直流稳压电源设计模拟电子技术

1、成绩课程设计说明书题 目： 直流稳压电源设计课程名称： 模拟电子技术学 院： 电子信息与电气工程学院 学生姓名：学 号： 专业班级 : 指导教师：2015 年 6 月 6 日课程设计任务书设计题目固定直流稳压电源设计学生姓名电子信息与电气工所在学院专业、 年级、 班程学院设计要求：1、设计制作一个直流稳压电源电路； 2、输入电压为 220V 的交流电压，频率为 50Hz； 3、输出直流电压为 +5V、 -5V 两种稳定电压； 4、最大输出电流为 Iomax=1.0A ； 5、纹波电压小于 10mV，稳压系数 Sr 小于 5。学生应完成的任务：1、设计理论电路，并用 Multisim 进行仿真。

2、2、用 Altium Designer 绘制原理图， PCB 设计。 3、制作电路板并调试电路板。4、上交电路板，撰写课程设计论文。参考文献：1 童诗白 . 模拟电子技术基础 M. 北京 :高等教育出版社 ,2005.2 臧春华 . 电子线路设计与应用 M. 北京 :高等教育出版社 ,2005.3 邱关源 ,罗先觉 . 电路（第五版） M. 北京 :高等教育出版社 ,2006.4 谷树忠. Altium Designer 教程-原理图、 PCB 设计与仿真 M.北京:电子工业出版社 ,2010.工作计划：526 527 课程设计说明、 Multism 电路仿真与设计； 529530 用 Alt

3、ium Designer设计原理图、 PCB 图；6. 3-6. 4 制板，发器件 ,焊接；6. 5 安装调试 书写课程设计报告；6. 6 指导教师验收课程设计电路结果。指导教师（签名） ：学生（签名） ：固定直流稳压电源设计摘 要 : 通过模拟电子技术设计固定直流稳压电源，主要运用变压器， 整流二极管，电解电容，稳压器等器件 . 该固定直流稳压系统先通过将 220V市电降压，再经过整流二极管 1N4007进行整流，通过电容滤波之 后，采用稳压芯片 7805，7905 分别对其进行稳压，从而输出的稳定电 压( +5V/-5V )。关键词： 变压;整流; 滤波;稳压;目录1. 设计背景 11.1

4、 设计背景11.2 设计目的12. 设计方案12. 1 电路概述12. 2 整流电路32. 3 稳压电路42.4 固定直流稳压电源电路设计53. 方案实施63. 1 电路仿真设计与仿真 63. 2 Altium Designer 设计原理图及 PCB 设计 73. 3 电路板的制作与调试83. 4 相关数据测量84. 结果与结论95. 收获与致谢96. 参考文献107. 附件107.1 电路实物图107.2 元器件清单111. 设计背景1.1 设计背景随着科技日新月异的发展，越来越多的小型电子产品出现在我们身边，它们一 般都需要稳定的直流电源供电，电池作为低效率，高污染的产品不能得到广泛的使

5、用，而我们最常见到的电源就是 220V 的交流电源，再次情况下，我们设计了一个 转换装置，从而可以使其给小型电子设备供电，达到及节能又环保，既方便有快捷 的目的。1.2 设计目的设计这个固定直流稳压电源是为了锻炼学生的动手能力，理论与实践相结合， 更有利于同学们在学习中积极的思考，培养同学们对学习的兴趣；而且，检验了同 学们对电路仿真软件和 DXP 这些软件的熟悉程度，进一步加深了对这些软件的理 解，提高了应用能力；另外，让同学们看到，理论知识在现实生活中的应用，知道 了这些知识的重要性，要更加努力的学习。本次课程设计就是在这样的一个背景下 而进行的一次十分重要的实习安排。2. 设计方案2.1

6、 电路概述根据电路的特点和性质，电路可有这几部分组成，变压器电路部分，整流电路 部分，滤波电路部分，稳压电路部分。变压器电路可以使电压达到设备可以使用的一个电压范围，如下图所示。整流电路使用来把变压器副边通过的交流电压转换为直流电压， 满足设备需要 直流电源供电的要求。即将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，半波整流电路 和全波整流电路的输出波形如下图所示。 但实际情况是整流后还含有较大的交流分 量，会影响负载电路的正常工作。滤波电路是用来进一步的减少电路中的交流分量，增加电路中的直流分量，使 输出电压平滑。理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使滤波电路的输出电压仅为 直流电压。然而，由于滤波电

7、路为无源电路，所以接入负载后会影响其滤波效果 对于稳定性要求较高的电子电路，还需要对其进行稳压处理。稳压电路是保障电路中的电压达到一个相对稳定状态，防止忽高忽低损坏设备，从而获得足够高的稳定性，满足要求较高的电子电路的图 2.1 直流稳压电源方框图1、电源变压器（1）电路作用：电源变压器的作用是将来自电网的220V、 50Hz 的市电交流 电压 u1变换成整流电路所需的电压 u2 。变压器副边与原边的功率比为：P2 P1（ 2.1）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 小型号变压器的效率副边功率P2 w<101030308080200效率0. 60. 70.80.

8、852）参数计算及元件选择： 变压器副边输出电压有效值为 U2 ，输出电压为 5V，取UL 0.17U 2 ，则有 :U2 5 0.17 30V（2.2）故选择 220V 输入，30V 输出电源变压器， 功率在 010W 之间，效率为 0.6 0. 7，本次设计选用 EI 系列小型变压器。2.2 整流电路整流电路常采用二极管单相全波整流电路， 电路如图 2所示。在 u2的正半周内， 二极管 D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内， D3、 D4导通， D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻所示。(a)3图 2.2 整流输出电路a）桥式整流（ b）输出波由输出波形图 2.3

9、可看出 , 全波整流输出波形是半波整流时的两倍 直流电压也为半波时的两倍 , 即：U O（AV）2U 2 sin td t0UO(AV )2 I 2U20.9U2输出电流的平均值：IO(AV )UO(AV)0.9U2所以输出（2.3）（2.4）（2.5）2.6)1.1ID1.10.45U 2RL2.7)在桥式整流电路中，整流二极管 D1、D3 和 D2、D4 是两两轮流导通的，因此，流 过每个整流二极管的平均电流是电路输出电流平均值的一半：桥式整流电路因其变压器只有一个副边绕组， 在 U2正半周时，D1、D3 导通，D2、 D4截止，此时 D2、D4所承受的最大反向电压为 U2的最大值，即图

10、2 中每个二极管 截止时承受的最大反向电压为：UD2U2（2.8）考虑到电网电压可能有± 10%的波动，故应保证：UR 1.1U D 1.1 2U2（2.9）同理，在 U2负半周时， D1、D3也承受同样大小的反向电压。设计要求最大输出电流 IOmax=1.0A ，则流经二极管的最大平均电流为：I1IDmax= Omax = 1.0A=0.5 A（2. 10）22二极管承受的最大反向电压：VRM2U2 2 30V 42V（2. 11）因此整流电路采用由 1N4007 整流二极管（ 1N4007 的反向耐压为 1000V，最大 电流 1. 0A，满足设计要求）构成的全波整流电路。2.3

11、 稳压电路直流稳压电路类型和设计方法有多种，本次设计采用集成元件构成稳压电路。用 LM78 系列和 LM79 系列的芯片。 包括固定三端与可调式三端稳压器，我们介绍 固定三端稳压器及其典型应用，使输出稳定电压 5V 。所谓三端，即含输入端 1、输 出端 2 和公共端 3 三个端口。图中电容 C1 用于抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生自振，其容量较小，一般小于 1 F 。电 容 用于消除输出电压中高频噪声，可取小于 1 F 的电图 2.3 LM7805 的基本应用电路 容，也可取几微法甚至几十微法的电容，以便输出较大的脉冲直流。但是若 容量较 大，一旦输入端断开， 将从稳压器输出端向稳

12、压器放电，易使稳压器损坏。因此可 在稳压器的输入端和输出端之间跨接一个二极管，如图 2.3 所示，起保护作用。2.4 固定直流稳压电源电路设计变压器的选取：通过查询 7805, 7905 芯片手册得知两芯片的输入电压得达到 13V 才能正常工作，故变压器输出电压有效值 U2 13/1.2 11V ，由于要求输出的电压为 正负两组，所以设计中选取 220V转± 15V 交流变压器。整流二极管的选取： 选取整流二极管时， 主要考虑其反向耐压值， 在整流电路中， 最大电压不超过 1.1 2U2 23V ，整流二极管耐压值大于其即可， 设计中选取 1N4007， 其反向耐压值为 1000V,

13、满足设计要求。滤波电容的选取：选取滤波电容是主要考虑其耐压值及其容值，在滤波电路中， 同整流电路，最大电压不超过 1.1 2U2 23V ，根据公式 RLC (35)T / 2 ，可以算出 C。设计中选取容值 2200uF，耐压值 50V 的电容。三端稳压芯片的选取：由于设计要求输出 +/-5V 两组稳定电压，所以选取 LM7805 ， LM7905 两组芯片，即可稳定输出两组电压。3. 方案实施3.1 电路的设计与仿真首先对电路进行理论设计 , 然后在 Multisim 软件中绘制原理图并进行仿真。对固 定直流稳压电源仿真的电路如图所示， 仿真结果如图 3.2 所示，电路输出正向直流电 压，

14、和反向直流电压 , 考虑到由于 Multisim 内部器件参数的影响，使仿真产生较大误 差，总体满足设计要求。图 3.1 电路仿真图 3.2 仿真结果3.2 Altium Designer 设计原理图及 PCB设计根据 Multisim 仿真的电路图绘制原理图（如图 3.3），再到 altium designer 软 件中进行绘制与仿真，仿真无误后，选取合适的封装，导入到 PCB 图中，对器件进 行整体布局，按照指导老师的要求，设置布线规则，对其进行布线，在绘制 PCB 过 程中，应注意焊盘不应过小，导线不易过细且不能交叉，绘制后的PCB 如图 3.4。图 3.3 原理图图 3.4 PCB 图

15、3.3 电路板的制作与调试先将绘制好的 PCB 图打印出来，然后通过热转印机将其转到覆铜板上，放到事 先配制好的腐蚀液中进行腐蚀，之后用钻台给板子钻孔，擦去油墨，焊接元器件。在 焊接过程中，应注意特别电容和二极管的正负极，注意焊接方式，避免造成虚焊，漏 焊等情况。对焊接好的电路板进行供电， 用万用表测试其输出电压， 进行最终的调试3.4 相关数据测量1. 稳压系数的测量测量稳压系数，先调节自藕变压器使输入的电压增加10%，即U I 242V , 测量 此时对应的输出电压 UO1 5.06V ；再调节自藕变压器使输入减少 10%，即U I 198V ；测量此时对应的输出电压 UO2 4.95V

16、, 然后测量出 UI 220V 时对应的输出电压 UO, 则稳压系数为：UO U OUI U I220 5.03 4.95242 198 58.0%( 3. 1)2. 纹波电压的测试用示波器测量 UO 的交流分量峰峰值（此时示波器输入通道采用交流耦合 AC）， 通过示波器观察得 Uop-p在45mV 之间，则纹波系数为：5mV 100% 0.1%5V4. 结果与结论将制作好的电路板连接至变压器， 用万用表测试其空载时输出电压， 测出其正向 输出电压为 +5.1V ，负向输出电压为 -5.06V ，基本满足设计要求。我们本次实习的任务是设计一个固定直流稳压电源，供电电压为 220V 的市电， 经

17、过降压、整流、滤波、稳压四步，达到了使输出电压稳定在5V 左右的作用。5. 收获与致谢通过这次课程设计过程， 大大增强了我的动手实践能力， 同时学到了很多书上学 不到的东西， 对模拟电子技术有了更深一步的理解和认识， 更加的认识到了它的重要 性。通过对固定直流稳压电源的设计，学会使用了 Multisim 对电路进行仿真，并对 仿真结果进行分析。对 Altium designer 有了更深刻的理解，充分认识到该软件的强 大性，学会使用其对原理图、 PCB 图绘制。掌握了单层电路板的制作流程，焊接技 术也提高了不少。同时要感谢张修太老师在这次课程设计过程中的指导及小组中两位 队友的帮助，才能这么成功的完成课程设计。6. 参考文献1 童诗白 . 模拟电子技术基础 M. 北京 :高等教育出版社 ,2005.2 臧春华 . 电子线路设计与应用 M. 北京 :高等教育出版社 ,2005.3 邱关源 ,罗先觉 . 电路(第五版) M. 北京 :高等教育出版社 ,2006.4 权明富，齐佳音，舒华英 .客户价值评价指标体系设计 J. 南开管理评论， 2004， 7(3):17-18.5 刘小洪，邹鹏 . 商业银行客户关系价值管理模型研究 J. 管理科学， 2005，18(3):57-607. 附件7.1 电路实物图图 7.1 电路实物图表 7.2 电路实物图7.2 元