模拟电子技术课程设计--多路输出直流稳压电源的设计与制作.docx

课程设计报告( 2011 - 2012 年度第 二 学期)名 称：模拟电子技术课程设计 题 目：多路输出直流稳压电源的设计与制作学 号：2010014138学生姓名：成 绩： 日期： 2012年 3月 23日13 绪论很多电子设备，家用电器都需要直流电源供电，其中除了少量的低功耗、便携式的一起设备选用干电池供电外，绝大多数电子设备正常工作需要直流供电，而常用的电源市电是220v或380v的交流电，因此需要把交流电变换成直流电。1例如在我们学习的大多数集成运算放大器都需要加规定的直流偏置才能正常工作。所以直流稳压电源对于我们的模电课程学习来说十分重要，一个稳定可靠的直流稳压电源是今后我们学习、设计其他电路的保证。但是不同的电路对于直流电压值有着不同的需求，常见的有12v、3-12v等等不同的需求。为了达到巩固课程知识目的的同时，能够做到学以致用，制作一些对于今后有实际意义的电路，我们选择12v、312v五组参数作为设计的电压输出参数值。此次所要设计的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的设计思路。三端固定输出集成稳压器是一种串联调整式稳压器。它将全部电路集成在单块硅片上，整个集成稳压电路只有输入、输出和公共3个引出端，使用非常方便。因其内部有过热、过流保护电路，因此它的性能优良，可靠性高。又因这种稳压器 具有体积小、使用方便、价格低廉等优点，所以得到广泛应用。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。典型可调输出集成稳压器芯片,正电源系列有lm117/217/317，负电源系列有lm137/237/337。本设计中根据任务需要选择五种集成稳压器芯片：lm7812、lm7912、lm317。一、课程设计目的电子技术课程设计作为电子技术课程的重要组成部分，目的是使学生进一步理解课程内容，基本掌握电子电路系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养学生实际动手能力以及分析、解决问题的能力。按照本学科教学培养计划要求，在学完专业基础课数字电子技术和模拟电子技术课程后，分别进行相应的课程设计，其目的是使学生更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计中小型电子电路系统的方法，独立完成调试过程，增强学生理论联系实际的能力，提高学生电路分析和设计能力。通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。二、课程设计内容与要求1教学基本要求 要求学生独立查阅有关资料，完成选题设计，掌握数字或模拟电子系统设计方法；完成系统的组装配及调试工作；在课程设计中要注重培养工程质量意识，并写出课程设计报告。2能力培养要求（1）通过查阅手册和有关文献资料培养学生独立分析和解决实际问题的能力。（2）通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、安装调试等环节，掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。（3）掌握常用仪器设备的使用方法，学会简单的实验调试，提高动手能力。（4）综合应用课程中学到的理论知识去独立完成一个设计任务。（5）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。三、课程设计名称设计题目：多路输出直流稳压电源的设计与制作1设计任务 要求设计制作一个多路输出直流稳压电源。2技术指标及要求： 可将220v/50hz交流电转换为多路直流稳压输出： +12v/1a，-12v/1a，及一组可调正电压。调节范围312。四、课程设计思路设计思路变压电路整流电路滤波电路电源指示部分220v交流输入稳压电路直流电压输出本设计主要分为变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路、电源指示五个部分。变压电路： 电源变压器t的作用是将220v的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压ui。变压器副边与原边的功率比为p2/p1=n，式中n是变压器的效率。整流电路：整流电路将交流电压ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压u1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。滤波电路：各滤波电路c满足rl-c=(35)t/2，式中t为输入交流信号周期，rl为整流滤波电路的等效负载电阻。稳压电路：常用的稳压电路有两种形式：一是稳压管稳压电路，二是串联型稳压电路。二者的工作原理有所不同。稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。它一般适用于负载电流变化较小的场合。串联型稳压电路是利用电压串联负反馈的原理来调节输出电压的。集成稳压电源事实上是串联稳压电源的集成化。实验中为简化电路，我们选择集成稳压器（三端稳压器）作为电路的稳压部分。集成稳压器的w7800系列输出正电压5v、6v、9v、12v、15v、18v、24v，输出电流为1.5a（w7800）、0.5a （w78m00）、0.1a（w78l00）；w7900系列输出负电压-5v、-6v、-9v、-12v、-15v、-18v、-24v，输出电流为1.5a（w7900）、0.5a （w79m00）、0.1a（w79l00）。23cico-+ui-+uow791 五、单元模块设计原理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。考虑到今后的功率需要，这次我选择了20w的变压器。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；而将一个12v的输出端加给lm317，即最大输出12v。 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。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-单向桥式全波整流电路输入输出波形对比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。滤波电路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1.237v，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。图3-4-1 集成稳压器lm317图3-4-2 集成稳压器lm78xx图3-4-3 集成稳压器lm79xx六、元器件的参数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、 3到12v，电流要求均为1a，固选择的芯片为lm7812、lm7912,和lm317. 输出电压平均值：输出电流平均值：平均整流电流：最大反向电压：整流二极管的选择（考虑电网%波动）：七、硬件测试相对来说，本次设计的电路并不是太复杂，但是有许多的线路走的比较接近。这对于元件插接技术就有一定的要求，稍有不慎就会造成相邻两根线短路而造成电路的插接错误，严重的还会导致元器件的损坏。还有一个需要注意的就是元件管脚的接入是否准确，例如发光二极管，在正向时，正极接输出端、负极接地；但是在负向时，正好相反。电解电容的接法与之类似，而且电解电容一定要接入准确，如果方向错误，不仅将损坏器件，电容还可能飞起、爆裂，危害人身安全。集成稳压器芯片的管脚还有整流桥的同样在插接前要核对仔细，否则可能会损坏集成电路；而且它们的管脚相对较多，如果插接错误，不易改正。如果布局恰当，不仅美观大方，而且给插接节省了许多不必要的麻烦；还有一个就是元件的引线粗细不再是恰好适合板上的留孔，对于像较大的二极管，还有散热器的安装，就需要自己将空钻开。开始没有经验，钻的比较慢，而且效果不佳，再与同学一起多次尝试，找到了开孔的合适工具，大大提高了工作的效率。八、实测结果和分析总体电路实测结果（截图）：1、lm7812c输出的正向电压值，理论值为12v，实测值为12.268v，误差在可允许范围内。2、lm7912c输出的正向电压值，理论值为-12v，但在实验过程中芯片的限制， 实测值为-12.601，误差较大。3、可调电压的最小值，理论值为3v，实测值为3.556v，原因为受可调电压芯片的影响4、可调电压的最大值，理论值为12v，实测值为11.341v，原因为受可调电压芯片的影响。九、实验体会大一的时候常听学哥学姐们说模电焊板子有多么辛苦，当时我总觉得他们有些夸大其词，然而当我真正开始焊第一块板子的时候，问题就接踵而至。我们这次的第一个任务就是直流稳压电源设计。刚开始电路设计出来的时候，觉得应该比较好焊，电路看起来不是特别复杂。但实际去操作下来才发现问题真的不少。首先是对元件的不熟悉，电解电容的管脚识别，一般电容的容值的读取都花费了一定的时间，以前学的一些基本知识都记得不是很清楚了。这最终导致我们在测试电容的时候出现了电容爆炸的问题，两个220uf的电容接反，而且电容突然爆炸造成了短路给变压器也造成了影响，导致在后来的测试中一直有问题而我们始终在找电路的问题，而没有去检查检查变压器的输出浪费了很多的时间。其次是焊接技术的不合格，虽然大一的时候我们有联系过但长时间的不接触自己的技术有很多的问题，有许多虚焊点。而且电路在平常的磕碰中经常会出现焊点脱落的问题，虽然每次都小心翼翼但板子的背后已经被改的面目全非了。最后没办法只能重新去焊一块，到那个时候才发现变压器有问题。再后来板子焊好做测试的时候也出现不少的问题，有时候是自己不注意没接地线使输出地图像出现杂波，有时候是元件出现问题自己又没发现，有的时候做的都快没信心了，但没有