正负9V直流稳压电源课程设计毕业设计（论文）word格式

1、内容摘要本设计是关于9v简易直流稳压电源的设计，论题方向是以单相桥式整流及三端集成稳压器为主，设计一台具有实用价值的小容量简易直流稳压电源。要求：输入电压ac220v、输出电压9v、输出电流1a、容量9w、输入端须设上电指示灯、输出端须具备短路和过流保护功能。按照所学知识和相关指导书及补充的写作要求，综述了目前常用直流稳压电源的分类、各自适用范围及优缺点，完整详尽地设计了9v简易直流稳压电源电路，并对各组成部分的功能及工作原理进行了分析。关键词：直流稳压电源；集成稳压器；小容量；设计；分析目 录内容摘要i引 言11 直流稳压电源的种类22 设计任务及要求32.1 设计任务32.2 要求学会：3

2、2.3 设计要求：33 基本原理43.1 电路的基本组成43.2 组成部件的功能44 各组成电路工作原理及方案的选择54.1 上电指示电路54.2 变压电路54.3 整流电路54.4 滤波电路64.5 稳压电路84.5.1 结构与符号84.5.2 线性三端集成稳压器的分类及型号84.5.3 三端集成稳压器的工作原理94.5.4 三端集成稳压器的基本应用电路125 各组成电路的元件选择与参数确定135.1 上电指示电路135.2 变压电路135.3 整流电路135.4 滤波电路135.5 稳压电路145.6 稳压电源的保护电路146 电路图及电路的工作原理156.1 完整电路图156.2 9v简

3、易直流稳压电源电路的工作原理157 我的收获和心得168 元器件清单17参考文献18引 言当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利， 但是任何电子设备的正常工作都离不开一个共同的电路电源电路。电源有两种：一种是直流电源（dc即direct current），另一种是交流电源（ac即alternating current）。日常所用的电子设备基本都是由集成电路和辅助电子元件(如电阻、电容、二极管等)组成的电子线路，这些线路的正常工作都要求由电压稳定的直流电源供电。如果直接采用干电池作为电源，由于干电池容量有限，则需要频繁地更换电池造成人力和资金上的浪费。我们日常所用的电源均为ac220v。如何

4、将ac220v电源变换为可用的直流电源呢？将交流电变换成直流电，并提供稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。小功率稳压电源的组成主要是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成。电源变压器是将交流电网220v的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动（一般有10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电

5、压的稳定。1 直流稳压电源的种类直流稳压电源的类型繁多，但几乎都是将交流电网220v电源作为输入电源，再经转换电路转换成所需参数的直流电。经过变压、整流和滤波后的电压往往会随着交流电源电压的波动和负载的变化而变化。直流电压的不稳定有时会引起控制装置工作的不稳定，产生测量和计算上的误差，特别是精密电子仪器、自动控制、计算装置及晶闸管的触发电路等都要求有稳定的直流电源供电。目前生产的直流稳压电源种类很多，主要分类方法是按调整元件的工作状态分类，其次还可以从其它不同角度来分类：(1) 按调整元件的工作状态分，有线性稳压电源和开关稳压电源。线性稳压电源：调整元件工作在线性放大状态的称为线性稳压电源。此

6、类稳压电源由于结构简单、维修方便、成本低、功率小，所以在比较简单的电子设备中广泛使用，比如收音机、小型音响等。开关稳压电源：调整元件工作在开关状态的称为开关稳压电源。此类稳压电源效率高、功耗低、电路结构复杂，所以常在复杂电子设备中广泛使用，比如大屏幕彩电、微型计算机等。(2) 按稳定方式分，有参数型稳压电源和反馈调整型稳压电源。参数型稳压电源：电路简单，主要是利用电子元件的非线性实现稳压，例如1只电阻和1只稳压管即可构成参数型稳压电源。反馈调整型稳压电源：具有负反馈，是闭环调整系统，利用输出电压的变化，经取样、比较、放大得到控制电压，去控制调整元件，从而达到稳定输出电压的目的。(3) 按调整元

7、件和负载连接方式分，有并联式稳压电源和串联式稳压电源。并联式稳压电源：调整元件与负载并联的称为并联式稳压电源。串联式稳压电源：调整元件与负载串联的称为串联式稳压电源。(4) 按作用元件分，有电子管稳压电源、稳压管稳压电源、晶体管稳压电源、可控硅稳压电源等。(5)按电源的主要部分是集成电路还是分立元件分，有集成线性稳压电源、集成开关稳压电源和分立元件组成的稳压电源。根据需要，还可以有其他分类方法，例如集电极输出型稳压电源、发射极输出型稳压电源；高压稳压电源、低压稳压电源；通用稳压电源、专用稳压电源等。2 设计任务及要求2.1 设计任务设计一个9v简易直流稳压电源，满足：1. 当输入电压在220v

8、交流时，输出直流电压为9v。2. 容量为9w，输出电流为1a。3. 输入端须设上电指示灯，输出端须具备短路和过流保护功能。2.2 要求学会：通过此集成直流稳压电源的设计，要求学会：1. 选择变压器、整流二极管、滤波电容及三端集成稳压器来设计直流稳压电源。2. 掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法。2.3 设计要求：1. 画出所设计的直流稳压电源的系统框图，并分析各组成部分的功能及工作原理。2. 设计出每个功能框图的具体电路图，并根据所提供的技术参数的要求，计算电路中所用元件的参数值，最后按工程实际确定元件参数的标称值。具体参数要求：变压器的额定电压、额定电流、额定容量、电压比；整流元

9、件的型号；电阻的阻值和功率；电容的容值和耐压以及类型；稳压块型号等。3. 总结：需要说明的问题以及设计心得体会。3 基本原理3.1 电路的基本组成一般直流稳压电源都使用ac220v市电作为电源，经过变压、整流、滤波后输送给稳压电路进行稳压，最终成为稳定的直流电源。这个过程中的变压、整流、滤波等电路可以看作直流稳压电源的基础电路，没有这些电路对市电的前期处理，稳压电路将无法正常工作。 因设计任务中要求输入端须设上电指示灯，所以本次设计的小功率稳压电源由上电指示电路、变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路五个部分组成，如图1所示。 + 上 电 + 变 压 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 + u

10、1 指 示 u2 u3 u4 ui u0_ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _（a）稳压电源的组成框图u1 u2 u3 u4 ui u0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t （b）稳压电源各单元电压波形图图1 稳压电源的组成框图及电压波形图3.2 组成部件的功能1. 上电指示电路：输入电源有电指示，接入电网220v交流电后指示灯亮。2. 变压电路：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。3. 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。4. 滤波电路：可以将

11、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。5. 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 各组成电路工作原理及方案的选择4.1 上电指示电路上电指示电路为输入电源有电指示，当稳压电源连接到市电ac220v后，有1红色电源指示灯亮。此稳压电源为简易直流稳压电源，所以要求体积比较小。如选用指示灯来指示会使得体积增大，所以一般均采用红色发光二极管来指示，这样体积小成本低。4.2 变压电路通常直流稳压电源使用电源变压器来改变输入到后级电路的电压。电源变压器由初级绕组、次级绕组和铁芯组成。初级绕组用来输入电源交流电压，次级绕组输

12、出所需要的交流电压。通俗的说，电源变压器是一种电磁电转换器件。即初级的交流电转化成铁芯的闭合交变磁场，磁场的磁力线切割次级线圈产生交变电动势。次级接上负载时，电路闭合，次级电路有交变电流通过。变压器的电路图符号见图2 tr图2 变压器的电路图符号4.3 整流电路经过变压器变压后的仍然是交流电，需要转换为直流电才能提供给后级电路，这个转换电路就是整流电路。在直流稳压电源中利用二极管的单项导电特性，将方向变化的交流电整流为直流电。整流电路的种类如下：1. 半波整流电路半波整流电路只利用电源的正半周，电源的利用效率非常低，所以半波整流电路仅在高电压、小电流等少数情况下使用，一般电源电路中很少使用。2

13、. 全波整流电路全波整流电路每个整流二极管上流过的电流只是负载电流的一半，比半波整流小一倍。由于全波整流电路需要特制的变压器，制作起来比较麻烦，所以在实际运用中很少使用。3. 桥式整流电路桥式整流电路使用普通的变压器，每个整流二极管上流过的电流是负载电流的一半，与全波整流相同。桥式整流比全波整流多用了两个整流二极管，由于四个整流二极管连接成电桥形式，所以称这种整流电路为桥式整流电路。通常情况下桥式整流电路见图3 桥式整流电路图 桥式整流电路简化电路图 桥式整流电路电压、电流波形图图3 桥式整流电路图 为了克服半波整流和全波整流的缺点，在本设计中整流电路采用最常用的桥式整流电路。4.4 滤波电路

14、交流电经过整流后得到的是脉动直流电，这样的直流电源由于所含交流纹波很大，不能直接用作电子电路的电源。滤波电路可以大大降低这种交流纹波成份，让整流后的电压波形变得比较平滑。滤波电路的种类如下：1. 电容滤波电路电容滤波电路是利用电容的充放电原理达到滤波的作用。在脉动直流波形的上升段，电容充电，由于充电时间常数很小，所以充电速度很快；在脉动直流波形的下降段，电容放电，由于放电时间常数很大，所以放电速度很慢。在电容还没有完全放电时再次开始进行充电。这样通过电容的反复充放电实现了滤波作用。桥式整流电路电容滤波电路电压、电流波形见图4当时：当为有限值时：通常取 rc越大越大为获得良好滤波效果，一般取：（

15、t为输入交流电压的周期）图 4 桥式整流电路电容滤波电路电压、电流波形图2. 电感滤波电路电感滤波电路是利用电感对脉动直流的反向电动势来达到滤波的作用，电感量越大滤波效果越好。电感滤波电路带负载能力比较好，多用于负载电流很大的场合。3. rc滤波电路使用两个电容和一个电阻组成rc滤波电路，又称型rc滤波电路。这种滤波电路由于增加了一个电阻，使交流纹波都分担在这个电阻上。电阻和电容越大滤波效果越好，但电阻过大又会造成压降过大，减小了输出电压。一般电阻应远小于负载电阻。4. lc滤波电路与rc滤波电路相对的还有一种lc滤波电路，这种滤波电路综合了电容滤波电路纹波小和电感滤波电路带负载能力强的优点。

16、5. 有源滤波电路对滤波效果要求较高时，可以通过增加滤波电容的容量来提高滤波效果。但是受电容体积限制，又不可能无限制增大滤波电容的容量，这时可以使用有源滤波电路。有源滤波电路属于二次滤波电路，前级应有电容等滤波电路，否则无法正常工作。 本设计为简易直流稳压电源，综上所述，采用结构简单、价格低廉的电容滤波电路。4.5 稳压电路由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压ui会随着变化。因此，为了维持输出电压ui稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳

17、压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。4.5.1 结构与符号将串联稳压电源和保护电路集成在一个器件上，这个器件就是集成稳压器。早期的集成稳压器外引线较多，现在的集成稳压器只有三个：输入端、输出端和公共端，称为三端集成稳压器。它的电路符号见图5，外形如图6所示。 图5 电路符号 图 6 三端集成稳压器外形4.5.2 线性三端集成稳压器的分类及型号1. 三端固定输出集成稳压器三端固定正输出集成稳压器，国标型号为cw78-/cw78m-/cw78l-三端固定负输出集成稳压器，国标型号为cw79-/cw79m-/cw79l-以上78和79系列系列最大输出电

18、流可达1.5a；78m和79m系列最大输出电流为0.5a；78l和79l系列最大输出电流为0.1a。2. 三端可调输出集成稳压器三端可调正输出集成稳压器，国标型号为cw117-/cw117m-/cw117l-cw217-/cw217m-/cw217l-cw317-/cw317m-/cw317l-三端可调负输出集成稳压器，国标型号为cw137-/cw137m-/cw137lcw237-/cw237m-cw237lcw337-/cw337m-/cw337l-以上1-为军品级；2-为工业品级；3-为民品级。军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-55150；工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范

19、围-25150; 民品级多为塑料封装，工作温度范围0125。4.5.3 三端集成稳压器的工作原理现以具有正电压输出的cw78系列为例介绍它的工作原理。图7是cw7800的电路原理图。这个电路大体上可分成几个组成部分，其框图如图8所示，与典型的串联型稳压电路相比，多了保护电路和启动电路。图7 cw7800集成稳压电路原理图图8 cw7800集成稳压电路原理框图1. 调整管由v16和v17组成复合调整管，采用复合结构可以用小电流推动较大的输出电流，并有很高的输入阻抗。2. 放大电路由v3、v4及v9组成，为了提高放大器的输入阻抗，v3、v4管接成达林顿形式，为了增加放大器的增益，用v8、v9管组成

20、的电流源作为集电极的有源负载，反馈电压uk通过v6（v2作为有源负载）送到v3管的基极，放大管v4的集电极输出推动v16、v17，这样整个放大器具有很高的增益。3. 基准电路由v1、v2、v5、v6、及r2等组成，我们知道稳压电源的输出电压与基准电压成一定比例关系，因此基准电压的稳定程度是决定稳压电源性能的关键。这个稳压器的基准电压电路是与放大电路重合在一起的，由v6提供电流，这是一种零漂移基准源，它不仅克服了稳压管基准源的温漂，而且避免了齐纳管热噪声的影响。从图中可以得出基准电压为如果v3v6管性能相同，则上式可表示为根据v1、v2和v7组成的镜像电流源电路可得式中ut为温度电压当量，常温下

21、ut=26mv。此式中前一项的温度系数是负值，后一项的温度系数是正值，选择合适的电阻值就可以使这两项的温度系数相互抵消，得到零温漂的基准电压，按图中标注的数值可得此时输出电压4. 取样电路由r19和r20组成，输出电压变化量与基准电压比较后送入误差放大器v3、v4的基极，由于v3、v4本身的b、e极pn结电压是基准电压的组成部分，所以误差放大器的工作状态受温度影响不大，工作稳定性好，假设由于负载变化引起输出电压增加，其变化量由电阻r19 、r20取样后反馈到误差放大v3基极，使其电位提高，从而v3、v4集电极电流增大，其集电极电位下降，即调整管基极电位下降，输出管v17压差变大，输出电压降低，

22、抵消了原来输出电压增大的变化，使输出电压保持稳定。5. 保护电路cw7800中有3种保护：过流保护、安全区保护和过流保护。a、过流保护：由r11和v15完成，r11串联在调整管v17的发射极和输出端之间，当输出电流超过额定值时（即r11上压降超过0.7v时），v15管由截止变为导通，使v16管基极电位降低，减少注入电流，从而限制了输出电流。b、安全区保护：由r13、v19、r12和v15管组成调整管安全工作区保护电路，在容许的工作电流下，v17管的基-射极压差限制在一定范围内（约0.7v），超过这个范围时，r13、v19支路将有电流通过，其中一部分注入v15管的基极，限制v17管的输出电流，v

23、17管基射极压差越大，v15管基极注入电流也就越大，v17集电极电流就减少得越多，使v17的工作电压、电流都保持在安全工作区内。c、热保护电路：由r7和v14组成，r7是正温度系数的扩散电阻，v14管的b、e结电压具有负的温度系数，v14管的集电极接在v16管的基极上，温度较低时，r7上的压降不足以激励v14导通，对调整管没有影响，当芯片温度达到临界时，r7上的压降升高，v14管导通，集电极电位降低，从而减小v16、v17的输出电流，减小芯片的功耗，降低芯片的温度，达到过热保护的目的。6. 启动电路由电阻r4、r5、r6稳压管v18、晶体管v12、v13组成，从图中可以看出前述放大、基准源和调

24、整电路都是由v8和v9的电流源提供静态电流的，但v8和v9本身却未构成基流通路，因此在接入ui后将因电流源状态未建立而使稳压电源无法工作，启动电路的作用就是要解决这个问题。它的工作原理：接通电源后，输入电压ui使电阻r4和稳压管v18支路流过电流，此时v18有7v的稳定电压，从而使v12导通，约有1ma的恒定电流流过电阻r5、r6、r7，这时v13的基极电压ub13约为ub13大于ube13+ube7+ube12.1v,所以v13及v7、v1晶体管均导通，从而有电流通过v1、v7、r1支路，v13的集电极与v8、v9的基极连接在一起，这样v8、v9有了基流，也导通了，建立了电路的工作点。在整个

25、电路正常工作后，ue13约为ur-ube6-ube53.4v，高于ub13，因此v13管截止，将启动电路与基准电路的联系切断，避免了它对稳压性能的影响。4.5.4 三端集成稳压器的基本应用电路基本应用电路如下图9所示。由于输出电压决定于集成稳压器，所以输出电压为9v，最大输出电流为1.5a。为使电路正常工作，要求输入电压ui比输出电压uo至少大2.53v。输入端电容c1用以抵消输入端较长接线的电感效应，以防止自激振荡，还可抑制电源的高频脉冲干扰。一般取0.11f。输出端电容c2、c3用以改善负载的瞬态响应，消除电路的高频噪声，同时也具有消振作用。d是保护二极管，用来防止在输入端短路时输出电容c

26、3所存储电荷通过稳压器放电而损坏器件。cw7900系列的接线与cw7800系列基本相同。图9 cw7800集成稳压器基本应用电路由题目9v简易直流稳压电源的设计可知，本设计应采用cw7809和cw7909两只三端稳压器相结合并装设相关外围元件而成。综合上面对cw7800和cw7900三端稳压器的简介可知，这样电路不仅满足了9v的电源输出，还能够满足了要求的输出电流1a、输出端具备短路和过流保护功能。5 各组成电路的元件选择与参数确定5.1 上电指示电路普通单色发光二极管具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长等优点，可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮。它属于电流

27、控制型半导体器件，使用时需串接合适的限流电阻。普通红色发光二极管不能直接接到市电ac220v电路中。由实践所得,普通红色发光二极管只要串接一只阻值为150k、功率为1/4w的限流电阻后再接到市电ac220v电路中，便可作为上电指示电路。5.2 变压电路由于cw7809最高输入电压为35kv，输入电压ui比输出电压uo至少大2.5v，故cw7809的输入电压范围为： 即： ，取 变压器变比：变压器副边电流：，取 ，因此，变压器每组副边输出功率：，变压器总的副边输出功率：由于小型变压器副边功率在1030v时的效率为，所以变压器原边输入功率，为留有余地，选用功率为50w的变压器。5.3 整流电路流过

28、整流二极管的平均电流为：整流二极管承受的最高反向电压为：1n4001的反向击穿电压，额定工作电流，故整流二极管选用1n4001。5.4 滤波电路滤波电容大小可由纹波电压和稳压系数来确定。因设计要求中对这两个参数没作要求，所以按正常范围选择滤波电容：1000f滤波电容的耐压应。所以滤波电容选择1000f/25v的电解电容即可。5.5 稳压电路选择三端固定式集成稳压器cw7809的特性参数为输出电压，最大输出电流，最小输入输出压差，均在上述计算范围内。选择三端固定式集成稳压器cw7909的特性参数为输出电压，最大输出电流，最小输入输出压差，均在计算范围内。输入端电容c5 、c6用以抵消输入端较长接

29、线的电感效应，以防止自激振荡，还可抑制电源的高频脉冲干扰，取0.33f的。输出端电容c7、c8用以改善负载的瞬态响应，消除电路的高频噪声，同时也具有消振作用，c7、c8取0.1f。为了减小输出纹波电压，在输出端并联大容量电解电容c3、c4，c3、c4耐压应，选取220f/ 16v的电解电容。取d5、d6是保护二极管，用来防止在输入端短路时输出电容c3、c4所存储电荷通过稳压器放电而损坏器件。5.6 稳压电源的保护电路为保护整个稳压电源，在上电指示电路前串接一只保险丝。整个稳压电源的总电流略大于电源变压器的原边绕组的电流考虑到电源变压器的瞬时冲击电流和留有余地，选用0.5a的保险丝。6 电路图及

30、电路的工作原理6.1 完整电路图完整电路图如下见图10图10 9v简易直流稳压电源电路图6.2 9v简易直流稳压电源电路的工作原理输入市网电压ac220v、50hz的交流信号后，通过0.5a保险丝fu送到上电指示电路和变压器的原边绕组，上电指示电路由1只普通红色发光二极管串接1只150k、功率1/4w的限流电阻而成。通过电源变压器得到较低的副边电压u2并送到整流电路。整流电路由4个1n4001二极管组成桥式整流电路，当正弦交流电压为正的时候，d1、d3导通，当交流电压为负的时候d2、d4导通，是输出的电压周期变为原来的一半，且电压总为正，从而初步达到变交流电压为直流电压。经过整流以后的电压ui

31、经过滤波电容c1、c2的滤波作用将整流以后的电压里的交流成分即纹波电压滤除。当滤波电容不接负载时由于电容没有放电回路，所以输出的是一个恒定的电压量；当滤波电容接负载的时候由于有了放电回路，而电容的放电时间常数为一定值，使放电的时间被控制在一定的范围，从而达到滤波的目的。选用1000f的电解电容作滤波电容。每个稳压器输入和输出端接入的电容c5 、c6 、c7、c8是实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高频干扰。选用漏电流小的0.33f的钽电容作为稳压器输入端的电容c5 、c6；0.1f的钽电容作为稳压器输出端的电容c7、c8。为了减小输出纹波电压，在输出端并联大容量220f的电解电容作为c3、c4。防止在输入端短路时输出电容c3、c4所存储电荷通过稳压器放电而损坏器件，取d5、d6两只1n4001二极管如图跨接在稳压器的输入与输出端之间。7 我的收获和心得经过这次的设