《简易直流稳压电源》课程设计报告

1、目 录摘要.2设计要求.2第一章 系统概述3第二章 单元电路设计与分析11第三章 系统综述、总体电路图19第四章 结束语23参考文献.23元器件明细表.24附图.25鸣谢.26收获与体会，存在的问题等.26评语.27简易直流稳压电源摘要：直流稳压电源是能为负载提供稳定直流电源的电子装置。直流稳压电源的供电电源大都是交流电源，当交流供电电源的电压或负载电阻变化时，稳压器的直流输出电压都会保持稳定。 直流稳压电源随着电子设备向高精度、高稳定性和高可靠性的方向发展，对电子设备的供电电源提出了高的要求。本次课程设计题目为简易直流稳压电源，此设计的系统由 直流稳压电源部分、数控部分及显示部分组成。本文设

2、计的是量程为12v且在012v可调的直流稳压电源，其最大输出电流为400ma，并具有数字显示电压功能。并且利用a/d转化，将输出的连续电压信号变为离散的数字信号实现输出电压的控制。另外核心部分为：采用数字电路实现输出电压的控制，通过加减键实现加计数或减计数。同时通过计数器和译码-驱动器，最终将电压值显示到数码管组上。该稳压电源具有性能稳定.结构简单.电压、电流指标精度高.调节方便等优点。同时通过计数器和译码-驱动器，最终电压值显示到数码管组上。该稳压电源具有性能稳定.结构简单.电压、电流指标精度高.调节方便等优点。关键字：整流；滤波；稳压；数控；可调；数码管；设计要求主要技术指标与要求1. 输

3、出电压12v；2. 输出电流400ma；3. 输出电压数字显示，显示精度优于0.1。4. 输出电压在012v之间连续可调。第一章 系统概述1设计思路1.1整体电路：直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路、及稳压电路组成，其基本原理框图如下图（图1.1）所示。（1）首先选用合适的电源变压器将电网电压降到所需要的交流电源。（2）降压后的交流电压，通过整流电路整流变成单项脉动直流电压。直流脉动电压经过滤波电路变成平滑的、脉动小的直流电压，即滤除交流成分，保留直流成分，滤波电路一般有电容组成，其作用是把脉动直流电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压。（3）稳压电路：稳压电路的作用适当外

4、界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能是输出直流电压不受影响而维持稳定的输出。图1.1直流稳压电源基本原理框图1.2总体方案的设计该系统总体方案设计主要在可调电压输出部分，其要求是输出电压从0v开始连续可调。由于时间、个人能力有限，固根据数字电子技术与模拟电子技术所学知识，设计出如下简单，方便，易懂的设计方案。首先将220v交流电压，通过变压器，降低电压值。然后交流电压经过整流滤波后,得到平滑的直流电压,作为稳压电路的输入电源从ui输入。由于平稳后的直流电压达不到所需12v直流电压，通过运用了比较放大电路,将电压放大，通过计算，将其放大至所需值。它的核心是调整管,输出电压的稳定是管的

5、压降相应改变,使输出电压保持稳定。稳压电路整流电路变压器变压取样电压输出电压比较反馈 方案总体框图2整流电路模块与滤波电路模块 降压后的交流电压，通过整流电路整流变成单项脉动直流电压。直流脉动电压经过滤波电路变成平滑的、脉动小的直流电压，即滤除交流成分，保留直流成分，滤波电路一般有电容组成，其作用是把脉动直流电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压。 如下，做整流电路模块方案和滤波电路模块的选择与论证2.1整流电路模块方案的选择与论证该模块主要利用二极管的单向导电性组成整流电路，将交流电压变换为单方向脉动电压。实现方法主要有以下三种。方案一：单相半波整流电路（a）电路图 u2 u0

6、ud （b）波形图图2.1单相半波整流电路 在变压器次级电压u2为正的半个周期内（如图2.1（a）中所示上正下负），二极管导通，在rl上得到一个极性为上正下负的电压；而在u2为负的半个周期内，二极管反向偏置，电流基本上等于0。所以在负载上的电压的极性是单方向的（如图2.1（b）所示）。正半周内uo=u2，ud=0；负半周内uo=0。ud=u2。由此可见，由于二极管的单向导电作用，把变压器次级的交流电压变换为单向脉动电压，达到了整流的目的。其优点是结构简单，使用的元件少，但也有明显的缺点：输出电压脉动大，直流成分比较低；变压器有半个周期不导电，利用率低；变压器含有直流部分，容易饱和。只能用于输出

7、功率较小，负载要求不高的场合。方案二：单相全波整流 (a)电路图u2iouoo totot(b)波形图图2.2全波整流电路全波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、负半周轮流导电，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。电路如图2.2（a）所示。正半周内d1导通，d2截止，在负载rl上得到的电压极性为上正下负；负半周内，d1截止，d2导通，在负载上得到的电压仍为上正下负，与正半周相同。全波整流波形如图2.2（b）。全波整流的输出电压时半波整流的两倍，输出波形的脉动成分比半波整流时有所下降。全波整流电路在负半周时二极管承受的反向电压较高，

8、其最大值等于，且电路中每个线圈只有一半时间通过电流，所以变压器利用率不高。方案三：单相桥式整流单相桥式整流电路如图2.3（a）。由图可见，u2正半周时d1、d4导通，d3、d2截止，在负载电阻rl上形成上正下负的脉动电压；而在u2负半周时，d2、d3导通，d1、d4截止，在rl上仍形成上正下负的脉动电压。如果忽略二极管内阻，有uou2。桥式整流电路波形如图2.3（b）所示。正负半周均有电流流过负载，而且电路方向是一致的，因而输出电压的直流成分提高，脉动成分降低。单相桥式整流电路主要参数：输出直流电压,脉动系数s，二极管正向平均电流i,二极管最大反向峰值电压u。桥式整流电路解决了单相整流电路存在

9、的缺点，用一次级线圈的变压器，达到了全波整流的目的。(a) 电路图 u2 io uo o 0 0 (b)波形图 图2.3单相桥式整流电路通过三组方案的对比，由于桥式整流电路解决了单相整流电路存在的缺点，用一次级线圈的变压器，达到了全波整流的目的。而方案一、二有明显不足之处。因此选用方案三单相桥式整流。2.2滤波电路模块方案的选择与论证该模块实现降低输出电压的脉动成分，尽量保留直流成分的功能。利用电容和电感的滤波作用达到降低交流保留直流成分的目的。方案一：电容滤波（a）电路图 （b）滤波后输出的波形 图2.4单相桥式整流电容滤波电路如图2.4所示为单相桥式整流电容滤波电路。利用电容的储能特性，使

10、波形平滑，提高直流分量，减小输出波纹，其输出波形如图2.4（b）所示。电容滤波有以下特点：一、加入滤波电容后，输出电压的直流成分提高，脉动成分减小。二、电容滤波放电时间常数（）越大，放电过程越慢，输出直流电压越高，纹波越小，效果越好。为了获得较好的滤波效果，一般选择电容值满足5) ，此时，输出电压的平均值。三、电容滤波电路的输出电压随输出电流的增大而减小，所以电容滤波适合于负载电流变化不大的场合。 方案二：电感滤波单相桥式整流电感滤波电路如图5，利用电感不能突变的特性，使输出电流波形平滑，从而使输出电压波形也平滑，提高直流分量，减小输出纹波。（a） 电路滤波前滤波后 t(a) 滤波后的输出波形

11、图2.5单相桥式整流电感电路u 方案三：复式滤波复式滤波电路由电阻和电容，电阻和电感或电感和电容组合成的滤波。几种常见的复式滤波电路如图2.6所示。图2.6（a）所示为型滤波电路，这种电路的缺点是在r上有压降，因而需要提高变压器次级电压；同时，整流管的冲击电流仍然较大，这种电路知识和小电流负载的场合。（b）所示为型滤波电路，这种滤波电路的优点是：简单经济，能兼起限制浪涌电流的作用，滤波效果较好。其缺点是带负载能力差，滤波电路有功率损耗。它适合负载电流小，纹波系数小的场合。（c）所示为倒l型滤波电路，整流后输出的脉动直流经过电感，交流成分被削弱，再经过c滤波后，可在负载上获得更加平滑的直流电压。

12、这种滤波电路的优点是：滤波效果好，几乎没有直流损耗。其缺点是低频时电感体积大，成本高。(a) 型滤波 (b) 型滤波 (c) 倒l型滤波 图2.6 常见复式滤波电路综合考虑，由于在小功率电源中电容滤波最为常见，满足本设计要求，故选择方案一。第二章 单元电路设计与分析2.1 12v直流稳压电源的设计首先通过变压器将电压为220v的交流电压降到所需值，以供稳压电源电路所用。该稳压电源电路，由整流桥ibq40（d1）进行整流、c1和r1平滑滤波，输出至电压调整管q1的集电极，通过电路中个原件的作用功能，发挥作用，最终得到012v可调直流电压。电路中，d2选择稳压值为3.3v的稳压管，使从整流、滤波输

13、出的直流电压稳定在3.3v左右，并接入u3，由于r2、r3阻值相等，通过u3运算放大器，将电压放大两倍（a=（r2+r3）/r3=2），使得其输出电压约为6.6v左右。通过增加一滑动变阻器r4，与运算放大器u4连接，可调节输入u4的电压值，而接入的r5=5k，r6=5.44k，因此计算得出u4放大倍数a=（r5+r6）/r5=1.92。因此调节r6就可得到012v连续可调直流电压。（通过计算，可得出电路图中各原件的值。）下图为所设计直流稳压电源电路图。图2.1电路图2.2输出-12v不可调部分由lm7912 芯片、电容组成。电路如图4.2图2.2 稳压不可调电路lm7912是固定式的三端集成稳

14、压器，输出电压为-12v，输出电流为1.5a，符合题目要求，故选用该稳压器。输入端的电容c8用以抵消较长接线的电感效应，防止产生自激震荡，取值一般选在（0.11）nf;输出端电容c9用来改善暂态响应，使瞬时增减负载电流时不致引起输出电压有较大的波动，c9选用100nf。2.3 a/d转化模块如图8。当连续可调的稳压电路产生一个电压后，由一个8位输出的a/d转化器转化成一个固定的8位二进制数，比较部分共由六片十进制计数芯片74ls160完成。同时由cp脉冲给两片74ls160计数，也得到一个八位的二进制数，两个数经过比较，如果相等则给右边级联的四片74ls160置数。因为六片160由同一个cp脉

15、冲触发，所以能够保证两者级联后的芯片计数相等。图2.3a/d转化电路图2.4 显示电路显示电路主要用来产生电压控制码。输出电压的可调部分从012.00以0.1步径调节，至少需要121个状态。2.4.1脉冲产生电路的设计 脉冲通过控制按键开关的开与闭实现高低电平的瞬间转换来产生。为了防止按钮开关过程中出现振铃现象，在加减计数按钮与计数器计数时钟脉冲端之间接入74ls14，可以消除振铃现象。如图2.4。图2.3 a/d转化模块电路图。图2.4 脉冲产生电路2.5计数器计数电路的设计计数器应选择十进制加减可逆，择74ls192。计数电路用三片74ls192十进制计数器用进位方式级联而成，如图2.5所

16、示。其中，最高位的那片74ls192用十进制计数器异步清零法，构成二进制计数器。这四片74ls192计数器输出的状态通过控制t型网络电阻的选用情况，来实现分别控制输出电压的百分位，十分位，个位，十位的值。计数方式：1，加计数时，当百分位计数器由9复位到0时，其发出一个负脉冲作为十分位计数器加计数的时钟信号，使十分位计数器加1计数。依此类推，十分位，个位，十位都由低位向高位进位。2，减计数时，则当某位减小至0时，向次高位借1。图2.5 计数器计数电路2.6防止加减电路计数溢出电路的设计电路设置了对0v和11.9v的锁定，有以下两个原因。一是，使级联后的计数器刚好产生121个状态。二是，出于电源安

17、全供电要求，计数器不允许从0v到12.0v的跳变和从12.0v到0v的跳变。因此设置了锁定，即状态12.0只能减法记数，0只能加法计数，以确保安全。为了防止加减计数的溢出，需要设置防止加减计数溢出的电路。基本思路是一旦计数器输出出现1 0010 0000，应禁止继续加计数；同样出现0 0000 0000 ，应禁止继续减计数。电路图如图（b）是防止减计数溢出控制电路。当计数器的输出状态为0 0000 0000 时，防止减计数溢出的电路的全部输入为0 0000 0000 。经过反向器后，在二极管逻辑电路的二极管输入端为高电位，9个二极管全部关断。为了提高输出驱动能力，降低对前级负载效应，二极管逻辑

18、输出接晶体管射极跟随器。当跟随器输出高电位时，经过反向器转换为低电位送到减计数控制逻辑控制的“与非门”，封锁减计数控制逻辑控制的“与非门”，实现减计数溢出的防止。同理，图（a）是防止加计数溢出控制电路。当计数器的输出状态为1 0010 0000 时，继续按加计数控制开关，计数器的输出状态不改变。(a) (b) 图2.6 防止加减溢出电路2.7置数控制电路的设计考虑到实用，能够尽快得到想要的电压值，因而设置了置数电路。如果没有置数电路，则想得到任何一个输出电压值必须从0v开始，以0.1v为步进向上加，这样很慢，不符合实用要求。置数电路由被置数控制电路和置数开关组成。被置数控制电路用一片74ls1

19、92十进制计数器来计数输出端接在个位计数器的置数端。由此可实现被置数从0000到1001的变化。通过脉冲开关来实现被置数的确切数值。这里仅对个位计数器的进行置数，使个位能从0v 到9v变化。需要置数时，按一下置数开关，即可。个位计数器的置数端在不工作时接高电位，工作时接低电位，并将置数端的数置入，使计数器输出端的输出状态为被置数。原理图如下，图2.7。前面的加减开关以及74ls14是为了产生稳定的脉冲，使后面的计数器正常计数。图 2.7 2.8数显电路的设计数显电路采用数码管显示输出电压的大小。如图2.8。图2.8.1 单块数显电路因为显示电压范围是0v到12.0v。为了使电路简单方便，固不设

20、计小数点显示。图2.8.2.数显模块电路附图。置数电路和控制电路及计数电路及显示电路连在一起置数电路和控制电路及计数电路及显示电路连在一起第三章 系统综述、总体电路图3.1系统综述3.1.1 对电路部分仿真multisim 是eda众多优秀软件中较为突出的软件之一，它可以完成电路原理图的输入，电路分析，仿真等全套自动化工序。此次设计，用multisim对所设计的电路进行仿真。1.电源变压器仿真结果如图3.1所示：通过变压器后的输出电压约为19v，符合要求。图3.12.通过整流、滤波、稳压管稳压后在稳压管两端所得电压仿真、如图3.2图3.2 稳压管两端的电压3.运算放大器放大后所得直流电压仿真，

21、如图3.3图3.34. 012v可调。如图3.4图3.45.输出-12v仿真，如图3.5图3.53.2数字模块电路仿真3.2.1加减功能键仿真 如图3.6图3.63.2.2置数电路的仿真 如图3.73图3.73.2.3置数电路和控制电路及计数电路及显示电路连在一起的仿真。如图3.8图3.8第四章 结束语本设计介绍的数控式直流稳压电源，有机地将数字技术和模拟技术结合起来，它主要由整流滤波部分，十进制计数器，显示译码驱动器，数码管显示器等所组成，实现功能为通过按键使输出电压在012v内以0.01v步进加减可调电压和-12v不可调电压。该电路具有精度高，操作方便，成本低，性能可靠，实用性强的优点。并

22、通过multisim软件对电路进行连接、仿真。但是由于缺乏经验，电路设计仍有不足，如存在微小误差。设计电路的过程中对数电，模电的知识进行更深一步的了解和学习，提高了我们的电子设计与创造能力，培养了我们认真严谨，勤于探索的学习态度。参考文献李金平 沈明山 姜余祥电子系统设计电子工业出版社2007.8全国大学生电子设计竞赛试题精解选电子工业出版社林涛 黄志超模拟电子技术基础重庆大学出版社2003.3新型常用集成电路速查手册人民邮电出版社常用集成电路简明速查手册国防工业出版社虞益彬数字式稳压电源的multisim仿真与实现 科技广场2008.8元器件明细表序 号名 称 型号参数数量备注1 变压器220v/15v1功率3050w 2 整流管vd1vd4in4001 4组成桥式整流3 运算放大器a74124 电阻若干 5 比较器ina105_cmp26 稳压管1n4728a1稳压7 调整管tis99