简易直流稳压电源(终极版)

1、电工与电子技术基础课程设计报告题 目 简易直流稳压电源 学院（部） 专 业 班 级 学生姓名 学 号简易直流稳压电源课程设计前言在工农业生产和科学实验中，主要采用交流电，但在某些场例如电解、电镀、蓄电池的充电、直流电动机等，都需要用直流电源供电。此外在电子线路合自动控制装置中还需要用电压非常稳定的直流电源。为了得到直流电，除了用直流发电机外，目前广泛采用各种半导体直流电源。图1所示是半导体直流电源的原理方框图，它表示把交流电变为直流电的过程。整流变压器整流电 路滤波器稳压环 节交流 u1u2u3uiu。负电源载tt t t t图1 在如图所示的直流稳压电源中，整流变压器将交流电源电压变换为符合

2、整流需要的电压，整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压，滤波器用来减小整流电压的脉动程度，以适合负载的需要，稳压电路的作用是在当输入交流电源电压的波动、负载和温度的变化时，维持输出直流电压的稳定。直流稳压电源具有体积小、重量轻、效率高、对电网电压及频率的变化适应性强、输出电压保持时间长、有利于计算机信息保护等优点，广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源。直流稳压电源是电源的基础技术，是最基本的稳压电路。此次课程设计 ，就是要根据直流稳压电源的主要技术指标和要求，设计简易直流稳压电源。通过查阅大量的资料，在对比几种不同的设计方案

3、后，我筛选出自己认为最优化的设计方案，最终把该的方案的相关参数计算出来，完成了对简易直流稳压电源的设计。目录前言2目录4摘要5设计要求5第一章 系统概述6第二章 单元电路的设计与分析11第三章 电路的安装与调试16第四章 结束语18鸣谢19元器件明细表19参考文献20摘要本文介绍了直流稳压电源的工作原理及其设计，它是一种简易直流稳压电源，主要是采用一些简单的电子元件即可，它是采用由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个核心部分组成，整流电路是采用单相桥式全波整流；滤波电路是以电容（1000uF）滤波；稳压电路是采用集成稳压器（W117型号）。变压电路用变压器将交流电路变成所需的电压，整流

4、电路用二极管对交流进行整流。滤波电路由电容器将脉动电流变成直流，稳压电路是把直流输出电压稳定化，本文在对不同方案对比后选出可行性较好的进行了最终的设计。关键词：变压器、整流、滤波、稳压、二极管、电容设计要求输出直流电压UO的调节范围为3-12V，且连续可调；最大输出电流ILM200mA；稳压系数Sr10%;具有过流保护作用。第一章 系统概述1.1设计思路直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路组成，如图2。（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，通过选用合适的整流原件设计出整流电路整流变成单项脉动直流电压，其整流原件（晶体二极管、

5、电子二极管或晶闸管）所以能整流是因为他们都具有单向导电的共性。（3）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。（4）稳压电路：稳压电路的作用适当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出的直流电压不受影响而维持稳定的输出。整流变压器整流电 路滤波器稳压环 节交流 u1u2u3uIuO负电源载图21.2不同设计方案对比实现直流稳压电源的设计可有不同的方案，根据设计要求，我们对以下两种设计方案作出可行性分析，并且筛选出我们认为最好设计方案，在此基础上

6、完成了直流稳压电源的设计。方案一：稳压二极管稳压电路最简单的直流稳压电源是采用稳压二极管来稳定电压的，其工作原理图如图3所示，经过整流电路和滤波器得到直流电压再经过限流电阻和稳压二极管组成的稳压电路连接到负载电阻上，这样负载上得到的就是一个比较稳定的电压。但是此时输出电压还补课调，为了使输出电压可从3V调起还需要设计一个电位器，用来调节输出电压的大小。稳压二极管电位器UI Uo图3方案二：串联型直流稳压电路串联型直流稳压电路的电路框图如图4所示，该电路中，输出电压Uo经取样电路取样后得到取样电压，送到运算放大器的反相输入端，由 稳 压 二 极 管 和一个电阻组成的稳压电路提供一个稳定的基准电压

7、，送到运算放大器的同相输入端作为调整和比较的标准。取样电压与基准电压进行比较得到误差电压，该误差电压对调整管的工作状态进行调整，从而使输出电压发生变化，该变化与供电电压UI发生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压Uo为恒定值(稳压值)。因输出电压要求从3V起实现连续可调，因此要在基准电压处设计辅助电源，用于控制输出电压能够从3V开始调节。调整管 UI Uo误差放大取样辅助电源基准图4方案三：三端稳压电源构成直流可调原理框图如图5所示。该方案需使用三端稳压芯片W117作为稳压电路可调部分，其输出电压调整范围宽，但该稳压电路输出的基准电压是1.25V，而要求电压从3V起，因此还需设计

8、电压补偿电路才可以实现。输 出 3V 起 可 调 电 整流滤波电路三端稳压芯片W117补偿电压图51.3方案论证与分析：方案一中的稳压二极管稳压电路是最简单的获得稳定电压的办法，结构简单，需要的元器件简单，便于制作，但是由于受稳压二极管最大稳定电流的限制，负载电流不能太大，并且负载电压的稳定性不够。方案二中的串联型直流稳压电路，根据要求电压要从3V起实现连续可调，因此要在基准电压处设计辅助电源，用于控制输出电压能够从3V开始调节。单纯的串联式直流稳压电源电路很简单，但增加辅助电源后，电路比较复杂，由于都采用分立元件，电路的可靠性难以保证。对于方案一，采用可调三端集成稳压电路，该芯片的基准电压为

9、1.25V，再设计一个补偿电路来实现电压从3V起连续可调。所用元件较少，结构简单，成本较低，组装方便且可靠性较高，此外，它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好，它能够很好的满足实际中大多数情况下的要求。综上所述，显然第三个方案较为合理。1.4总体设计方案原理框图如图6所示,总体线路图如图7所示；变压 整流 滤波 稳压交流 负电源 载u u u u uo t o t o t o t o 图6图7电路如图7所示,在输入端加上220V交流电压经过变压器变压之后得到合适的电压；将降压后的交流电压通过整流电路变换为单向脉动电压。其中的整流元件（晶体二极管）组合成单相桥式整流电路，经整流后的单向

10、脉动电压再经滤波后减小了电压的脉动程度，逐渐达到负载的需要；经过滤波后的电压最后再由稳压电路稳压之后将会输出直流电U0。.而稳压环节是该方案的关键部分，根据要求输出电压3-12V可变输出， 我们在稳压部分选用W117三端集成稳压器，通过调节Rp即可控制输出电压的值。第二章 单元电路的设计与分析2.1 变压电路 电源变压器是将来自电网的220V交流电压变换为电路所需电压。变压电路如图8:变压器参数计算：设W317输入电压设为Ui则 Uomin=3V、U0max=12V、Ui-Uomax（Ui-Uo）min Ui-U0min（Ui-Ui）max其中：（Ui-Uo）min=3V，（Ui-Uo）max

11、=40V。 所以15VUi43V，稳压器的压差不 图 8宜过大，因此选择Ui=15V。则变压器二次侧电压U=Ui/1.2=12.5V,取U=13V考虑到变压器上的绕组即管子上的压降等因素，变压器二次侧电压大约要高出10，即13*1.1=14.3V取15V。电流值I=200*1.1=220mA稳压器输入输出电流基本保持不变Ii200mA,则变压器二次侧的电流有效值为I=200*1.1=220mA这样变压器的输出功率P=UI=15*0.22=3.3W。故选用10W的变压器。2.2整流电路 在整流部分我们选用单相桥式整流电路图如图9所示： + a+ D1 D2 RL D4 D3 - b-图9 变压器

12、二次侧电压u的正半周时电路，其极性上正下负，即a点电位高于b点电位，此时电路图如图所示，可以看出，D2,D4导通，D1，D3截止，负载电阻RL上得到一个半波电压。与 此 情 况 相 反 时，即在电压u的负半周时，变压器二次侧则是上负下正D1和D3导通D2和D4截止，负载电阻RL上又得到另一个半波电压，这样，在负载电阻上又得到另一半的电压整流后的电压电流的波形如图10所示 U O t图10整流电路中二极管的参数计算：变压器二次侧电压有效值为U=15于是URM=1.414*1522V。ID=I0/2=100mA管分立元件参数表，二查二极极管选用2CZ55B（IOM=1000mA；URWM=50V）

13、满足电路需求。2.3滤波器 如图11所示与负载并联的电容滤波电路就是一个最简单的滤波器。图11下面分析该电路的工作情况：如果电路不接电容滤波器，输出电压波形如图12-（a）所示，加电容滤波器后如12-（b）所示： U UO t O t（a） （b）图12由于电容器的端电压在电路状态改变时不能跃变，滤波器以此为基本原理制成。在二极管导通时，一方面供电给负载，同时对电容器C充电。二极管导通后，一方面给负载供电，另一方面给电容充电，在忽略二极管，正向压降的情况下，充电电压uc与上升的正弦电压u一致，电源电压u达到最大值时Uc也达到最大值，而后u和uc都开始下降，u安正弦规律下降，当u<uc时，

14、二极管承受反向电压而截止，电容器对负载放电，负载中仍有电流，而uc按放电曲线下降。在u的下个周期内，当uuc时，二极管再行导通，电容器再被充电，重复上述过程。整流电路输出电压与输出电流的外特性曲线如图所示。 Uo 1.4U 0.45UO t图13有无电容滤波时比较输出电压随负载电阻的变换有较大的变化，即外特性较差或者说带载能力较差通常取U0=U（半波）U0=1.2U（全波）采用电容滤波时输出电压的脉动程度与电容放电时间常数RLC有关系。RLC大一些脉动就小一些。为了得到比较平直的输出电压一般要求RL（1015）1/wC，即RLC（35）T/2，式中T为电源交流电的周期。滤波电容参数计算：Ui=

15、15V,Iimax=200mA,可得RL=15/0.2=75又RLC（35）T/2，T=0.02S；电容C=（5*T）/（2R）=667F。应取电容常数为C=1000F。2.4稳压电路稳压电路如图14所示，稳压部分采用三端集成稳压器W117，输出的基准电压为1.25V，根据要求要使输出电压为3-12V可调，可与电位器Rp串联一个电阻R2，加入只有电位器，输出电压只能从1.25V调起当Rp调至0时，输出电压为最小值，当Rp调至最大时，输出电压为最大值，因此只要合理选择Rp与R2的电阻值即可以实现该电路的设计。在集成稳压器离滤波电容较远时，应在W117靠近输入端处接上一只0.33F的旁路电容C2，

16、接在调整端和地之间的电容C3是用来旁路RP两端的波纹电压，当C3为10F纹波抑制比可提高20dB,减到原来的1/10。另一方面，由于在电路中接了电容C3，此时一旦输入端或输出端发生短路，C3中储存的电荷会通过稳压器内部的调整管和基准放大器而损坏稳压器。为了防止在这种情况下C3的放电电流通过稳压器，在R1两端并接一只二极管D5。W117集成稳压器在没有容性负载的情况下可以稳定工作，但当输出端有500-5000pF的容性负载时，就容易发生自激，为了抑制自激，在输出端接一只1F的钽电容或25F的铝电解电容C4。该电容还可以改善电源的瞬态响应。但是接上接地容以后，集成稳压器的输入端一旦发生短路，C4将

17、对稳压器的输出端放电，其放电电流可能损坏稳压器，故在稳压器的输入与输出端之间，接一只保护二极管D6。+- -图14稳压电路中各元件参数的计算：输出电压与各个电阻存在关系：Uo=1+(Rp+R2)/R1X1.25 V通常情况下R1取240当Rp为0时易知输出有最小值3V,于是可以求出R2=336;当Rp为最大值时,输出电压有最大值,可求得Rp=1728故可取固定电阻R2为336,取绕组变压器Rp=2KD5和D6分别是为了防止输入短路和输出短路时电容器放电使得W117损坏，查表得2CZ55B的最大反向工作电压为50V，最大整流电流1A，满足电路的需要因此D5、D6均选择2CZ55B，另外取C2=0

18、.33F、C3=10F、C4=1F。第三章 电路的安装与调试至此，简易直流稳压电源就设计完成了，接下来就需要根据设计对电路进行安装与调试，该电路主要可以实现以下四个方面的功能：（1）输出直流电压UO的调节范围为3-12V，且连续可调；（2）最大输出电流ILM200mA；（3）稳压系数Sr10%;（4）具有过流保护作用。为保证电路安装与调试的顺利进行，在接线时不能只看着电路原理图去接，应该先把电路图中的每个元件的原理和用途搞清楚，明白每个元件的各个管脚与它哪里相对应，最主要的是搞清楚元件与元件之间的联系，它们在一起有怎样的作用，它们接在一起可以实现那些功能，它们之间有什么相互的影响，好几个元件在

19、一起又能有怎样的功能，弄明白了这些过后，就可以接电路了。在接电路的过程中要仔细并且得有耐心，在检查错误时要更耐心，当出现错误时，首先检查线接对了没有，如果没有错误就看是不是元件存在问题，遇见错误要一步一步的来。第四章 结束语经过几天的努力，在老师的细心地指导下及在同学的帮助下，我们顺利地完成了本次课程设计。通过本次电工与电子技术课程设计，我掌握了简易直流稳压电源的电子电路的设计与制作，锻炼了我的动手能力，在课程设计中遇到了许多问题，我学会了独立思考，查阅资料解决问题，大大锻炼了我解决问题分析问题的能力。 在设计电路时，深深体会到设计电路时一定要细心仔细，负责会浪费大量的时间却不能取得较好的效果

20、。除此之外，在设计电路时，我发现，只是单纯地学习理论知识还远远不够，即使对理论知识很熟悉在实际运用的时候也会遇到许多意想不到的问题，而且这些问题甚至会使设计工作难以进行下去，所以，在以后的学习中应该注重理论联系实际，把所学知识运用到实际中来，不断增强自己运用所学知识的能力。在设计电路时，不仅会用到本课程的知识，我在设计电路时查阅了大量的资料，运用了CAD设计，对自己综合运用所学知识的能力是一个极大的考验。发现自己在许多方面都存在不足，很多知识都没有学习到，因此，这对以后的学习是一个很好的启发，大学中很多东西都是要靠自己去学的，当然，我们不能盲目的去学一，应该有针对性地学习，自学是我们学习，学习好一门课、一门专业重要的一种能力。一个拥有很强自学能力的人，他在某种程度上可以比那些自学能力相对弱的人更容易成功。因为一个自学能力强的人，可以很快地掌握一项从来