模拟电子技术课程设计直流稳压电源

1、模拟电子技术课程设计说明书直流稳压电源 系 、 部： 电气与信息工程系 姓名： 王国兴 学号： 10401240414 指导教师： 雷美艳 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气本1004班 完成时间： 2012 .6 .12 目录一、绪言 -3二、设计任务和要求 -7三、设计原理和主要思路 -9四、电路的安装和调试-14五、电路的仿真-15六、硬件系统设计 -17七、心得体会 -18 第一章 绪 论1.1概论直流稳压系统，即稳压电源，是各种电子电路的动力源，被人们誉为电路的心脏。人所皆知，所有的用电设备，包括电子仪表、家用电器、工业用电器设备等，对供电电压都有一定的要求。例如，有的电视

2、机要求220v的电网供电电压变化不能超过10%，即从198v到242v之间。如果超出这个范围，电视机就不能正常收看，甚至会因电压过高而烧坏电视机。至于精密电子仪器，对供电电压保持稳定不变的要求就更加严格。为解决用电设备要求供电稳定，而是点电网又难以保证的供求矛盾，人们便研制了各种各样的稳定电源。所谓 “稳定”是指电压或电流的变化小到可以允许的程度，并不是绝对不变的。 稳压问题的提出，可追溯到19世纪，爱迪生发明电灯时，就曾考虑过稳压器。到20世纪初，就已经出现了铁磁稳压器及相应的技术文献。电子管问世不久，就有人设计了电子管直流稳压器，20世纪40年代后期，电子器件与磁饱和元件相结合，构成了电子

3、控制的磁饱和交流稳压器，至今还在应用中。20世纪50年代，随着半导体工业的飞速发展，晶体管的诞生使串联调整型晶体管稳压电源成了直流稳压电源的中心，这种局面一直维持到20世纪60年代中期。这种电源虽然性能优良，但它的最大的弱点是由于功率调整管与负载串联，并且晶体管工作在线性区域。稳压器的输出电压调节与稳定借助于功率调整管上电压降的调整来实现，因而在输出电压低、电流大的场合，效率非常低且功率晶体管发热也很厉害，散热变成了很大的问题。随着半导体技术的进步，电子设备开始从分立元件进入集成电路时代，体积日益减小，装机密度不断提高，规模容量逐渐增大。这种晶体管串联型常规电源难以满足形势发展的问题日益显露。

4、20世纪60是年代后期，科技工作者对稳定电源技术进行了一次新的总结，是开关电源和可控硅电源得到了快速的发展。与此同时，将稳压器的大部分元器件都集成在一块硅基片上的集成稳压器也在不断发展。从1967年美国bob widlar发明了第一块集成稳压器a723至今，集成稳压器种类之多，系列之全使人们刮目相看。简述之，以电子计算机为代表的要求供电电压低，电流大的电源都是由开关电源担任的；要求供电电压高，电流大的设备的电源有可控硅电源代之；要求控制电电流小，电压低的仪器仪表会家用电器都采用集成稳压器。至于一些对电源稳定度要求很高的精密测量仪器或在其他高电压，小电流的供电场合，仍摆脱不了串联型晶体管稳压电源

5、。 1.2稳压电源的基本知识 当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路-电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。袖珍计算器则是简单多的电池电源电路。不过你可不要小看了这个电池电源电路，比较新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。可以说电源电路是一切电子设备的基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备。 由于电子技术的

6、特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。另外，很多电子爱好者初学阶段首先遇到的就是要解决电源问题，否则电路无法工作、电子制作无法进行，学习就无从谈起.1.3分类 稳压电源的分类方法繁多，按输出电源的类型分有直流稳压电源和交流稳压电源；按稳压电路与负载的连接方式分有串联稳压电源和并联稳压电源；按调整管的工作状态分有线性稳压电源和开关稳压电源；按电路类型分有简单稳压电源和反馈型稳压电源，等等。如此繁多的分类方式往往让初学者摸不着头脑，不知

7、道从哪里入手。其实应该说这些看似繁多的分类方法之间有着一定的层次关系，只要理清了这个层次自然可以分清楚电源的种类了。既然我们谈的是稳压电源的分类，那么首先就应该清楚电源的输出是什么，是输出直流电还是输出交流电。这样第一个层次就出来了，首先应该根据电源的输出类型来分类。接下来的分类就要麻烦一些，是按稳压电路与负载的连接方式分类还是按调整管的工作状态分类呢？其实了解一下我们身边的电子设备会发现实际应用中稳压电源有两个区别很大的种类，一种是各种比较简单的电子设备中广泛使用的线性稳压电源，比如收音机、小型音响等；一种是各种复杂电子设备中广泛使用的开关稳压电源，比如大屏幕彩电、微型计算机等。这样看来第二

8、个层次的分类我们可以根据调整管的工作状态来分类。接下来的第三个层次的分类就是根据稳压电路与负载的连接方式来分类。再往下面细分由于各种不同的电路特性相差太大，就不好一概而论，应该根据每一个具体类别的特性进行分类区分了。当然这里所谈的分类只是根据直流稳压电源的特点给出一个大致的分类思路.1.4技术指标 直流稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，反映直流稳压电源的固有特性，如输入电压、输出电压、输出电流、输出电压调节范围；另一类是质量指标，反映直流稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。1、特性指标（1）输出电压范围符合直流稳压电源工作条件情况下，能够正常

9、工作的输出电压范围。该指标的上限是由最大输入电压和最小输入输出电压差所规定，而其下限由直流稳压电源内部的基准电压值决定。（2）最大输入输出电压差该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所允许的最大输入输出之间的电压差值，其值主要取决于直流稳压电源内部调整晶体管的耐压指标。（3）最小输入输出电压差该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所需的最小输入输出之间的电压差值。（4）输出负载电流范围输出负载电流范围又称为输出电流范围，在这一电流范围内，直流稳压电源应能保证符合指标规范所给出的指标。2、质量指标（1）电压调整率sv电压调整率是表征直流稳压电源稳压性能的优劣的重要指标，又称为稳压系数

10、或稳定系数，它表征当输入电压vi变化时直流稳压电源输出电压vo稳定的程度，通常以单位输出电压下的输入和输出电压的相对变化的百分比表示。（2）电流调整率si电流调整率是反映直流稳压电源负载能力的一项主要自指标，又称为电流稳定系数。它表征当输入电压不变时，直流稳压电源对由于负载电流（输出电流）变化而引起的输出电压的波动的抑制能力，在规定的负载电流变化的条件下，通常以单位输出电压下的输出电压变化值的百分比来表示直流稳压电源的电流调整率。（3）纹波抑制比sr纹波抑制比反映了直流稳压电源对输入端引入的市电电压的抑制能力，当直流稳压电源输入和输出条件保持不变时，纹波抑制比常以输入纹波电压峰峰值与输出纹波电

11、压峰峰值之比表示，一般用分贝数表示，但是有时也可以用百分数表示，或直接用两者的比值表示。（4）温度稳定性k集成直流稳压电源的温度稳定性是以在所规定的直流稳压电源工作温度ti最大变化范围内（tmintitmax）直流稳压电源输出电压的相对变化的百分比值。3、极限指标（1）最大输入电压是保证直流稳压电源安全工作的最大输入电压。（2）最大输出电流是保证稳压器安全工作所允许的最大输出电流。1.5 选择合适的电源 稳压电源的分类并没有明确的含义和界限，我们还可以根据电源稳压器的其他特点对电源进行分类。面对种类繁多的电源产品，如何选择一款合适的稳压电源十分重要。 我们选择稳压电源，除了要确定电源的型号、种

12、类，还要考虑所选稳压电源的电气特性是否可以满足工作的需要。一块理想的稳压电源，除了电源的功率和输出电压等基本指标符合工作需要以外，对于交流稳压电源，我们还要确定稳压电源相数、稳压范围和稳压精度，也需要满足工作需要。对于直流稳压电源来讲，需要考虑稳压电源的电源调整率、输出功率、负载调整率和纹波等指标。第二章 设计任务和要求2.1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；2.2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v

13、op-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；（8） 撰写设计报告。2.3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

14、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（7812/7912/7809/79

15、09/7805/7905）、电容、电阻若干元器件清单编号名称型号数量r1电阻240欧1rp可调电阻2.7k1c1电解电容2200u/50v1c2绦纶电容0.33u1c3电解电容10u/50v1c4电解电容100u/50v1vd1、vd2整流二极管in40022u整流全桥kbpc6101ic可调三端稳压cw3171t电源变压器tda202612.4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。2.5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第三章设

16、计的主要思路做一种简单的稳压电源，可以满足一般无线电爱好者的需要。但是，这种电源还有许多“天生的”缺陷，要提高对性能的要求，就必须再做一些改进。从以下四个方面对它的性能加以改善，便可做成一台有实用价值的稳压电源了。这就是：增加放大环节，提高稳定性，使输出电压可调；用复合管做调整管，使输出电流增大；增加保护电路，使电源工作安全可靠。3.1设计原理： 直流稳压电源主要由四部分组成：电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。1电源变压器：将电网交流电压变为整流电路所需的交流电压，一般次级电压u2较小。2整流电路：将变压器次级交流电压u2变成单向的直流电压u3，它包含直流成份和许多谐波分量。3滤波电路

17、：滤除脉动电压u3中的谐波分量，输出比较平滑的直流电压u4。该电压往往随电网电压和负载电流的变化而变化。4稳压电路：它能在电网电压和负载电流的变化时，保持输出直流电压的稳定。它是直流稳压电源的重要组成部分，决定着直流电源的重要性能指标。3.2单元电路的设计直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路所组成，各部分电路的形式与作用如下。3.2.1 电源变压器电源变压器的作用是将来自电网的220v交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效率为：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所示：表1 小型变压器的效率 副边功率 效率0.6

18、0.70.80.85 因此，当算出了副边功率后，就可以根据上表算出原边功率。设计要求的电源变压器为双1525。原边输入功率为。副边输出功率为因为所选电源变压器为双1525，由表中数据可知，则，所选25w符合要求。电源变压器的实际效率为3.2.2桥式整流电路桥式整流属于全波整流，它不是利用副边带有中心抽头的变压器,而是用四个二极管接成电桥形式，使在电压v2的正负半周均有电流流过负载，在负载形成单方向的全波脉动电压。 桥式整流电路主要参数：3.2.3 滤波电路整流电路输出波形中含有较多的纹波成分，与所要求的波形相去甚远。所以通常在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。滤波电路常有电容滤波，

19、电感滤波和rc滤波等。本设计中采用电容滤波电路 电容滤波电路上图分别是桥式整流电容滤波电路和它的部分波形。这里假设t0时，电容器c已经充电到交流电压v2的最大值（如波形图所示）。整流二极管vl1vl4组成单相桥式整流电路，将交流电压u2变成脉动的直流电压。再经滤波电容滤除波纹ui.ui与交流电压u2的关系为ui=(1.11.2)u2每支整流二极管的最大反向电压urm=u2。通过每支整流二极管的平均电流。式中r为整流滤波电路的负载电阻，为电容提供放电回路，rc放电时间常数应该满足rc.式中t=20ms。 一 3.2.4 稳压电路a. 稳压电路的技术指标稳压电源的技术指标：1.特性指标：输入电源、

20、输出电压及输出调节范围，2.质量指标：稳压系数、输出电阻、温度系数及纹波电压输出电压,输出电压的变化表示为：因此：输入调整因数：反映输入电压波动对输出电压的影响电压调整率：, 输入电压变化时引起输出电压的相对变化。稳压系数：，在温度和负载恒定的条件下，输入电压变化10%,输出电压的变化，单位mv.输出电阻：, 反映负载电流变化io对vo的影响温度系数：纹波电压：是稳压电路输出端交流分量的有效值，它表示输出电源的微小波动。上述指标愈小，输出电源愈稳定。b. 稳压管整流电路 图5稳压二极管稳压电路设计要求： , , , , , 对于电阻r的选择：（理论书p533）: 得r的最大值：，下限值：第四章

21、 电路的安装与调试4.1 整流滤波电路的安装首先应在变压器的副边电压接入保险丝fu，以防电源输出端短路损坏变压器或其他元件，整流滤波电路主要检查整流二极管是否接反，否则会损坏变压器。检查无误后，通电测试（可用调压器逐渐将输入交流电压升到220v），用滑线变阻器作等效负载，用示波器观察输出是否正常。4.2 稳压部分的安装集成稳压器要安装适当的散热器，根据散热器的安装的位置决定是否需要集成稳压器与散热器之间绝缘，输入端加直流电压（可用直流电源作输入，也可用调试好的整流滤波电路作输入），滑线变阻器作等效负载，调节电位器，输出电压随之变化，说明稳压电路正常工作。注意检查在额定负载电流下的稳压器的发热情

22、况。4.3 组装及指标测试将整流滤波电路和稳压电路相连接并接上等效负载，测量下列各值是否满足设计要求：（1） ui为最高值，uo为最小值，测稳压器输入、输出端压差是否小于额定值，并检查散热器的温升是否满足要求（此时应使输出电流为最大负载电流）。（2） ui为最小值，uo为最大值，测稳压器输入、输出端压差是否大于3v，并检查输出稳压情况。如果上述结果符合设计要求，便可以进行质量指标测试。第五章电路的仿真用protel99软件制作原理图2.1 仿真调试调试。用proteus 经行仿真（如图1.6），变压器的输出端用正弦的交流电代替。总输出端接一个电压表一个电流表，电流表与一个滑动变阻器（充当负载r

23、l）串联进行调试电路仿真图:当电位器rv1向上调到最大时当电位器rv1向下调至最小时仿真结果显示1.253uo12.599，uo =11.346 基本符合设计要求。第六章 硬件系统的设计6.1 硬件系统各模块功能简要介绍6.1.1 降压电路由单相交流变压器把220v交流电降压为12v的小电压。6.1.2 整流电路 主要由整流桥构成，变压器副边输出正弦交流电经整流桥整流 变成方向一致的半波型脉动直流电。直流电路的任务是将交流电压变为直流电压。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用。因此二极管是整流电路的关键元件。本设计采用单相桥式整流电路，我们采用的是1n4001整流二集管。6.1.3 滤波电

24、路 由c1 c2和整流电路构成，其作用主要是用于滤去输出电压中的纹波。c1为电极电容，主要是滤去整流后的脉动直流电的低频交流信号并起到过流保护的作用，c2作用主要是滤去脉动直流电的高频交流信号。6.1.4 稳压电路 此电路中lm317芯片输出可调电压， d5是为了防止输入短路时c5上的存储的电荷产生很大的电流反向流入稳压器蚀之损坏，d6为防止输出短路时c3通过调整端放电而损坏稳压器，c3用于减少输出纹波电压。c4用于消除输出电压中的高频噪音。c5为极性电容起到稳压的作用 第七章 课程设计体会 课程设计是培养学生综合运用所学知识发现提出分析和解决实际问题锻炼实践能力的重要环节是对学生实际工作能力的具体训