模拟电子课程设计-------多路输出直流稳压电源的设计仿真

1、学 号： 课 程 设 计题 目多路输出直流稳压电源的设计仿真与实现学 院信息工程学院专 业电子信息工程班 级姓 名指导教师2013年1月18日课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 电信1102班 指导教师： 王绪国 工作单位： 信息工程学院 题 目: 多路输出直流稳压电源的设计仿真与实现 初始条件： 可选元件：变压器/15W/±12V；整流二极管或整流桥若干，电容、电阻、电位器若干；根据需要选择若干三端集成稳压器；交流电源220V，或自选元器件。可用仪器：示波器，万用表，毫伏表等要求完成的主要任务: （1）设计任务根据技术要求和已知条件，完成对多路输出直流稳压电源的设计、装配与调试。

2、（2）设计要求 要求设计制作一个多路输出直流稳压电源，可将220V/50Hz交流电转换为多路直流稳压电源输出：±12V/1A，±5V/1A，一组可调正电压+3+18V/1A。 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。 利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿真实现系统功能。 安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。 选做：利用仿真软件的PCB设计功能进行PCB设计。时间安排：1、 前半周，完成仿真设计调试；并制作实物。 2、 周后半周，硬件调试，撰写、提交课程设计报告，进行验收和答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任

3、（或责任教师）签名： 年 月 日目 录摘 要 11 设计内容及要求 21.1设计目的 21.2设计的初始条件及要求 22 方案设计 33 单元电路设计 43.1电源变压器 43.2 整流电路 43.3 滤波电路 53.4 稳压电路 54 参数计算及元件选取 64.1集成三端稳压器的选择 64.2变压器和二极管的选择 64.3滤波电容的选择 64.4电阻的选择 75设计成果 85.1原理图及元件清单 85.2电路的仿真与调试 9电路仿真 9整流波形 11仿真波形图 115.3仿真结果分析 146 PCB图制作与实物 156.1加载网络表及封装 156.2规划电路板及元件布局 156.3布线及调整

4、 156.4实物制作 187设计总结 198参考文献 20摘 要本文介绍了一种采用集成稳压器制作多路输出直流稳压电源的方法，主要阐述如何运用集成稳压器，配合变压器、单向整流桥、滤波电容，完成规定任务的设计方法，重点叙述了整体设计的工作原理、相关元件的选定思路、电路具体调试过程三个部分。本次课程设计的目的培养学生正确的设计思想，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。培养学生综合运用所学知识分析和解决工程实际问题的能力通过课程设计，使学生在理论计算、结构设计、工程绘图、查阅设计资料、标准与规范的运用和计算机应用方面的能力得到训练和提高。巩固、深化和扩展学生的理论

5、知识与初步的专业技能。关键词：直流 滤波 集成稳压器1 设计内容及要求1.1设计目的1学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。2学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。3培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。1.2设计的初始条件及要求可选元件：变压器/15W/±12V；整流二极管或整流桥若干，电容、电阻、电位器若干；根据需要选择若干三端集成稳压器；交流电源220V，或自备元器件。可用仪器：示波器，万用表，毫伏表要求设计制作一个多路输出直流稳压电源，可将220V/50Hz交流电转换为多路直流稳压电源。输出：

6、77;12V/1A，±5V/1A，一组可调正电压+3+18V/1A。 对设计中所用的电子元器件完成选型，进行原理图设计，对性能指标进行计算分析。使用相应软件proteus，绘制相应的电路原理图，并进一步对电路图进行仿真。2 方案设计本设计主要分为变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路四个部分。 （1）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，变压器的变比由变压器的副边电压确定。（2）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（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加以滤除，从而得到比较平滑的直

7、流电压。（4）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。3 单元电路设计3.1电源变压器电源变压器是将输入的220V交流电压U1转变为整流电路所需要的交流电压U2。因为要最终通过78、79系列和LM317系列输出正向最大18V负向最大12V的电压，所以选择带有中间抽头的双12V变压器。这样两个12V的输出分别给78、79系列使用，中间抽头作为固定电压输出部分的地线；而将两个12V的输出端加给LM317，即输出24V。3.2 整流电路整流电路有半波整流电路与单相桥式整流电路。半波整流电路的特点是输出电压波形为输入正弦波电源波形的正半周期，所以输出电压脉动

8、很大，直流分量较小，整流效率较低。 另一种是单向桥式全波整流电路。如右图，四肢整流二极管D1D4形成电桥。图单向桥式全波整流电路 在 V2 正半周。电流从变压器副边线圈上端流出，只经过 D1 流向 RL, 在由 D3 流回变压器，所以 D1 、 D3 正向导通， D2 、 D4 反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。电流通路用实线箭头表示。 同理在V2负半周时，D2、D4正向导通，D1、D3反偏截止。在负载上产生上正下负的输出电压。电流通路如图的虚线箭头表示。单向桥式全波整流电路输入输出波形对比综上可知输入端经变压器、整流桥后在副边得到了一个单向的脉动电压。 3.3 滤波电路图3

9、.3几种不同的复式滤波电路经过整流的脉冲电压纹波很大要经过滤波电路的滤波作用，一般有电抗元件组成，如在电阻两端并联电容器 C ，或在整流电路输入端与负载间串联电感器 L ，以及有电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。在这里选择用电容滤波，适合小电流负载。 3.4 稳压电路 LM31778xx由于输出地直流电压会随着稳压电路的波动、负载和温度发生变化而变化，所以，为了维持输出直流电压稳定不变，还要加上稳压电路。由于电源要求的输出功率较小，为了简化电路并提高电路的稳定性，因此选择集成稳压器。集成稳压器在使用中普遍使用的是三端稳压器。可以分为固定式和可调式，按正负的输出电压还可分为 CW317 、

10、CW337 、 LM317 、 LM337 。其中 317 系列稳压器可以连续输出可调正电压， 337 系列则是可调负电压。它们的可调范围为 1.2537V ，最大输出电流为 1.5A 。 三端集成稳压器还有78、79系列分别对应正电压输出和负电压输出.79系列和78系列的外形相似但是连接不同，79的1端接地，2端接负的输入。3端接输出。79xx4 参数计算及元件选取4.1集成三端稳压器的选择本实验要求输出为±12V/1A，±5V/1A，一组可调正电压+3+18V/1A。查找有关资料得，集成稳压器选择;CW7805、CW7905、CW7812、CW7912、LM317。4.

11、2变压器和二极管的选择(1确定副边电压U2：由于LM317的输入电压与输出电压差，故LM317的输入电压范围为：即： 又因为：所以： 取 (2变压器副边电流： ，又，故 (3选择变压器的功率:(变压器为20V/30W，变压器由学校的实验台提供（4桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：最高平均电流为： ,故选择1N4007的二极管。4.3滤波电容的选择（1）求： 根据稳压电路的稳压系数的定义：其中：为了减小误差，我们组经过商量决定设计要求为，。,代入 ；（2）求滤波电容C设定所以滤波电容：。电路中滤波电容承受的最高电压为,所以所选电容器的耐压应大于29.7V。4.4电阻的选择（1） 在输出

12、可调电路中，根据LM317特性参数，输出为：。其中，是集成稳压器件的输出电压，为1.25V。改变滑动变阻器的值，的值即可改变。当短路时，最小；增大时，增大。, ，设滑动变阻器最大值 解之得： （2）串联分压部分，在可调电压组负载处串联2K电阻，12V组输出端串联100电阻，5V组串联2K 电阻。5设计成果5.1原理图及元件清单经过最后的商定，设计的原理图如下。 图5-1 电路原理图及清单表5.2电路的仿真与调试利用软件的仿真功能对设计的电路图进行仿真，在仿真过程中对发现发现的问题进行分析并寻找解决方法。在仿真过程中发现只能到达±11.7V，于是我将R2、R4由最初的330欧姆改为10

13、0欧姆，在此仿真就能达到-12V和+11.9V。图5-2 ±5V直流输出图5-3 ±12V直流输出在可变电压输出电路中通过调节滑动变阻器来调节输出电压的大小，将变阻器调节到最小接入量，可以获得最小输出电压+2.97V，接入量调到最大可获得最大输出电压+19V，满足课设要求的+3+18V.图5-4可变电压最小输出图5-5可变电压最大输出整流波形图5-6 整流波形图仿真波形图图5-7 +5V波形 图5-8 -5V波形图5-9 +12V波形图图5-10 -12V波形图图5-11 3V-18V可调直流电压输出图5.3仿真结果分析(1±5 V仿真结果分析220V、50Hz交

14、流电经过变压器，输出20V的波动电压，经过整流桥后，呈现的是图中的红色半波波形。接着，经过3.3mF的滤波电容后，变为含有较小谐波的直流电压，波形如图5-7中黄线所示。趋向于直线，接近直流。最后，电压通过7805、7905稳压器，谐波被去除，成为较为稳定的直流电，如图5-7中蓝线波形所示，达到实验要求。而-5V电压由于采用7905稳压器， 输出类似于+5V，如图5-8。(2±12V仿真结果分析220V、50Hz交流电经过变压器之后，输出20V的波动电压。经过整流桥和滤波电容的整流和滤波作用之后，输出如图5-9中的黄色波形，之后再经过7812和7912稳压器稳压之后，就出现较稳定的&#

15、177;12V，如图5-9和5-10，满足设计要求。(3318V仿真结果分析同样，220V、50Hz交流电经过变压器之后，在经过整流、滤波和稳压之后，再利用滑动变阻器进行调节，使之产生可变的输出电压，如图5-11。6 PCB图制作与实物6.1加载网络表及封装在ISIS 6 Professional 界面中单击Design Toolbar中的图标或通过Tools菜单的Netlist to ARES 命令打开ARES 6 Professional 窗口。在此次设计中由于开关的没有适合的封装，所以要自己添加封装。1、放置焊盘：根据按钮的引脚间距放置2个焊盘，并修改焊盘的标号，使之与原理图中的元件引脚

16、标号一致。 2：放置外边框 利用2D画图工具中的图标根据按钮的实际大小加一个外边框，再将封装加载到自己的库。这样就完成了封装的添加。在ISIS中将元件封装填好，就可加载网络表了。6.2规划电路板及元件布局规划电路板 在ARES 6 Professional 窗口中选中2D画图工具栏的图标，在底部的电路层中选中Board Edge层（黄色），单击鼠标左键拖画出PCB板的边框。然后对电路板的相关参数进行设置，单击System中的Set Default Rules项，在弹出的对话框中设置规则参数，有焊盘间距、线与焊盘间距、线与线间距等一些安全允许值。此次我选择的是双面布线。接下来就是元件的布局，我选

17、择的是自动布局，选择tool下拉菜单中的自动布局，但是元件布局任然比较乱，再通过手动调整翻转元件使整个版面美观、紧凑。6.3布线及调整在上述工作完成后就可以进行布线了，我选择的是自动布线，在工具菜单中选择自动布线 由于此次电路比较简单，自动布线能达到100%的成功率，如果是其他较复杂的电路还需要手动布线来调整。同时要注意，文件名不能设置为有中文，否则会出现错误。图6-2自动布线提示错误自动布线后的结果如下图。因为我选择的是双面布线，所有可以看到红、蓝两种颜色的线。图6-3 自动布线结果然后就可以进行pcb的输出了。还可在在输出菜单里查看3D效果图。图6-4 3D右视图图6-5 3D前视图6.4

18、实物制作根据元件清单到市场上购买元件，其中部分元件有所改动。根据设计好的电路图进行焊接，调试装配，能正常工作。图6-6实物图正面 图6-7 实物图背面7设计总结经过几天的奋斗，在小组成员共同努力下终于完成了这次模拟电子技术课程设计。在设计过程中，我们遇到过很多困难，也有很多迷惑，但是团队合作的优点也在这里体现的淋漓尽致。万事都有规则，团队合作也一样，从最开始的队长选取，到任务的分配，讨论，实现都必须做好。收获颇多，是我对这次课设的最大感慨。这次的设计的原理是我们模电学习过的内容，同时在模电实验课中也做过类似的课题，但是难度要更大一些。在选择原理图的过程中，我为队友查找了很多资料，通过队友耐心仔细的计算，在找到的一些原理图的基础上，进行综合、修改、选择，才得到一份较为成熟的原理图。原理图设计好了只是一个开始，（当然原理图也是所有工作的基础，其重要性就不多说了）接下来的仿真才是我们需要学习的。我们都没有接触过proteus软件，一切都要从基础开始，熟悉使用方法也需要一