直流稳压电源电路.docx
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直流稳压电源电路
直流稳压电源电路
1引言
模拟电子技术是计算机基础理论的一个重要组成部分，是计算机科学与技术系的重要学科基础课。
模拟电子技术是一门研究对仿真信号进行处理的模拟电路的学科。
它以半导体二极管、半导体三极管和场效应管为关键电子器件，包括功率放大电路、运算放大电路、反馈放大电路、信号运算与处理电路、信号产生电路、电源稳压电路等研究方向。
直流稳压电源是指能为负载提供稳定直流电源的电子装置。
它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。
2设计内容和设计要求
设计一个完整的直流稳压电源电路，其主要技术指标要求：
①输出电压可调：
Uo=+3V～+15V②最大输出电流：
Iomax=800mA③输出电压变化量：
ΔUo≤15mV④稳压系数：
SV≤0.003。
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1。
3设计原理
（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。
4直流稳压电源电路
*注：
设计过程中的仿真图均由调试完后的结果而来。
4.1变压电源设计
变压器原理：
变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电变压器原理图流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。
如图4-1-1中是一个10TO1的变压器，他的作用是使变压后的电压为原来的1/10。
图4-1变压电源电路图
仿真后的波形图4-1-2
图4-1-2变压电源仿真波形图
4.2整流电路设计
整流电路的作用是把交流电能转换为直流电能的电路。
通常采用桥式整流器是利用二极管的单向导通性，用来将交流电转变为直流电。
U2＞0时，D1,D3导通，D2,D4截至。
电流通路：
A→D1→R1→D3
U2＜0时，D2,D4导通，D1,D3截至。
电流通路：
D2→R1→D4→A
加上4.1中的变压电路得到了如图4-2-1所示的电路。
图4-2-1整流电路图
仿真测试后波形如图4-2-2
图4-2-2整流电路仿真波形图
4.3滤波电路设计
滤波电路其基本原理就是利用电路的频率特性实现对信号中频率成分的选择。
滤波是信号处理非常。
根据高等数学理论，每一个满足一定条件的信号，都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。
而滤波电路只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而另一部分频率成分不能通过的电路。
由此设计出滤波电路。
如图4-3-1。
图4-3-1滤波电路图
仿真后结果如图4-3-2
图4-3-2滤波电路仿真波形图
4.4稳压电路设计
稳压电路的作用是输出稳定的直流电压。
根据设计需要，如图4-4-1所示，是一个串联三极管稳压电路。
主要依据质量指标选择电路方案，电路应当尽量简单而又满足指标要求。
本次设计中，稳压系数Sr≤0.05、内阻r0的要求不高，工作温度变化不大，所以选用典型电路即可。
220V交流电经变压器TF1降压后，由D1硅堆进行桥式整流，得到脉动直流，然后由C1滤除其交流成份，得到直流电压。
图4-4-1稳压电路图
经过仿真，得到如图4-4-2所示的波形图，输出端（out）的参数为0-15V，如图4-4-3，符合设计要求。
图4-4-2稳压电路波形图
图4-4-3稳压电路输出端波形图
4.5直流稳压电源电路
如图4-5-1。
经过测试，我选用的是一个7000欧的滑动变阻器，如果没有此型号的可以用多个滑动变阻器串联或者用10000欧的滑动变阻箱调到7000欧姆档。
图4-5-1直流稳压电源电路总图
在滑动变阻器阻值为7000欧姆时的仿真波形如图4-5-2，输出端（out）的电压为3V。
图4-5-2直流稳压电路输出端仿真波形图
4.6调试与测试
根据设计出的总电路图和仿真，逐渐确定所用的各电阻、电容的参数，如图4-6中所示。
经过仿真得出如下波形，在滑动变阻器的阻值为7000欧时输出端电压为3V，阻值接近于0时输出电压为15V，符合设计要求。
图4-6当滑动变阻器阻值为7000Ω时的直流稳压电路波形仿真图
4.7自制封装
另外，为了生成PCB图，自制了电源和整流器的封装，分别如图8-1和图8-2.
图8-1电源封装图8-2桥式整流器封装
5元件清单。
表1电路各元器件清单
名称
标示
参数值
封装号
电源
Vin
220V/50Hz
DY
变压器
TF1
10TO1
DIP4
电桥整流器
D1
18DB05
ZL
电容
C1
130μF
RAD0.1
电容
C2
65μF
RAD0.1
二极管
D2
100HF100PV
TO-92A
三极管
Q1
2N1893
TO-5
电阻
R1
700Ω
AXIAL0.4
电阻
R2
1500Ω
AXIAL0.4
电阻
R3
950Ω
AXIAL0.4
滑动变阻器
R4
0-7000Ω
VR5
6生成PCB印刷电路板
仿真结果正确后，就可以开始进行PCB板的制作：
（1）绘制元件库
（2）绘制原理图
（3）绘制封装库
（4）导入网线表
（5）自动布线
（6）手工调整
如图6
图6直流稳压电路PCB板
7分析总结
这次Protel课程设计历时将近两个月，我在完成本次课程设计的过程中学到了很多东西。
本次课程设计与上学期同样是Protel课程设计不同，更强调对我们设计思路的培养和设计能力的检验。
在课程设计的过程中，我遇到了许多挫折。
比如想要生成PCB板就要对各个元件进行封装，一个元器件可以有不同的封装号，一个封装号也可以封装不同的元器件，在网上查找元件对应封装号时就经常出现这种问题，这是就要对原理图中的具体元件参数和封装号进行比对，以免造成生成PCB板时找不到节点的错误；另外由于Win7系统与Protel99的相互不兼容也造成了一些不便。
不过，挫折也是一份财富，这会在将来的毕业设计以及工作生活中给我提供经验。
通过这次课程设计，我懂得了理论是实际结合是非常重要的，只有把所学到的理论与实践结合起来，从实践中得出结论，才能提高自己的动手能力和独立思考能力。
通过这次设计一个可调的直流稳压电源，让我对Protel有了更深的了解。
这次我们组设计的电路相对简单一些，在生成了正确的PCB板后，自动布线后再经过手动调整也使整个图看起来比较明了。
通过仿真我们可以验证电路原理图是否正确，也可以了解到一个电路所要实现的功能。
另外在跟同学的交流中发现，如果要连接比较复杂的电路图，就要事先考虑图的布局问题，生成PCB板之前也要先考虑好布局问题，否则会比较混乱。
经过这次课程设计，我仍然对一些错误的处理方法不明确，这还需要我今后的大量学习和实践。
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