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1、桂林理工大学理学院实 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20101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、电子设备必不可少的能源供应部件，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，服务于各行

2、各业.当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、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，给电力电子技术提供了广阔的发展前景。同时，也只有满足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交流电源和直流电源，它是任何电子设备都不可缺少的组成部分。交流电源一般为220V、50Hz，但许多家用电器设备的内部电路都要采用直流电源作为供电能源。直流电源又分为两类：一类是能直接供给直流电流或电压的；另一类是将交流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。现在所使用的大多数电子设备中，几乎都必须用到直流稳压电源来使其正常工作,而

3、最常用的是能将交流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提供保证。以下是三种将交流转换成直流的方案: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交流谐波分量（称为：纹波）叠加于直流分量之上，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：图二

4、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致的,即:是单方向全波脉动电压。其傅里叶级数展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,两两轮流导通,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高

5、,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工频交流电转换成稳压输出的直流电的装置,它需要变压、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的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压。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是变

6、压器的效率。（2)整流电路：利用单向导电元件，将50HZ的正弦交流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交流成分大部分滤除。滤波电路滤除较大的波纹成分,输出波纹较小的直流电压。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变化,会引起其电流有较大变化这一特点,通过调节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，最后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、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压会随着变化。因此,为了维

7、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。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：（在上文已经进行了详细的介绍)。(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软件中寻找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;最后，将PCB工程保存起来。制

8、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软件中使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知识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）根据原理图购买器材：1）选择电源变压器:首先,确定副边电压。根据性能指标要求：；，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须大于或等于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受

9、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内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路，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、过热及集成管的保护电路，使用起来可靠、方便,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，在封装库中寻找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，最后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,从而形成电路线路在覆铜板上。最后，利用打孔机在覆铜板上打出要放置元件的过孔.7）根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，最后再装上电容。安装时要注意，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，在焊接芯片时要注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,若输出电压满足设计指标，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足设计要求-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，观察其电流随时间的变化，通

13、过观察示波器发现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)=Er*U/R ;r=(EU）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,由于技术的不熟练同样存在着以下这些

14、问题。当然，对于这些问题我们也找到了解决办法，最后成功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,我们的解决办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作的课

15、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知识.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，让我对模拟电路的知识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认识；掌握了选择变压器、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。但是经检查和讨论从而选择了上面的实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利,没出什么大的差

16、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能力,在此过程中我们还掌握了一些电子器件的性能和选用的原则等等，在这个过程中对于我算是收获很多.在实习的一个月里，有时我们可能感觉很辛苦，但是每当学到知识时，也感觉很高兴，毕竟现在大学生就业压力就很大，能学到一点知识以后可能会多一份就业成功率.而且在实习的一个月里感觉很有意义，毕竟我们以前所学的全在书本里，大部分是理论知识，而把它用于实践之中，我们所学才有所体现.但是,当真真切切地运用到实际中制作物品时,感觉自己以前所学真的太少，也觉得以前学的那些知识不像想象中那么容易灵活运用。而且像这样的实习机会在大学里是很少的，就如我们上次实习就是

17、坐在机房里学习计算机软件知识,虽然很容易，但是缺了那份动手机会，就如那句老话“纸上谈兵终觉浅，同时也让我们感受到动手的乐趣。在这次实习中，也让我感受到了电子电路工程的强大之处，当初为了找相关电路设计我们曾上网搜资料，同时我们也看到了很多别的设计，在里面有很多我们生活中的电子物品的原理图,比如收音机、电子时钟、对讲机等等，以前我们花那么多钱去买,但是现在我们学会了这门技术，以后我们可以自己制作.总之,这次实习不仅学会了那么多东西，还学到了很多道理，感觉在这三年所学的知识在这次实习中体现出了它们的价值,不再是那么多虚无的理论.自己所学的知识转变为实物呈现在眼前的感觉是那么的好。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩,一定要不断地发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功地做成想做的事，才能在今后的道