(完整word版)直流稳压电源实验报告

1、实验报告 直流稳压电源 班级 计应 103 学号 1008143342 姓名 一、课程内容的概述 各种电子电路和电子设备都需要稳定的直流电源，但电网提供的是 50HZ的正弦交流电， 这就需要将电网的交流电转换稳定的直流电，直流稳压电路就是实现这种转换的电子电路。 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

2、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。 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

3、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。 、电路的设计框图及概述 1、直流稳压电源设计思路 电网供电电压交流 220V （有效值）50Hz,要获得低压直流输出，首先必须采用电源变 压器将电网电压降低获得所需要交流电压。 降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大） 。 脉动大的直流电压须经过滤波、稳压电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成分 滤掉，保留其直流成分。 滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电 压输出，供给负载 RL。 2、直流稳压电源原理 直流稳压电源是

4、一种将 220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置， 它需要变 压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图 3.1 o 图3.1 直流稳压电源方框图 其中： 电源变压器：是降压变压器，它将电网 220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送 给整流电路，变压器的变化由变压器的副边电压确定。 整流电路：利用单向导电元件，把 50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。 常用的整流电路有： 1半波整流电路 半波整流就是利用二极管的单向导电性能， 使经变压器出来的电压 V只有半个周期可以 到达负载，造成负载电压 V是单方向的脉动直流电压。 2、全波整流整流电路 利用副边有中心抽头的变压器和两个二极

5、管构成如下图所示的全波整流电路。 从图中可 见，正负半周都有电流流过负载，提高了整流效率。 全波整流的特点： 输出电压V高；脉动小；正负半周都有电流供给负载，因而变压器得到充分利用， 效率 较咼。 稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定， 不随交流电网电压和负载的变化而 变化。 三、电路原理图及各单元电路详细分析 1、电源变压器 电源变压器是将交流电网 220V的电压变成所需要的电压值，并送给整流电路，变压器 的变比由变压器的副边电压确定。 2、整流电路 整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图 3.4所示。在U2的正半周内，二 极管D1、D2导通，D3 D4截止；U2的负半周内

6、，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内 部都有电流流过的负载电阻 RL且方向是一致的。电路的输出波形如图 3.5所示 在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电， 所以流过每个二极管的平均电 流等于输出电流的平均值的一半。 电路中的每只二极管承受的最大反向电压约为反向击穿电 压的一半或三分之二（U2是变压器副边电压有效值）。 3、滤波电路 滤波电路选用一个 2200卩F的大容量电解电容 C1和一个0.1卩F的小电容量涤纶 CL11 型电容C2并联滤波，如图3.6所示。理论上，在同一频率下容量大的电容其容抗小，这样图2.3电路 一大一小电容相并联后其容量小的电容 C2不起作用。但是，

7、由于大容量的电容器存在感抗 特性，等效为一个电容与一个电感串联。 在高频情况下的阻抗反而大于低频时的阻抗， 小电 容的容量小，在制造时可以克服电感性，几乎不存在电感。在大电容 C1上并联一个小电容 C2可以补偿其在高频下的不足。当电路的工作频率比较低时，小电容不工作（容抗大相当 于开路）。大电容的容量越大滤波效果越好。当电路的工作频率比较高时（输入信号的高频 干扰成分），大电容由于感抗大而处于开路状态。这时高频干扰成分通过小电容流到底线， 滤除各种高频干扰成分。电路的输出波形如 3.7图所示 4稳压电路 1、稳压电路选用三端集成直流稳压器，其电路连接方式一般如图 3.8所示。 GND 图3.8

8、三端集成直流稳压器 性能上，常用的集成稳压器由三端固定式、三端可调式和开关式。以三端固定式为例， 其正输出为7800 （后两位代表输出的额定稳压值， 00是统称）系列，负输出为 7900系列， 常见的有05、06、08、09、12、15、18、24八种。一般要求最小的输入、输出电压差（ U U0）为2V3V;输出稳压的容差约为 5% 最大输出电流10max有0.1A（ LM7812），0.3A （如 78M12和1.5A （如7812）等多种，部分器件的最大输出电流可达 2.2A ;其最大电压 Ulmax 一般是7818档以下为35V, 7824档为40V;电压调整率 SU一般为0.01%/V

9、 ;输出电阻 Ro小 于0.1 Q;纹波抑制比SR一般为50dB;温度系数ST一般为每度lmV2.4mV。图2.7中，引脚 1为电压变换的输入端，弓I脚2为电压变换后的输出端，引脚 3为接地端。电容 C作用是改 绘冰范灘 J- M 能1啊订 善纹波和抑制输入的过电压，一般取值为 0.1卩F。Cc作用是改善负载的顺态影响，一般可 选取0.1卩F的电容，当采用大电容量的电解电容时效果更好。稳压电源的输入输出端要跨 接一个二极管，以防止集成稳压器输出调整管损坏。 2、稳压电路的设计 本设计是把几个供电模块集成到一个供电电源上，能够同时提供固定输出 +5V （最大输 出电流0.3A）和固定输出 12V

10、（最大输出电流0.1A ）的直流电数出。 （1） 输出+5V:核心器件选用LM7805三端集成稳压器，其输出电压为+5V,额定电流0.1A。 当变压器变压后输出 6.3V交流电，经整流桥，整流后输出约 6V电压，滤波后有 LM7805三端集成稳压电源处理，输出 +5V电压，电流最大输出为 0.3A。 （2） 输出 12V:核心器件选用稳压器 LM7812和LM7912,组合应用这两个稳压器件与一 个硅整流桥相接，按图2.8号电路就能输出 12V的电压。组合用LM7812和LM7912 时，公共输出接地端用的是变压器输出端口的 12V并分别接入LM7812的接地引脚 （GND和LM7912的电压

11、输入引脚（Vin）；硅整流桥的正、负输出端口则分别接入 LM7812的电压输入端（Vin ）和LM7912的接地端；滤波电容用了两个 100卩F首尾 变压器的选择 (1)确定副边电压U2： 根据性能指标要求： U0maX=3V U 0maX=12V 又 U Ubmax ( U U ) min U i U0in ( U U) max 其中：(U U0) min=3V, ( U U0) maX=40V 16V U 43 V 此范围中可任选：U=14V=U1 根据 U)1= (1.11.2 ) U2 可得变压的副边电压： (2 )确定变压器副边电流 I 2 | 01=|0 又副边电流 I2=（1.5

12、2）I01 取 I 2=I 0max=200mA 则 I 2=1.5*0.2A=0.3A （3）选择变压器的功率 变压器的输出功率： P0I 2*U2=4.8W 2、选择整流电路中的二极管 变压器的副边电压 U2=16V 桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为： 16 桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为： 0.3 查手册选整流二极管 IN4001 ，其参数为： 反向击穿电压 UBR=50V16V,最大整流电流IF=IA0.3A 3、滤波电路中滤波电容的选择 滤波电容的大小可用式 C/ U/（ t*l） 求得。 （1 ）求厶Ui : 根据稳压电路的稳压系数的定义： 设计要求厶 Ub 5

13、mV Sr 0.005，Ub= -12V +12V ，U=16V 代入上式，则可求得 U=A U0/（ U0*Sr）； （2）滤波电容 C,A t=0.01S 设定 I 0=I 0max=1.2A 则可求得 C。 注意：因为大容量电解电容由一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰， 所以稳压器的输入、输出端常并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。 四、PCB板设计 原理图设计是整个 Protel99se工程的开始，是PCB文档设计乃至最后制版的基础。一般 设计程序是 :首先根据实际电路的复杂程度确定图纸的大小 ,即建立工作平面； 然后从元器件 库中取出所需元件放到工作

14、面上 , 并给它们编号、对其封装进行定义和设定；最后利用 Protel99se 提供的工具指令进行布线 ,将工作平面上的元器件用具有电气意义的导线、 符号 连接起来 , 对整个电路进行信号完整性分析 , 确保整个电路无误。 1 、电路板的规划 电路板规划的主要目的是确定其工作层结构 ,包括信号层、内部电源 /接地层、机械层 等。通过执行菜单命令 DesignBoard Layers ，在打开的对话框中可以控制各层的显示与否， 以及层的颜色等属性设置。如果不是利用 PCB向导来创建一个电路板文件的话，就要自己定 义 PCB 的形状和尺寸。绘制时需单击工作窗口底部的层标签，再由 PlaceKeep

15、out 命令来 单独定义。 该操作步骤实际上就是在 Keep Out Layer（ 禁止布线层 ）上用走线绘制出一个封闭 的多边形，而所绘多边形的大小一般都可以看作是实际印制电路板的大小。 2、 元器件的选择 电容 2 个，电阻 2 个，二极管 4个，稳压管 1 个，变压器 1 个 3、 PCB 电路板生成的流程 1 、生成网络表 在原理图里面加好封装，保存， ERC检查，生成元件清单检查。生成网络表。 2、 建立PCB 选择好公制，捕获和可见删格大小，设计好外框 （向导或自己画），然后放好固定孔的 位置，大小（3.0mm的螺丝可以用 3.5mm的内孔焊盘，2.5的可以用3的内孔），边缘的 先

16、改好焊盘，孔大小，位置固定。 3、 布局 调用网络表，调入元件，修改部分焊盘大小，设置好布线规则，可以改变标号的大小， 粗细，隐藏标称值。然后先把需要特殊位置的元件放好并琐定。然后根据功能模块布局， （可以用SCH里面选择过度到 PCB里面选择的方式），一般不用X，Y进行元件的翻转， 而 是用空格旋转。对于一个功能模块先放中心元件，或大元件，然后放旁边的小元件， （比 如集成块先放，然后放直接和集成块两管脚直接相连的元件， 再放和集成块一个管脚相连 的元件，而且类似的元件尽量放在一起，比较美观也要考虑后面连线的方便性 ）。当然一 些特殊关系的元件先放，比如一些滤波电容和晶振等需要靠近某些元件的

17、先放好。 还有会 干扰的元件先整体考虑要离远点。高低压模块要间隔 6.4mm 以上。要注意留出散热片， 接插件，固定架的位置。一些不能布线的地方可以用 FILL。还要考虑散热，热敏元件。 电阻，二极管的放置方式：分为平放与竖放两种： （1） 平放：当电路元件数量不多，而且电路板尺寸较大的情况下，一般是采用平放较 好；对于1/4W以下的电阻平放时，两个焊盘间的距离一般取 4/10英寸，1/2W的电阻平 放时，两焊盘的间距一般取 5/10英寸；二极管平放时，1N400X系列整流管，一般取 3/10 英寸；1N540X系列整流管，一般取45/10英寸。 （2） 竖放：当电路元件数较多，而且电路板尺寸不大的情况下，一般是采用竖放，竖 放时两个焊盘的间距一般取 12/10英寸。 4、 布线： 先设置好规则里面的内容， VCC, GND大功率等大电流的线可以设置的宽点 （0.5mm-1.5mm），般1mm可以通过1A的电流。对于大电压的线间距可以设置大点， 一 般1mm为1000V。设置好了，先布 VCC, GND等一些比较重要的线。注意各个模块 的区分。对单