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1、 钦 州学院 模拟电子技术课程设计报告 集成直流稳压电源的设计 院 系 物理与材料科学学院 专 业 电子信息工程 学 生 班 级 2007级1班 姓 名 卢德全 张 健 蔡世东 韦滨初 李 星 冯光能 韦超群 指导教师单位 钦州学院 指导教师姓名 梁维源 指导教师职称 讲 师 2010年11月集成直流稳压电源的设计（电子信息工程专业2007级 卢德全 张 健 蔡世东 韦滨初 李 星 冯光能 韦超群指导教师 梁维源 摘要 ：根据设计的指标和要求，以集成三端稳压管为核心，构成稳压电路，加上电源变压、整流滤波网络，设计出集成直流稳压电源。市电220V由电源变压器变压为12V后，经桥式整流电路整流和电
2、容滤波，便可接三端稳压管的稳压电路得到所需的稳定直流输出，输出电压分为12V，5V，+2+11V三档。本系统工作可靠，性能稳定，电路简单，还具有防反接、过流保护功能。经测试，本系统动能完善，很好的实现了各项设计指标。 关键词 ： 电源，稳压，设计 设计目的 :（1）进一步掌握模电数字电子技术课程所学的理论知识。（2）熟悉几种常用集成三端稳压管芯片，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。（3）学会选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压管来设计直流稳压电源。（4）掌握稳压电源的主要性能参数及其测试方法。 设计技术指标与要求 :（1）设计一个直流稳压电源，输出电压Vo及最大输出电流Im
3、ax(I 档 Vo=12V对称输出，Iomax=100mA； II档 Vo=5V，Iomax=300mA； III档 Vo=(+2+11)V连续可调，Iomax =1A)；（2）利用EWB技术在计算机上完成电路的设计与模拟；（3）利用protel2009在计算机上完成电路PCB板的制作；（4）利用集成芯片、分立元件在实验室完成具体的电路，并能实现基本功能。 目录 前言11 集成直流稳压电源 11.1 设计思想 11.1.1 设计方案11.1.2 设计所需的元件21.2 设计原理 31.2.1 电源变压部分41.2.2 桥式整流电路部分51.2.3 电容滤波电路部分51.2.4 直流稳压电路部分
4、61.2.5 原理及计算 62 电路仿真 73 电路连接测试 73.1 安装焊接 73.2 测试 83.2.1 使用仪器 83.2.2 测试结果 84 设计体会 9参考文献 9 钦州学院本科课程设计前言 在电子系统(如电视接收机、VCD机、组合音响等)都要求用稳定的直流电源，而日常生活中使用的都是220V交流电源，因此，需将交流电变换成直流电将交流电压变换成直流电压并使之稳定的设备就是直流稳压电源直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成，基本框图如图1所示。在很多场合，都需要具有足够调压范围和带负载能力的直流稳压电源电路，要求输出电压连续可调；所选器件和电路必须达到在较宽
5、范围内输出电压可调；输出电压应能够适应所带负载的启动性能；此外，电路须简单可靠，能够输出较大电流。图1 直流稳压电源1 集成直流稳压电源1.1 设计思想1.1.1 设计方案方案一 晶体管串联式直流稳压电路。该类电路中，输出电压Uo经取样电路取样后得到取样电压，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，该变化与由于供电电压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)。在基准电压处设计辅助电源，用于控制输出电压能够从0 V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
6、都采用分立元件，电路的可靠性难以保证。方案二 开关稳压电源电路。功耗小，效率高，但电路复杂，纹波较大，存在开关干扰，它产生的交流电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰，此外由于开关稳压电源振荡器没有工频变压器的隔离，这些干扰就会串入工频电网，使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到干扰。方案三 采用三端集成稳压器电路。一般采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围较宽，稳定性高，纹波小，可靠性高，易做成多路，且电路所用器件较少，成本低，电路简单，组装方便。综上所述，采用方案三 1.1.2 设计所需的元件 L7805CV、L7905CV、L7812CV、L
7、7912CV、LM317T。（1）L7805CV、L7812CV固定式三端稳压集成电路有正电压输出78系列，有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端，如图2所示。它的样子像是普通的三极管，TO- 220 的标准封装，78后面的数字是该管的型号，同时代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7805表示输出电压为固定的正5V，7812表示输出电压为正12V。该系列的最大输出电流为1.5A，如果能够提供足够的散热片，它们能够提供大于1.5A的输出电流。同时，芯片内部有热过载保护、短路保护、图2 78系列外部引脚图输出晶体管安全工作区保护，使其能够稳定的工 作且基本不会损坏。78系列典型电路如图3所示
8、。 （2）L7905CV、L7912CV固定式三端稳压集成电路有负电压输出79系列，有三条引脚输出，分别是接地端、输入端和输出端，如图4所示。 图3 78系列外部电路典型图它的外观与78系列的相似，同样也采用TO- 220 的标准封装，79后面的数字是该管的型号，同时代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7905表示输出电压为固定的负5V，7912表示输出电压为负12V。79系列的最大输出电流也为1.5A，如果能够提供足够的散热片，它们能够提供大于1.5A的输出电流。同样，芯片内部有热过载保护、短路保护、输出晶体管安全工作区保护，使其能够稳定的工作且基本不会损坏。79系列典型电路如图5所示。 图
9、5 79系列外部电路典型图 图4 79系列外部引脚图（3）LM317T可调式集成三端稳压管LM317T，有三条引脚输出，分别是调节端、输出端和输入端，采用TO- 220 的标准封装，外部引脚图如图6所示。调节1脚调节端电压，其输出端电压范围为：12V37V可调，其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为15A，典型电路如图7所示 ，通过改变R的值改变输出电压。 （图6 LM317外部引脚图 图7 LM317外部电路典型图1.2 设计原理220V交流市电先被引入变压器中进行变压，本系统中采用的是12V变压器，故得到12V交流电接入图中，经D、 D、 D、 D组成的桥式整流电路后可得到只
10、有正半周期的连续波形，经C、 C大电容滤波，可得到纹波较大的直流电压，在经过小电容滤去高频噪声后就可分别送至各个三端稳压管的输入，在三端稳压管的输出端即可得到对应所需的稳定直流电压，同理在三端稳压管的输出端接入两个电容分别是为了滤去高频噪声和减小纹波，最后在三端稳压管的输出端得到电压稳定，波纹、噪声很小的直流电。可调式集成三端稳压管LM317T调节变阻器R的值阻即可改变输出的电压值。集成直流稳压电源的总电路如图8所示。图8 集成直流稳压电源总电路图1.2.1 电源变压部分 电源变压器的作用是将电网220V的交流电压V变换成整流滤波电路所需要的交流电压，如图11。见公式（11）变压器副边P与原边
11、的功率P比为 （11）式中，为变压器的效率。一般小型变压器的效率如表1所示。表1 小型变压器的效率副边功率 P/VA I。本系统中输入电压的范围是13V V42V。副边电压V13/1.1V，取V=12V，副边电流IIomax=1A，则变压器副边输出功率P VI=12W，由表1可知变压器效率为=0.7，则原边输入P P/=17.1W。选用的变压器的功率大于此值即可。整流二极管D选用1N4007，其承受的最大反向电压为1000V，I=1A。满足V V，I= I条件。滤波电容C的容量可由纹波电压V和稳压系数S来确定。已知，V=11V，V=13V，V=5m，S=310，由式（15）计算稳压器的输入电压
12、变化量 = （15）代入计算得= 1.97V，由下式（16）可得电容C的容量 C= （16） 其中，t电容C放电时间，t= =0.01s，Ic电容C放电电流，可取Ic=Iomax=1A，则C=5076F，电容的耐压值应大于 V=16.92V。故取2只3300F/50V电容并联 。2 电路仿真 缺仿真波形和数据。在计算机上使用multisim对设计的直流稳压电源进行仿真，仿真的结果为能实现最初的设计目标，仿真电路如图12所示。图12 集成直流稳压电源仿真图3 电路连接测试3.1 安装焊接计算机上使用protel绘制电路板并制作PCB板，在制作好的铜板上按图8连接好线路，检查电路的电气连通性能正常
13、。设计实物的正、反面图如图13、图14所示。图13 设计实物正面图应当标注作品名称、作者、班别等信息。最好在电路板上用纸条写好贴上。图14 设计实物反面图3.2 测试3.2.1 使用仪器使用的仪器有：VC9808数字万用表、直流电子负载。3.2.2 测试结果缺少示波器实际波形。使用数字万用表测量可得+5V档的输出电压为5.02V, 使用直流电子负载测得最大通过电流为1.11A，-5V档的输出电压为-5.08V, 最大通过电流为1.15A，+12V档的输出电压为11.87V, 最大通过电流为1.08A ，-12V档的输出电压为-11.88V，最大通过电流为1.09A，可调档可调节范围1.24V1
14、2.5V，最大通过电流为1.10A。测试结果均满足设计的基本要求，并略有超出基本部分所要求的数据。4 设计体会 对这次模拟电子技术课程设计，我进一步加深了对模拟电路知识理论的认识与理解，掌握了集成直流稳压电源的设计、组装与调试方法。提高了动手能力，独立分析问题、解决问题能力、协调能力和创造性思维能力。在我们组遇到问题时，比如在滤波电容的容量、电阻的阻值选择上，大家分工明确，齐头并进，团结协作，最后终于解决了各种各样的困难。同时，指导老师在本次设计中对我们组给予了极大的帮助，对于本次设计的完成老师的功不可没。从这次设计中得到：1提高了电路应用方面的实践技能，树立严谨的科学作风，培养了综合运用理论
15、知识解决实际问题的能力；2通过电路的设计、安装、调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法；3产生了一定生产观、经济观和全局观；4.提高团结合作的能力，沟通协调能力；5.制作PCB铜板时，对全局的把握不合理，对部分元件的不熟悉，导致对元件焊接时有些孔位不是很合适。这次的失误可为以后设计提一个醒，画板要事先熟悉所需的元器件。通过对这次设计，使我对课本知识的巩固和加强，也使我明白从理论仿真到实际设计操作中会遇到不少实际的问题，在实物连接电路时应当注意，仿真是理想化的，连接时应当考虑具体电路及元件封装，以免造成电路接错。总体而言，这次设计能很好的
16、实现了的所需功能，部分功能甚至超过了所需的指标，所以这次设计是比较成功的。参考文献 1罗杰，谢自美.电子线路设计实验测试（第4版）M.北京:电子工业出版社,2008.2彭介华.电子技术课程设计指导M.北京:高等教育出版社,2005.3康华光，陈大钦.电子技术基础模拟部分（第四版）M. 北京:高等教育出版社,2008.4王卫兵.protel99SE基础教程M.北京:北京邮电大学出版社,2008.5孙惠芹.电路设计PROTELM.天津：天津大学出版社，2008.6高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程模拟电子线路设计M.北京:电子工业出版社,2007.7 全国大学生电子设计竞赛组委会.第九届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编M.北京:北京理工大学版社,2010. 8 Sanjaya Maniktala美 .精通开关电源设计M.北京：人民邮电出版社,2008.9