模拟电子技术直流稳压电源设计报告——利用7809﹑7909设计一个输出±9V﹑1A的直流稳压电源

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              模拟电子技术直流稳压电源设计报告班级：电气 12 级 04 班组长:  申发文  10081115成员：张玉斌  10053613薛皓天  10053627- 2 -目录一设计任务3二设计流程图3三设计原理4四设计原理图10五元件型号及参数确定10- 3 -六仿真结果13七、设计过程总结17八参考文献18九、附录18一【设计任务】利用 78097909 设计一个输出9V 1A 的直流稳压电源。要求：（1）画出系统电路图，并画出变压器输出滤- 4 -波电路输出及稳压输出的电压波形；画出变压器副边电流的波形。（2）输入工频为 220V 交流电的情况下，确定变压器变比；（3）在满载情况下选择滤波电容的大小（取 5倍工频半周期） ；（4）求滤波电路的输出电压；（5）说明三端稳压器输入输出端电容的作用及选取的容值。 二【设计流程图】利用交流电源变换成直流稳压电源的组成方框图如 1 所示：图 1 直流电源的组成方框图电源变压器的作用是把 220V 的电网电压变换成所需要的交流电压。整流电路的作用是利用二极管的单向导电特性，将正负交替的正弦交流电压变换成单一方向的直流脉动电压。滤波电路的作用是将脉动电压中的脉动成分（即纹波）滤掉，是- 5 -输出电压成为比较平滑的直流电压。由于该电压随着电网的波动负载的变化而变化，因此后面还需要接稳压电路。稳压电路的作用是使输出的直流电压保持稳定。三【设计原理】（1）单相桥式整流电路图 2  （a）单相桥式整流电路   （b）简化画法在输入电压的正半周期，其极性为上正下负二极管 D1和 D3 导通，D2 和 D4 截止，在负载电阻 RL 上得到一个半波电压，UL=U2。在输入电压的负半周，其极性为上负下正，二极管 D1- 6 -和 D4 导通，D1 和 D3 截止，在负载电阻 RL 上得到一个半波电压，UL=-U2。故在一个周期内，负载电阻 RL 上得到单一方向的脉动的直流电压，其整流波形如图 3 所示。图 3   单相桥式整流电路整流波形图负载电压的平均值 UL 为229.0L流过负载电阻的平均电流 IL 为LLRUI29.0整流输出电压中除了直流分量外，还包括 2，4，6偶次谐波分量，总称为纹波。纹波的大小常用纹波系数 K 来表示，- 7 -它定义为谐波电压总的有效值 UL 与平均直流电压 UL 的比值，即LLUK2为了得到平滑的直流电压，需用滤波电路滤除这些纹波电压。（2）电容滤波电路在尽量降低输出电压中的纹波的同时，还要尽量保留其中的直流成分，使输出电压更加平滑，接近直流电压。图 4  桥式整流、电容滤波电路空载（开关 S 断开）情况：设空载时电容 C 两端的初始电压 Uc 为零。接入交流电源后，当 U2 正半周时，D1、D3 导通,U2 通过 D1、D3 对电容充电.U2 负半周时,D 2、D4导通,U2 通过 D1、D 3 对电容 C 充电。由于充电电路等效电阻很小，所以充电很快，电容 C 被迅速充电到交流电压 U2- 8 -的峰值。当 U2 通过峰点之后迅速下降，电容电压 Uc 仍为1.4U2，因此二极管承受反压而截止，电容 C 无放电回路不可能放电，故输出电压 uL 恒为 1.4U2。 波形如图 5（a）所示。带负载电阻（开关 S 闭合）情况：图 5（b）所示波形表示了电容滤波在带负载电阻后的工作情况。图 5   电容滤波波形（a）空载；（ b）带负载电阻；（ c）二极管电流波形(3) 输出固定的稳压电路输出固定的稳压电路如图 6 所示。对于 78 系列的三端稳压器均可以这样连接，对于 79 系列的三端稳压器，注意三个端子的功能，保证正确连接。- 9 -图 6   输出固定正压的稳压电路稳压电路的技术指标主要有以下几项： 稳压系数    负载不变时，输出电压相rs对变化量与输入电压相对变化量之比称为稳压系数。iioorUS式中 为输入电压变化量， 为输出电压变化量，iUoC 为常数。 电压调整率  工程上把电网电压波动uS10作为极限条件，将输出电压的相对变化作为衡量指标，称为电压调整率。 ouUS 输出电阻   输入电压不变而负载变化时，oR稳压电路保持稳定的能力。- 10 -LoooRUIR2 电流调整率  工程上把输出电流 从零变iS oI化到额定输出值时，输出电压的相对变化称为电流调整率。oiUS 纹波系数 稳压电路输入电压 中的交流 iU分量 和输出电压 中的交流分量 之比diUo do为纹波系数 。doiU三端稳压器输入端电容的作用及选取的容值：为了防止自己振荡，在输入端一般要接一个 0.10.33uF 的电容 CI。三端稳压器输出端电容的作用及选取的容值：为了消除高频噪声和改善输出的瞬态特性，即在负载电流变化不大时不致引起 UO 有较大波动，输出端要接一个 1uF 以上的电容 CO。需要注意的是，为了保证输出电压的稳定，输入输出间的电压差应大于 2V。但也不应太大，带大会引起三端稳压器功耗增大而发热，一般取 35V。四【设计原理图】- 11 -通过对设计任务要求以及各部分电路原理的讨论分析，设计出以下的电路原理图：五【元件型号及参数确定】稳压直流电源的元件型号及参数确定可以分为以下三个步骤：（1） 根据稳压电源的输出电压 UO最大输出电流Iomax,确定稳压器的型号。输出+9V 的稳压器选用 MC7809CT，其输出电压 UO 为+9v,最大输出电流 Iomax 为 1A。它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，还具有稳压性能好噪声低纹波抑制比高等优点。由于仿真软件 Multisim 的元件库中输出9V 的稳压器型号只有 LM7909CT，故只能选此型号的稳压器，其最大输出电流 Iomax 为 0.1A。使用时需注意以下几点：三端稳压器输入端电容的作用及选取的容值：为了防止自激振荡，在输入端一般要接一个 0.10.33uF 的电容- 12 -CI。三端稳压器输出端电容的作用及选取的容值：为了消除高频噪声和改善输出的瞬态特性，即在负载电流变化不大时不致引起 UO 有较大波动，输出端要接一个 1uF 以上的电容 CO。为了保证输出电压的稳定，输入输出间的电压差应大于 2V。但也不应太大，带大会引起三端稳压器功耗增大而发热，一般取 35V。（1）电压器变比的确定已知输出电压为 9V，电压差约为 35V，本设计中取4V，U L=13V又因为UL=(1.11.2)U2所以U2= UL/1.1=11.8V所以变压器的变比为k=220/11.8;（2）滤波电容的选择等效电阻RL=UL /IL=13 /1=13 为了得到平滑的直流电压，一般选择有极性的大电解电容，并取- 13 -=(35)T/2本设计要求取 T=5,所以=2.5T=0.05s又因为 = R L C，所以，滤波电容的大小为C=/R L =0.05/13=3.8mF若考虑电网电压波动 10%，加在电容两端的电压最大为Um=1.1 2U2=16.9V所以选用标称值为 3.8mF/50V 的电容器。（3）整流二极管的选择流过二极管的电流ID=0.5IL=0.5A二极管所承受的最高反向电压为URM=2U 2=211.8=15.4V因此，可以选用二极管 3N246, 其最大整流电流为1.5A，反向工作峰值电压为 50V。六、 【仿真结果】变压器副边电压输出波形:- 14 -（2）变压器副边电流输出波形：由于二极管不是理想的器件，有一段死区，所以当其两端加正向电压时，不会出现大的电流。当正向电压大于死区的时候，电流才会很快的增加。因此会出现交越失真。（3）整流电路输出波形:（4）滤波电路输出波形:- 15 -a 空载时b.   带负载电阻时(5)稳压输出的波形- 16 -用万用表测得其示数为：c.电压示数- 17 -d.电流示数七、 【设计过程体会及总结】我们的设计任务是利用 7809、7909 设计一个输出9V、1A 的直流稳压电源。通过自学理论知识、小组讨论、请教老师等努力后最终达到设计目的。这虽然这不是一个很高深很困难的课题，而且我们目的也不是要证明我们在科研学术上有更高深的见解，只是抱着一个动手实践的心态， 在这近半月的时间里，通过理论学习及实践，使我们学到了很多。在老师和同学们的帮助下，在我们小组自己的努力下，我们坚持并最终走到了最后。 在这次设计中，我们对“目标”这个词有了深入的了解。对于整个设计来说，目标一定要明确，这样才能一步一步拿出整个的设计方案。在每一个实验步骤中，我们更应该明确这一步的目标是什么。只有知道我们的目标在哪儿，我们才能对我们在实验中出现的偏差及时作出调整。 设计过程是枯燥的，在开始的新鲜感过去之后，设计变得毫无乐趣。每天都是花大量的时间重复想同的事，渐渐的心也就不耐烦了，而且设计结果总是多变