模拟电子技术课程设计直流稳压电源设计

1、湖南工学院模拟电子技术直流稳压电源设计系 部： 电气与信息工程系专 业： 电气自动化班 级： 电气0504设 计 人：学 号： 401050438同 组 人： 指导老师： 时 间：2007年1月摘 要 本次支流稳压电源的课程设计使用的是单个稳压芯片构成的电路，设计的稳压电源电路输出电压12v，最大输出电流15ma，内阻小于0.1k,纹波电压峰值小于5mv，电压调整率小于10mv. 电路由四部分组成：变压器、滤波电路、整流电路、稳压电路。 电路的四个组成部分由以下方式组成：变压部分选用15v输出的双线圈变压器构成；整流电路部分由4个in4007二极管组成的桥式整流电路或整流桥构成；滤波电路部分由

2、一个2200 电解电容构成；稳压电路部分由一个l7812cv稳压芯片和2个0.01的电容组成的电路构成。 设计说明书包括：电路的设计方法、参数的设计计算方法、电路的调试方法、误差的分析以及参考文献等部分，详细的介绍了整个设计的每个步骤。summary this subsidiary current is steady to press what the course design of the power supply use is the electric circuit that the single is steady to press the chip composing, desig

3、n of steady press the power supply electric circuit to output electric voltage12 v, biggest output the electric current 15 ma, steady press the coefficient sr small in be equal to 0.05, the electric circuit constitutes from four-part cent:transformer,filter electric wave electric circuit,commutate e

4、lectric circuit,steady press electric circuit. fours of the electric circuit constitute part is constitute by the following way:change to press part to choose to use the 15 v outputs double coil transformer to constitute;commutate the electric circuit part is constitute by 4 in4007 diodes of the bri

5、dge type commutate electric circuit composing;filter the electric wave electric circuit part is constitute by a 2200 electrolysis electric capacities;steady press the electric circuit part is been steady by a l7812cv to press chip and 2 of the electric capacity constitute of the electric circuit con

6、stitute. design the manual include:the design calculation method,electric circuit ofwith design method,parameter of the electric circuit adjusts parts such as analysis and reference etc.s of try the method,error margins, introducing the whole each step for design in detail.前言电子技术课程设计，是电子技术课程的实践性教学坏节

7、。是对学生学习电子技术的综合性训练，这们课是独立进行的课程设计，仿真。安装和调试来完成，要完成一们课程设计涉及到多方面的知识，要涉及到许多实际知识与技能（安装、调试与测试技术）。对于“电子技术课程设计”都在用ewb软件在能完成，在ewb电子工作平台完成一些电路的设计、检测、调试一些参数以及对观察仿真的结果，1综合运用电工技术、电子技术课程中学到的理论知识去完成课程设计2、通过查资料来成程设计，3、完成若干个单元电路，并作图一个能表达各式各单元电路功能的整机原理图。方案选择的债务是根据掌握的知识和资料，针对系统的功能的设计要求。在这个过程中要敢干创新，争取方案的合理。可靠。经济，功能好。技术好的

8、优点。在课程设计中要多思。多想。多动手。在框图中反应系统应完成的债务和各组成部分的功能，4、课程设计的题目要用ewb软件来完成。充分用ewb中的元器件，器件库，和电子元器件的类型和特性，库中的元器件可以自已设计电路。5、学会在虚拟坏境下创建电路、计算与调整参数、用虚拟电子设备观察仿真的结果，并在ewb上获取电路图的方法复制到剪下来，以便分析和论证，形成一个完整的课程设计。 作者 胡超宇 2007年1月目 录一、产品设计要求与说明-5 1、1主要技术指标-51、2设计要求 -51、3产品说明-5二、原理说明-62、1 方案论证-62、2 电路工作原理-112、3 元件选择-13三、安装工艺-14

9、3、1 基本工具的使用-143、2 导线的连接-15四、测试分析-15 4、1 电路前的调试-154、2 电路的测试-174、3 电路的误差分析-18五、焊接技术-19六、元器件清单-21七、心得体会-21八、参考文献-22一产品要求与说明1、1 主要技术指标：1.输入交流电压50hz,220v;2.输出直流电压为12v；3.输出电流015ma;4.电压调整率小于10mv;5.内阻小于0.1；6.波纹电压峰值小于5mv.1、2 设计要求：1、设计一个能输出12v的直流稳压电源；2、根据设计要求和技术指标设计好电路图，选好元件参数；3、在pcb板上制作一个直流稳压电源；4、测量支流稳压电源的稳压

10、系数；5、测量直流稳压电源的内阻；6、拟订方案和设计步骤；7、写出设计报告1、3 设计产品说明： 本产品叫直流稳压电源，他是将交流电网220v的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于脉动电压含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随10%的电压波动，负载和温度的变化而变动，所以还须稳压电路，这样才能输出稳定的直流电压。二原理说明2.1 方案论证2. 1. 1 产品的功能、结构本产品是直流稳压电源，它分为：降压电路，：整流电路，iii：稳压电路三部分，结构图如下：降压电路整流滤波电路稳压电路 图一 直流稳压电源结构图2.

11、 1. 2 方案的确定根据设计的要求，电路分为四个模块，每个模块的选择如下：电源变压器：78系列的芯片要求输入电压vi比输出电压vo高23v，输出的电压为12v，所以输入的电压要在15v左右，在桥式整流电路以前的电压是15v的1/1.5倍，在13v左右，考虑到实际元器件与理论值的差别，最终选用15v的变压器：整流电路：整流是稳压电源的一个重要组成部分，它的主要作用是进行波形变换即将交流信号变成直流信号。（1）半波整流半波整流电路如下图所示。为分析方便起见，可设二极管为理想的。半波整流电路该电路工作原理：设变压器次级电压u2=u2msinwt=u2sinwt，其中u2m为其幅值，u2为有效值。当

12、u2变化的正半周期时，二极管d受正向电压偏置而导通，ul=u2；当u2变化的负半周期时，二极管d处于反向偏置状态而截止，ul=0。u2和ul的波形如下图所示，显然，输入电压是双极性，而输出电压是单极性，且是半波波形，输出电压与输入电压的幅值基本相等。由理论分析可得，输出单向脉冲电压的平均值即直流分量为ul0=u2m/p=u2 0.45 u2 （1）显然，输出电压中除了直流成分外，还含有丰富的交流成分基波和谐波（这里可通称为谐波），这些谐波的总和称为纹波，它叠加与直流分量之上。常用纹波系数g来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小，即 （2）式中，ulg为谐波电压总有效值，其值应为 （3） 由式（

13、1）、(2）和（3）通过计算可得，g比较大。由结果可见，半波整流电路的输出电压纹波较大。 半波整流电路的波形半波整流电路中的二极管安全工作条件为：a）二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管平均电流，即ifid0=ul0/rl=0.45u2/rlb）二极管的最大反向工作电压ur必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压urm，即ururm =u22全波桥式整流电路全波桥式整流电路如图(a)所示，图中4个二极管接成电桥的形式，故有桥式整流之称。图(b)所示为该电路的简化画法。图（a） 全波桥式整流电路 图(b) 全波桥式整流电路简化画法 该电路工作原理：参见图(a)，设变压器次级电压u2=u2

14、msinwt=u2sinwt，其中u2m为其幅值，u2为有效值。在电压u2的正半周期时，二极管d1、d3因受正向偏压而导通，d2、d4因承受反向电压而截止；在电压u2的负半周期时，二极管因受d2、d4正向偏压而导通，d1、d3因承受反向电压而截止。u2和ul的波形如下图所示，显然，输入电压是双极性，而输出电压是单极性，且是全波波形，输出电压与输入电压的幅值基本相等。由理论分析可得，输出全波单向脉冲电压的平均值即直流分量为 全波整流电路的波形ul0=2u2m/p=u20.9u2 （4） 其纹波系数g为 （5） 式中，ulg为谐波（只有偶次谐波）电压总有效值，其值应为 （6）由式（4）、（5）和（

15、6）通过计算可得g比较小。由结果可见，全波整流电路的输出电压纹波比半波整流电路小得多，但仍然较大，故需用滤波电路来滤除纹波电压。全波整流电路中的二极管安全工作条件为：a）二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管平均电。由于4个二极管是两两轮流导通的，因此有ifid0=0.5ul0/rl=0.45u2/rlb）二极管的最大反向工作电压ur必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压urm，即ururm =u2为了克服半波整流的缺点，故我们常采用桥氏整流电路。如图：v1d1vlv2trd4d3d2rl(+)(-)+-(+)(-)sab图二 桥式整流电路：滤波电路：整流部分整流出来的直流含有大量的纹

16、波。方案一：电容滤波电容是一个能储存电荷的元件。有了电荷，两极板之间就有电压uc=q/c。在电容量不变时，要改变两端电压就必须改变两端电荷，而电荷改变的速度，取决于充放电时间常数。时间常数越大，电荷改变得越慢，则电压变化也越慢，即交流分量越小，也就“滤除”了交流分量。采用电容滤波电路不仅可以使输出电压变得平滑、纹波显著减小，同时输出电压的平均值也增大了，输出电压平均值u0的大小不仅与滤波电容c及负载电阻rl的大小有关，c的容量一定，rl越大，c的放电时间t就越大，因此放电速度约慢，输出电压越平滑，u0就越大。为了取得良好的滤波效果，一般取rlc（35）t/2。方案二：电感滤波电感滤波是利用电感

17、的储能来减小输出电压纹波的。当电感中电流增大时，自电感电动势的方向与原电流方向相反，自感电动势阻碍电位增加的同时，也将能量储存起来，使电流的变化减小；反之，当电感中电流减少时，自感电动势的作用阻碍电流的减少，同时释放能量，使电流变化减小，因此，电流的变化小，电压的纹波得到抑制。电感滤波电路中的电感l起着阻止负载电流变化使之趋于平直的作用，一般它只使用于低电压，大电流的场合，而且考虑到电感体积比较大，危险性高的特点。以上分析知，采用电容滤波（方案一）比较好！：稳压电路：根据设计要求，输出12的电压，采用集成稳压器比较平稳，三端式稳压器只有3个引出端子，具有应用时外接元件少，使用方便，性能稳定，价

18、格低廉的优点，被广泛应用。方案一：采用固定式三端稳压器，通常用l7812系列，它由输出角v0、输入角vi和接地角gnd组成，它的稳压值为12v，由他的内部结构可知，除增加了一级启动电路外，其余部分与串联稳压电路完全一样，其基准电压源的稳定性更高，采取的电容必须是漏电流较小的坦电容，或者是电解电容须是钽电容的10倍，保护电路更完善。稳压器输入端的电容c1用来进一步消除纹波,此外，输出端的电容co与c1起到了频率补偿的作用，能防止自激振荡，从而使电路稳定工作。其结构外观如下图： 固定式三端稳压器的引脚图及典型应用电路 1 3 ui c1 co uo ui c1 co u0 2 l7812cv ui

19、 地 uo 地 ui uo（a） （b） l7812cv系列的引脚图及应用电路 l7812cv系列的引脚图及应用电路（其中：c1 = 470f，co = 0.01f）co采用漏电流小的钽电容）方案二：采用可调试的集成稳压器，通常有lm317等系列，他的内部结构差不多，它的公共端改接输出端，器件本身无接地，所以消耗的电流都从输出端流出。但是此种稳压器的调节受电位器的控制，误差比较大，很难调节。 3 cw317 2 c1 1 r1 d5 ui rw uo c2 co cw317 arj uo （c） cw317系列引脚图及应用电路根据设计要求，采用固定式比较简单，而且容易做，输出稳定。2. 2 电

20、路的工作原理： 2. 2. 1电路的实现： 电路接好后，把变压器的输入端接到220v交流电压上，用数字万用表测量整个输出端的电压。注意此时是直流电压，万用表打到直流处，读出数值，用于各种需要的电路。2. 2. 2 电路的原理图： 电路的pcb图2. 3 元件的选择：2. 3. 1 参数的计算：(1) 变压器部分：但我们必须用7815的因为它经过稳压电路后输出直流12v,在输入稳压电路之前到输出稳压电路之后,它们之间相差2-3v. 所以我们必须选择输出的变压器为15v.(2) 整流二极管及滤波电容部分由于：urm1.414ui=14.14. iomax=7.5main4001的反向击穿电压，额定

21、工作电流，故整流二极管选用in4001或者用in4007或者用整流桥代替亦可。根据 ，和公式可求得： 所以，滤波电容： 电容的耐压要大于，故滤波电容c取容量为，耐压为的电解电容。(3) 稳压部分：有上面分析可以知道，采用固定式的稳压电路，l7812cv，他们的输出电压为12v，输出电流为0.5a，温度系数为300，确定其电路形式(4) 为了确定电路的接法是否正确，电路是否正常工作，输出端接一个电阻和发光二极管。r12-0.7/0.5=22、6 取470欧姆即可。(我没做这一步)可以省略.(5) 为防止电路电容发生短路，在变压器输出端安一个保险管，防止器件烧坏。（但我没有做这一步）。这也是我设计

22、电路不完善的地方.2. 3. 2元件的确定：由上面参数计算可知，选取下列元件：变压器：输出15 v一个电容：2200f、0.01f、0.01f、470f各一个。整流桥：一个固定电阻：1000一个滑动变阻：1k一个二极管：一个以上元件按原理图连接。三、 安装工艺3.1 基本工具的使用1. 尖嘴钳尖嘴钳的头部尖细，适用于较小的工作空间或带电操作低压电气设备，尖嘴钳也可用来剪断细小的金属丝。它适应于电气仪表制作或维修，使用方便。尖嘴钳的规格有碗话碗，有130mm,160mm,180mm,200mm四种。使用尖嘴钳是要注意以下几个问题。（1） 绝缘手柄损坏时，不可用来切断带电导线。（2） 为了使用安全

23、，手离金属部分的距离应不小于2cm。（3） 钳头部分尖细，又经过热处理，钳夹物不可太大，用力切勿太猛，以防损坏钳头。尖嘴钳使用后清洁干净，钳轴要经常加油，以防生锈。2斜口钳用于剪细导线或修剪焊接各多余的线头.3. 剥线钳:主要用来快速剥去导线外面塑料包线的工具. 使用时要注意选好孔径,切勿使刀口剪伤内部的金属蕊线.3.2 导线的连接1.局与排线的美导线的连接对导线连接的基本要求：（1） 接触紧密，接头电阻小且稳定性好。与同长度、同截面积的电阻比应不大于1。（2） 接头的机械强度应不小于导线机械强度的80%。（3） 耐腐蚀。对于铝和铝连接，如采用熔焊法，主要防止残余熔剂或熔渣的化学腐蚀。在接头前

24、后，要采取措施，避免这类腐蚀的存在。否则，在长期的运动中，接头有发生故障的可能。（4） 接头的绝缘层强度应于导线的绝缘强度一样。（5） 要注意布观，便于查找调试。2. 导线与针孔接线柱的连接导线与接线柱的连接是保证装置或设备安全运行的关键工序，必须接得正规可靠。导线与针孔接线柱的连接方法如下：（1） 单股芯线端头应折成双根并列后，再以水平状插入承接孔，并能是并列面承受压紧螺钉的顶压。芯线端头所需长度应是两倍孔深。（2） 芯线端头必须插到孔的底部。四、 电路的测试和分析 4. 1 电路前的调试： 实践表明，一个电子装置，即使按照设计的电路参数进行安装往往也难于达到预期效果。这是因为人们在设计时，

25、不可能周全地考虑各种复杂的客观问题，必须通过安装后的测试和调整，来发现和纠正设计方案的不足。然后采取措施加以改进，使装置达到预定的技术指标。因此调整电子电路的技能对从事电子技术及有关领域工作的人员来说，是不应缺少的。调试的常用仪器有：万用表、示波器、信号发生器。1.调试前的检查电子安装完毕，通常不宜急于通电，要形成这种习惯，先要仔细检查。其检查内容包括：（1） 连线是否正确 检查的方法通常有两种方法：a.按照电路图检查安装的线路 这种方法的特点是根据电路图连线，按一定顺序安装好的线路，这样比较容易查出哪里有错误。b.按照实际线路来对照原理图电路进行查线这是一种以元件为中心进行查线的方法。把每个

26、元件引脚的连线一次查清，检查每个去处在电路图上是否存在，这种方法不但可以查出错线和少线，还容易查出多线。为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做出标记，最好用指针式万用表“欧姆1”挡，或数字万用表“欧姆挡”的蜂鸣器来测量，可直接测量元、器件引脚，这样可以同时发现接触不良的地方。（2） 元器件的安装情况 检查元器件引脚之间有无短路和接触不良，尤其是电源和地脚，发光二极管“+”、“-”极不要接反。1. 调试方法与原则（1）通电观察 把经过准确测量的电源接入电路。观察有无异常现象，包括有无元件发热，甚至冒烟有异味电源是否有短路现象等；如有此现象，应立即断电源，待排除故障后才能通电。（2）静态调

27、试 交流和直流并存是电子电路工作的一个重要组成部分。一般情况下，直流为交流服务，直流是电路工作的基础。因此，电子电路的调试有静态和动态调试之分。静态调试过程：例如，通过静态测试模拟电路的静态工作点，数字电路和各输入端和输出端的高低电平值及逻辑关系等，可以及时发现已损坏的元器件，判断电路工作情况，并及时调整电路参数，使电路工作状态符合设计要求。（3） 动态调试调试的方法是在电路的输入端接入适当频率和幅值的信号，并循着信号流向来检测各有关点的波形，参数和性能指标。发现故障应采取各种方法来排除。通过调试，最后检查功能块和整机的各种指标是否满足设计要求，如必要再进一步对电路参数提出合理的修正。3.调试

28、中注意的事项为了保证效果，必须减小测量误差，提高测量精度。为此，需注意以下几点： （1）正确使用测量仪器的接地端（2）测量电压所用仪器的输入端阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。因为，若测量仪器输入阻抗小，则在测量时会引起分流给测量结果带来很大的误差。（3）仪器的带宽必须大于被测电路的带宽。要正确选择测量点。（4）用同一台测量仪进行测量进，测量点不同，仪器内阻引起的误差大小将不同。（5）调试过程中，不但要认真观察和测量，还要于记录。记录的内容包括实验条件，观察的现象，测量的数据，波形和相位关系等。只有有了大量的可靠实验记录并与理论结果加以比较，才能发现电路设计上的问题，完善设计方案。（6）调试时出

29、现故障，要认真查找故障原因，切不可一遇故障解决不了的问题就拆掉线路重新安装。因为重新安装的线路仍可能存在各种问题。我们应该认真检查.调试结果是否正确，很大程度受测量正确与否和测量精度的影响。4、对于本直流电源来说，如果没什么问题了，可以直接进行测量了。4、2 电路的测试：测试电路图如下： 自耦变压器 电流表a被侧稳压 v0v 220v 电路 电压表 滑动电阻器 图六 测试电路图（1） 最大输出电流及输出电压 一般用 iomax表示，一般情况下的工作电流ioiomax，输出电压用u0表示。( 2 ) 测试电路如图六所示。一般情况下，稳压器正常工作时，其输出电流小于最大输出电流取io=7.5ma，

30、可算出rl=0.8k，工作时阻值为0.8k的电位器。测试时，先使rl=0.8k，交流输入电压为220v，用数字电压表测量的电压值就是uo。然后慢慢调小，直到uo的值下降5%，此时流经的电流就是，记下后，要马上调大的值，以减小稳压器的功耗。（3）稳压系数 是在负载电流io、环境温度t不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即： sv=（v0v0）（vivi）测试过程：先调节变压器使输入电压增加10%即 vi=242v，测试此时对应的输出电压vo1；在调节变压器使输入电压减少10%，即 vi=198v，测量这时的输出电压vo2，然后测试出vi=220v时对应的输出电压vo，得到稳压

31、系数为：sv=（v0v0）/（vivi）=220（242-198）(vo1-vo2)v0=4.06%（4）输出电阻的测量 按图六所示连接电路，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：0.1k（5）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。uop-p=0.005v4. 3 电路的误差分析在电路测试过程中，我测得； 变压器输出交流电压=16.44v 输出为16.60v 误差为0.16v 如果按理论值输出的15v,用7812三端固定稳压集

32、成器做稳压电路,输出应为12左右.实际测出的输出值应在11v到13v之内,才能保证一定的误差. 以上为测得的数据，跟理论数据相比较存在着较为明显的误差，设计要求电流在0到15ma内可调.所以我们理论测出的值应在这个范围内.但由于实际测量存在误差,所以测出的实际值用这个范围左右.本人认为这其中误差产生的原因有以下几个： 1、可能是由于电路设计得不够完美，没有考虑各种环境因素对电路产生干扰。比如温度、元件的好坏、电路设计的布局方面、电网的波动等各方面。 2、在电路焊接方面，可能存在的虚焊、焊液过多，以至于电路中信号波形的波长与实际电路的某些物体的尺寸相似，造成了电路不可克服的缺陷和不易觉察的因素。

33、3、在模拟电子技术当中，各种数据本身就是一种近似值，他其中的数据只是大概的反映元件的电路性质，随着环境温度的变化而发生各种随机的变化，故无法有仪表来精确测量，加之，我们在测量当中难免会有接触问题，比如接触不良、表笔的内阻。 以上只是在电路测量当中出现的问题，当然还有其他没有列举出来的问题，故在此种因素下测得跟理论相差无多的值，是很好的一面了五、 焊接技术 在本次电路设计当中，我担任电路焊接的主要负责人，在此我深深体会到电路的好坏、美观是与焊接技术很大的关联，在这里我强调焊接技术的重要性，在焊接过程中要注意以下几点：1. 焊接操作姿势与卫生焊剂挥发出的化学物质对人体有害的，如果操作时鼻子距烙铁头

34、太近，则很容易将有害气体吸入。一般烙头距鼻子至少不少于30cm，通常400cm以上为宜。电烙铁拿法有几种，一般在操作台上焊接电路板时多采用握笔法。使用烙铁要配置烙铁架，电烙铁使用之后要稳妥放于烙铁架上，注意导线等物不要碰触烙铁头。由于焊锡丝成分中，铅占一定比例，众所周知铅是对人体有害的重金属，因此操作时应戴手套或操作后洗手，避免将其食入。2. 焊接的基本操作(1)焊件表面处理 手工烙铁焊接中遇到的焊件是各种各样的电子元件和导线，除非在规模生产条件下使用“保鲜期”内的电子元件，一般情况下遇到的焊件往往都需要进行表面清理工作，去除焊接面上的锈迹、油污、灰尘等影响焊接质量的杂质。手工操作常用机械刮磨

35、和酒精、丙酮擦洗等简单易行的方法。(2)预焊 预焊就是将要锡焊的元器件引线或导线的焊接部位预先用焊锡润湿，一般也称为镀锡，上锡，搪锡等。称此过程为“预焊”是准确的，因为其过程和机理都 是锡焊的全过程焊料润湿焊件表面，靠金属的扩散形成结合层后而使焊件表面“镀”上一层焊锡。其实预焊并不是锡焊必不可少的步骤，但在手工焊接特别是维修，调试，研制工作中预焊可以提高产品的质量和可靠性。（3）要用过量的焊剂适量的焊剂是必不可少的，但绝不是越多越好。过量的松香不仅造成焊后焊点周围难以清洁，而且延长了焊接时间（松香溶化、挥发会带走热量），降低工作效率；而当加热时间不足时又容易夹杂到焊锡中形成“夹渣”缺陷；对开关元件的焊接，过量的焊剂容易流到触点处，造成接触不良。合适的焊剂量应该是仅能浸湿将要形成的焊点。对使用松香芯的焊锡丝来说，基本不需要再涂焊剂。（4） 持烙铁头的清洁因为焊接时烙铁长期处于高温状态，又接触焊剂等受热分解的物质，其表面很容易氧化而形成一层黑色杂质，这些杂志几乎形成隔