直流稳压源设计.docx

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直流稳压源设计

长沙学院

模拟电子技术课程设计说明书

题目

直流稳压源的设计

系（部）

电子与通信工程系

专业（班级）

姓名

学号

指导教师

起止日期

模拟电子技术课程设计任务书

系（部）：

电子与通信工程系专业：

电子信息工程指导教师：

课题名称

直流稳压源的设计

设计内容及要求

1.技术参数

（1）设计一个可以输出±12伏、±5伏和可以连续调节的直流电压源;

（2）输出电流额定值为150mA最大为500mA;

（3）额定电流输出时，△V0/V0≤10%。

2.设计要求

（1）根据技术参数设计电原理图;

（2）计算并选择电路元件及参数（含电源变压器）；

（3）仿真调试电路；

（4）撰写设计说明书。

设计工作量

1、系统整体设计；

2、系统设计及仿真；

3、在Multisim或同类型电路设计软件中进行仿真并进行演示；

4、提交一份完整的课程设计说明书，包括设计原理、仿真分析、调试过程，参考文献、设计总结等。

进度安排

起止日期（或时间量）

设计内容（或预期目标）

备注

第一天

课题介绍，答疑，收集材料

第二天

设计方案论证

第三天

进行具体设计

第四天

进行具体设计

第五天

编写设计说明书

教研室

意见

年月日

系（部）主管领导意见

年月日

长沙学院课程设计鉴定表

姓名

学号

专业

电子信息工程

班级

设计题目

直流稳压源的设计

指导教师

指导教师意见：

评定等级：

教师签名：

日期：

答辩小组意见：

评定等级：

　　　　　答辩小组长签名：

　　　　　日期：

教研室意见：

教研室主任签名：

日期：

说明

课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“中等”、“及格”、“不及格”五类；

目录

目录4

一、引言5

二、电路设计与分析5

1电源变压器5

2整流电路5

3滤波电路6

4稳压电路6

三、单元模块原理6

1电源变压器6

2整流电路6

4滤波电路8

5稳压电路9

四、元器件参数的选择9

1电源变压器的选择9

2整流电桥的选择9

3滤波电容的选择10

4稳压器的选择10

五、用Multisim软件仿真10

1实验原理图仿真10

2仿真结果11

3波形分析12

六、总结与体会13

七、参考文献13

一、引言

直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。

变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。

整流器把交流电变为直流电。

经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。

本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可在一定范围内可调。

由于集成稳压器具有体积小、重量轻、使用方便和工作可靠等优点，应用越来越广泛。

国产的稳压器种类很多，主要分为两大类。

稳压器中的调整元件在线性放大状态的称为线性稳压器，调整元件工作在开关状态夫人称为开关稳压器。

在电子仪器仪表中，经常要求有稳定的直流电源，所以在整流滤波后面，通常需要直流稳压电路。

二、电路设计与分析

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等组成，基本框图如下：

图1直流稳压电源的原理框图和波形变换

1电源变压器

电源变压器的作用是将电网220V的交流电压换成整流滤波电路所需的低电压。

2整流电路

整流电路一般是由具有单向导电性的二极管构成，经常采用单相半波、单相全波和单相桥式整流电路。

我们采用的是4个二极管，组成单相桥式整流电路。

在整流过程中，4个二极管轮流导通，无论正半周期还是负半周期，流过负载的电流方向是一致的，形成全波整流。

3滤波电路

在整流电路的输出端并联电容即可形成滤波电路。

加入电容滤波电路后，由于电容是储能元件，利用其充放电特性，使输出波形平滑，减少脉动成分，以达到滤波的目的。

为了使滤波效果更好，可选用大容量的电容为滤波电容。

4稳压电路

经过滤波后输出的直流电压依然存在较大波纹，而且交流电网电压容许有10%的起伏，随着电网电压的起伏，输出电压也会变化。

此外，经过滤波的电压也与负载的大小有关，当负载加重的时候，由于输出电流能力有限，导致输出电压下降。

三、单元模块原理

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，并送给整流电路，变压器的变压由变压器的副边电压确定。

2整流电路

整流电路的任务是将交流电变换成直流电。

完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。

常见的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，所以输出电压脉动很大，直流分量较小，整流效率较低。

图2半波整流电路输入输出波形对比

另一种是单向桥式全波整流电路。

如右图，四肢整流二极管D1~D4形成电桥。

图3--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。

综上可知输入端经变压器后在副边得到了一个单向的脉动电压。

图4-单向桥式全波整流电路输入输出波形对比

4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。

图5几种不同的复式滤波电路

5稳压电路

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、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1.2~37V，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。

四、元器件参数的选择

1电源变压器的选择

根据设计要求，电源变压器需要将220V50HZ的电压转变为所需要的电压，并送给整流电路变压器的变比由副边电压确定。

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。

输出电压平均值：

，由此可以得

即变压器副边电压的有效值为15V，设计过程中通过确定通过稳压管的电压控制在15—17V之间，来调节变压器的副边电压，确定匝数比为15:

1。

2整流电桥的选择

流过二极管的的平均电流:

ID=1/2IL在此实验设计中IL的大小大约为1A，反向电压的最大值：

Urm=

U2，选择二极管时为了安全起见，选择二极管的最大整流电路IDF应大于流过二极管的平均电流ID即0.5A，二极管的反向峰值电压Urm应大于电路中实际承受最大反向电压的一倍。

实验中我们采用的是1B4B42封装好的单相桥式电路。

3滤波电容的选择

滤波电容一般选几十至几千微法的电解电容，由于

，故选1000uF/25V的电解电容。

4稳压器的选择

4.1输出电压固定的集成稳压器的选择

输出电压固定的集成稳压器有正电源LM7800系列稳压器和负电源LM7900系列稳压器。

按LM7800系列输出电压可分为7805（+5V）、7806（+6V）、7809（+9V）、7812（+12V）、7815（+15V）、7818（+18V）、7824（+24V）;按输出电流可分为78Lxx表示输出电流100mA、78Mxx表示输出电流500mA、78xx表示输出电流1.5A。

负向集成稳压器与正向类似。

由于此次要输出得电压为±12V、±5V，电流要求均为1A，固选择的芯片为LM7812、LM7912。

4.2输出电压可调的集成稳压器的选择

可调输出的集成稳压器是在固定输出集成稳压器的基础上发展起来的，这种集成稳压器，在集成芯片的内部，输入电流几乎全部流到输出端，流到公共端的电流非常小，因此可以用少量的外部元件方便的组成精密可调的稳压电路，应用更为灵活。

正电源系列的基准电压为1.25V，可在1.25V~37V之间连续可调。

其内部设有过流、过电压保护和调整管安全工作区保护电路，使用安全可靠，性能比LM7800系列性能更加，而且它的输出电压输出电流均符合要求，所以此次的可调集成稳压器选择LM317。

五、用Multisim软件仿真

1原理图仿真

根据设计要求，原理图如下：

图6直流稳压源仿真电路

2仿真结果

运行Multisim，结果如下所示：

输出±12V：

图7输出12V图8输出-12V

输出±5V：

图9输出5V图10输出-5V

可连续调节范围：

至

图11可调最小输出电压图12可调最大输出电压

3波形分析

220V、50HZ的交流电经过变压器，输出20V的波动电压，波形如图所示：

图13变压器输出波形

经过整流、滤波、稳压等电路最后变成稳定的直流电，波形如图：

图14经稳压器后的波形

六、总结与体会

本次模电的课程设计，虽然运的都是用学过的模拟电路的知识，但一拿到这个设计任务就让我感觉束手无策，根本不知道该如何下手，对于Multisim软件更可以说是一无所知，此刻才真正体会到书本与知识的重要。

总的说，通过本次直流稳压源的设计，我真正体验到了一个设计从前期的找资料，到中间的自己摸索，到后来的书写报告，调试这样一个完整的设计过程。

在这个过程里将以前所学的知识进行了综合的运用，发现了自己很多不足的地方，理论知识与实际应用之间的距离也充分的体现了出来。

当然，更多的是学到了很多的东西，为以后的设计打好基础。

经过这次的课程设计我不仅让自己学习到了很多有关专业方面知识，而且锻炼了自己的动手能力，进一步加强了理论知识的理解！

在这次的实验设计过程中，我初步掌握了直流稳压电源的调试方法，熟悉了电子技术设计的一些基本方法和技巧，并且学会了multism软件的使用，单独的设计电路，收获颇大。

希望以后能将自己设计的直流稳压电源运用到实际应用中去。

七、参考文献

[1]戴伏生.基础电子电路设计与实践.北京.国防工业出版社.2002

[2]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.北京.电子工业出版社.2005

[3]彭介华.电子技术课程设计指导.北京.高等教育出版社.1997

[4]华成英.模拟电子技术基础.北京.高等教育出版社.2006

[5]康华光.电子技术基础——模拟部分.高等教育出版社.2006