3238.直流稳压电源模拟电子课程设计.doc

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1、 课程设计说明书 设计课题： 直流稳压电源 系 别： 电气与信息工程系 专业班级： 自动化0702班 姓 名： xxx 学 号： xxx 指导老师： xxx 设计时间： 2009年5月29日 目 录绪 论1第一章 直流稳压电源设计1.1 电路原理分析21.2 设计方案3第二章 制作与调试2.1 PCB布线82.2 焊接9第三章 稳压电源各项性能指标的测试3.1 电路的调试与检测113.2 技术指标测量11 3.3 误差分析13心得体会14参考文献15附录主要图形16主要器材18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

2、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），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；（

3、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，00.0-12.0V； (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

4、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（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

5、、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。绪论在各种电子电路中，总离不开电源电路，而由于电路结构和元件特性，就需要用到直流电源供电，而能提供直流电源的干电池太阳能电池等功率小，成本高等缺点。而交流电在产生、电能输送等方面具有独特的优点，发电站、各市电网中的电能传输都是以交流电的形式进行输送，因此，就需要我们对市电提供的电压进行降压整流等，把交流电转换成直流电，以获得我们所需要的电压。电力系统供电电压的波动，或者负载阻抗和功率的变化，都会引起整流器输出电压随之改变。在电子电路和自动控制装置中，通常都需

6、要电压稳定的直流电源供电，使整流器输出电压尽可能少受电源波动或负载变化影响而保持稳定，这就需要我们对整流后的直流电进行滤波，稳压，以获得我们所需要的供电电源。直流稳压电源一般由电源变压器，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，变为稳定的直流电12V第1章 直流稳压电源设计1.1电路原理分析1直流稳压电源的基本原理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

7、1-1:图1-1直流稳压电源结构框图（1） 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。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=，式中是变压器的效率。（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。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。各滤波电容C满足RC（35）T/2，式中T为输入交流信号周期，R为整流滤波电路的等效负载电阻。（3） 滤波电路：滤波电路用于滤去输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成(如:电感 电溶元件)。由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容C在

8、电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电压降低时，就能把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即C具有平波作用；与负载串联的电感L，当电源供给的电流增加时，它能把能量存储起来，而当电流减小时又能把能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感也具有平波作用。（4） 稳压电路：在这里我们采用串联集成式稳压电路。三端集成稳压器是我们最常用的一种稳压器。它的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。它的作用是由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。因此，为了维持输

9、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）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成调整管T1与负载电阻RL相串联，组成串联式稳压电路。T2与稳压管DZ组成采样比较放大电路，当稳压器的输出负载变化时，输出电压VO应保持不变，稳压过程如下：设输出负载电阻RL变化，使VO ，则VB2VC2 IB1 VCE1VO。1.2 设计方案 小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图1-2所示: + 电 源 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 + 变压器 _ 电 路

10、_ 电 路 _ 电 路 _ （a）稳压电源的组成框图 u1 u2 u3 （b）整流与稳压过程图1-2稳压电源的组成框图及整流与稳压过程1.2.1器件的选择1 电源变压器的选择电源变压器有很多种：有降压的、有升压的，在这次的设计中我用的是降压变压器，它的作用是将来自电网的220V交流电压u1变为整流电路所需要的交流电压u2。，其中：是变压器副边的功率，是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表1-1所示：表1-1 小型变压器的效率 副边功率 效率0.60.70.80.85 因此，当算出了副边功率后，就可以根据上表算出原边功率。2 整流电路在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的

11、作用是将交流电压u2变换成脉动的直流电压u3。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI。UI与交流电压u2的有效值U2的关系为： 在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为： 流过每只二极管的平均电流为： 其中：R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数RC应满足：其中：T = 20ms是50Hz交流电压的周期3 稳压电路三端集成稳压:集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。由于输入电压u1发生波动、负载

12、和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。因此，为了维持输出电压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）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。(1)固定电压输出稳压器常见的有CW78XX（LM78XX）系列三端固定式正电压输出集成稳压器；CW79XX（LM79XX）系

13、列三端固定式负电压输出集成稳压器。三端是指稳压电路只有输入、输出和接地三个接地端子。型号中最后两位数字表示输出电压的稳定值，有5V、6V、9V、15V、18V和24V。稳压器使用时，要求输入电压UI与输出电压Uo的电压差UI - Uo 2V。稳压器的静态电流Io = 8mA。当Uo = 518V时，UI的最大值UImax= 35V；当Uo=18 24V时，UI的最大值UImax = 40V。它们的引脚功能及组成的典型稳压电路见附录图A所示。常用可调式正压集成稳压器有CW317（LM317）系列，它们的输出电压从1.25V37伏可调，最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过渡

14、、过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5A。输出压Uo的表达式为：Uo1.25（1R2/R1）式中R1一般取120240欧姆，输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压。（2）可调式三端集成稳压器可调式三端集成稳压器是指输出电压可以连续调节的稳压器，有输出正电压的CW317系列（LM317）三端稳压器；有输出负电压的CW337系列（LM337）三端稳压器。在可调式三端集成稳压器中，稳压器的三个端是指输入端、输出端和调节端。稳压器输出电压的可调范围为：Uo=1.2 37V，最大输出电流Iomax =1.5A。输入电压与输出电压差的允许范围为：UI -Uo = 3 40V。1.2.2 详细实施方案

15、由固定式三端稳压器（7812和7912）输出脚V0、输入脚Vi和接地脚GND组成，它的稳压值分别为+12V和12V，它属于CW78*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。1.直流稳压电源的参数设计方法：稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压Uo、输出电流Io、输出纹波电压Uop-p等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流桥和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。直流稳压电源的参数设计可以分为以下三个步骤：根据稳压电源的输出电压Uo、最大输出电流Iomax，确定稳压器的型号及电路形式。根据稳压器的输入电压，确

16、定电源变压器副边电压u2的有效值U2；根据稳压电源的最大输出电流I0max，确定流过电源变压器副边的电流I2和电源变压器副边的功率P2；根据P2，从表1查出变压器的效率，从而确定电源变压器原边的功率P1。然后根据所确定的参数，选择电源变压器。确定整流桥的正向平均电流ID、整流桥的最大反向电压和滤波电容的电容值和耐压值。根据所确定的参数，选择整流桥和滤波电容。设计参数如下： 集成稳压器选用CW7812和CW7912，其输出电压范围分别为：+12V和-12V。所确定的稳压电源电路如图1-3所示：图1-3 稳压电源原理图（图中C1, C2, C3,C4为电解电容，都等于1000UF，C5, C1,

17、C6 ,C7, C8为普通电容，都等于0.1UF，两个电阻均为1000欧姆，变压器原边和副边之比为101）图1-4是电源输出端的波形：图1-4 PROTEL仿真下的电源输出波形图（上下两根线分别代表电源正极和负极的输出波形）第2章 制作与调试2.1 PCB布线正确的布线原则大致有以下几点:1.接插集成电路时，先校准两排引脚，使之与实验底板上的插孔对应，轻轻用力将电路插上，然后在确定引脚与插孔完全吻合后，再稍用力将其插紧，以免集成电路的引脚弯曲，折断或者接触不良。2.不允许将集成电路方向插反，一般IC的方向是缺口（或标记）朝左，引脚序号从左下方的第一个引脚开始，按逆时钟方向依次递增至左上方的第一

18、个引脚。3.导线应粗细适当，一般选取直径为0.60.8mm的单股导线，最好采用各种色线以区别不同用途，如电源线用红色，地区用黑色笔。4.布线应有秩序地进行，随意乱接容易造成漏接错接，较好的方法是接好固定电平点，如电源线、地线、门电路闲置输入端、触发器异步置位复位端等，其次，在按信号源的顺序从输入到输出依次布线。5.连线应避免过长，避免从集成元件上方跨接，避免过多的重叠交错，以利于布线、更换元器件以及故障检查和排除。6.当实验电路的规模较大时，应注意集成元器件的合理布局，以便得到最 佳布线，布线时，顺便对单个集成元件进行功能测试。这是一种良好的习惯，实际上这样做不会增加布线工作量。7.应当指出，

19、布线和调试工作是不能截然分开的，往往需要交替进行，对大型实验元器件很多的，可将总电路按其功能划分为若干相对独立的部分，逐个布线、调试（分调），然后将各部分连接起来（联调）。 图2-1是所设计的直流稳压电源的PCB布线图:图2-1 直流稳压电源的PCB布线图2.2 焊接技术倒入PCB后，在电路板上根据电气要求进行合理的整体布局最大限度的减少交叉线和飞线，降低干扰自己要形成一个大致的整体布局和接线方法，而且要尽量美观l 用数字万用表弄清板的结构原理；l 结合万能板的结构原理合理安排集成块和元器件的位置，为了美观大方要求各元件尽可能的保持在同一条直线上；l 合理布局，安装前要对整机线路进行合理布局，

20、一般按照电路的顺序一级一级地布线，连线尽可能短。l 从整个板来说是否美观好看，关键是导线的布置，所以布线要注意整齐，集成块相邻管脚之间尽量不布线。这样便于调整与测试工作的顺利进行。注意： 安装前应检查元器件的质量，安装是特别要注意电解电容、集成芯片等主要器件的引脚和极性，不能插错。从输入级开始向后级安装。 开始安装稳压电源，检查板内部结构，确定其内部的电气连接属性u 检查元器件看是否有损坏，或者不符合规格的，要及时更换。u 安装一个元器件，先要用尖嘴钳将其引脚成型，然后用镊子把引脚放入板高度要适中，符合电气标准完毕后，要用万用表测量元器件引脚和板之间是否接触良好，然后再安装下一个元器件。u 对

21、于导线要用斜口钳切成适当的长度，然后成型安装安装时必须采用绝缘良好的绝缘导线,连线的时候要取好元件与元件的距离.连接的时候线与线之间不能交叉。u 应避免元器件损坏的发生，插元器件时候要垂直插拔以免行成不必要的损坏。第3章 稳压电源各项性能指标的测试3.1 电路的调试与检测1) 静态调试当连好电路板的线路时，先不要急着通电，而因该从以下几个方面进行检测：A、对照原理图，用万用表一一检查线路的各个接口是否接通，是否有短路、断路或漏接的现象，如果有，因该及时改好电路连线。B、对照原理图，检查各元件是否接正确。2) 动态调试接通220V的电源，用数字万用表对所设计的电路实物进行测试，得到正电源输出电压

22、为+11.98V和11.96V3.2 技术指标测量、测量稳压系数，先调节自藕变压器使输入的电压增加10%，即Vi=242V, 测量此时对应的输出电压Vo1；再调节自藕变压器使输入减少10%，即Vi=198, 测量此时对应的输出电压Vo2, 然后测量出Vi=220V时对应的输出电压Vo, 则稳压系数Sv= .、输出电压与最大输出电流的测试测试电路如图3-1所示: 自耦变压器 电流表 电压表图31 稳压电源性能指标的测试电路 测试过程是：先调节自耦变压器使输入电压增加 10%，即Vi=242V，测量此时对应的输出电压VO1；再调节自耦变压器使输入电压减少 10%，即Vi=198V，测量此时对应的输

23、出电压VO2，然后再测出Vi=220V时对应的输出电压VO，则稳压系数SV=（VO/VO）/（Vi/Vi） =220/（242-198）（VO1-VO2）/VO根据上述测量方法，可对正负双电源进行测试，测试数据如下：当Vi=198V时，测得数据为：VO1+=11.92 V， V01-=-11.93V当Vi=242V时，测得数据为：VO2+=12.03V， VO2-=-12.01V当Vi=220V时，测得数据为：VO+=11.98V， VO-=-11.96V由以上所测数据，可得稳压系数为： SV + =（VO+/VO+）/（Vi/Vi） =220/（242-198）（VO1+-VO2+）/VO+

24、 0.04591SV - =（VO-/VO-）/（Vi/Vi）= 0.033445 （3）输出电阻的测量 按图31所示连接电路，保持稳压电源的输入电压，在不接负载RL时测出开路电压Uo1，此时Io1=0，然后接上负载RL，测出输出电压Uo2和输出电流Io2，则输出电阻为：（4）纹波电压的测试 用示波器观察Uo的峰峰值，（此时Y通道输入信号采用交流耦合AC），测量Uop-p的值（约几mV）。 （5）纹波因数的测量 用交流毫伏表测出稳压电源输出电压交流分量的有效值，用万用表（或数字万用表）的直流电压档测量稳压电源输出电压的直流分量。则纹波因数为：3.3误差分析1）误差计算+Vcc%=（12.00-

25、11.98）/12.00=0.16667%-Vcc%=（12.01-12.00）/12.00=0.08333%2）误差分析综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有:a、 元件本身存在误差；b、 焊接时，焊接点存在微小电阻；c、 万用表本身的准确度而造成的系统误差。d、 读数误差心得体会做课程设计是为了让我们对平时学习的理论知识与实际操作相结合，在理论和实验教学基础上进一步巩固已学基本理论及应用知识并加以综合提高，学会将知识应用于实际的方法，提高分析和解决问题的能力。另外，通过这次课程设计，学到了不少的经验和教训。不仅对课堂所学知识，比如部分芯片的使用方法，理论值与实际值的差别等，还提高了对简单的电路的设计能力。设计时应该先完全领会要求再去动手，不能急躁。更重要的是学到了科学试验中的所需的毅力与耐心。知道了有科学的态度才能完成科学的试验。参考文献1 华中理工大学电子学教研室,康华光主编.电子技术基础模拟部分. 第四版.北京:高等教育出版社,19982 秦曾煌主编.电工学.第六版. 北京:高等教育出版社3 谢自美主编. 电子线路设计实验测试. 第二版附录主要图形:图一 稳压电源原理图图二 直流稳压电源的PCB布线图主要器材:CW7812芯片 1个CW7912芯片 1个1000Uf电解电容 4个0.1uF磁片电容 4个1000欧姆电阻 2个稳压二极管 2个