制作和元件的选择以及焊接的过程我们小组还算比较顺当，没出什么大的差错。不过在这过程中也提升了我们的焊接技术以及对于元件时识别实力，在此过程中我们还驾驭了一些电子器件的性能和选用的原则
