直流稳压电源的设3

1、 课 题 直 流 稳 压 电 源 系 部 电子与信息工程系 专 业 电 子 工 程 班 级 04 级 电 子 一 班 姓 名 丁 彦 斌 学 号 19 号 组 员 焦嘉楠、郭娜、刘宗达、许淑静、王智指导教师 雷美艳 设计时间：2005年12月26日2006年1月6日 摘 要：本文介绍了直流稳压电源的工作原理，它是一种简易直流稳压电源，主要是采用一些简单的电子元件即可它是采用由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个核心部分组成，整流电路是采用桥式全波整流（1N4001整流管）；滤波电路是以电容（1000uF/35v）滤波；稳压电路是采用集成稳压器（CW7812型号）。变压电路用变压器将交流

2、电路变成所需的电压。整流电路用二极管对交流进行整流。滤波电路由电容器将脉动电流变成直流。稳压电路是把直流输出电压稳定化。本设计也可以用其它的方案实现。关键词：直流稳压电源；降压变压器；桥式整流电路；极性电容；电容滤波电路；三端集成稳压器Abstract：This article introduced the direct current voltage-stabilized source principle of work, it is one kind of simple direct current voltage-stabilized source, mainly is uses som

3、e simple electronic component then it is uses by the power transformer, the levelling circuit, the filter circuit and the voltage-stabilizer circuit four cores partially is composed, the levelling circuit is uses the bridge type full-wave rectification (the 1N4001 electric valve); The filter circuit

4、 is by the electric capacity (1000uF/35v) the filter; The voltage-stabilizer circuit is uses integrates the manostat (the CW7812 model). The live pressure electric circuit the alternating-current circuit will turn the voltage with the transformer which will need. The levelling circuit to exchanges w

5、ith the diode carries on the rectification. The filter circuit turns by the capacitor the pulsating current direct current. The voltage-stabilizer circuit is voltage regulation direct-current output. This design also may use other plan realizations.Keywords：Direct current voltage-stabilized source；F

6、alls presses the transformer；Bridge type levelling circuit；Polar electric capacity；Electric capacity filter circuit；Integrates the manostat一、设计课题：直流稳压电源一、 主要技术指标1、 设计要求能输出直流电压Vo=+12V2、 最大输出电流Iom=500mA3、 稳压系数Sr0.054、 设计的基本要求（1）、根据选题进行设计任务课程设计实习调研，深入了解现实问题，积累第一手资料，理论联系实际完成报告。（2）、结合选题进行文献资料的查阅，了解选题的研究背

7、景，（3）、在规定时间内完成课题设计任务，编写设计说明书，设计说明书统一用A4纸打印，并按封面规定样式，任务书，目录，中英文摘要及关键词，正文，参考资料等等装订成册，字数要求5000字左右。（4）制作实物二、 课程设计说明书的主要内容及撰写顺序1、课题名称 2、设计任务书 3、中英文摘要和关键词 4、目录5、绪论6、正文（分章、节、小节三级标题撰写）1） 方案选择与论证 ； 2） 方案的原理框图，总体电路图及原理说明；3） 单元电路设计与原理说明，元器件选择和电路参数计算说明；4）电路调试。对调试中出现的问题进行分析，并说明解决的措施；测试、记录、整理与结果分析。. 指导老师：雷美艳 2005

8、年11月26目 录 第一章：系统设计方案论证及分析1.1、 设计目的- 1.2、设计任务-1.3、设计要求-1.4、电路原理分析-1.5、设计方案与论证-1.6 电源的参数设计方- 第二章：系统各部分原理2.1、电路的基本知识-2.1.1.电源变压器-2.1.2. 整流电路-. 滤波电路-. 稳压电路-2.2、 稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求-2.2.1. 电路的安装与调试-2.2.2. 稳压电源各项性能指标的测试 - 2.2.3. 误差分析-(21)第三章- (23)3.1、心得体会- (23) 附 录-(24) 参考文献- (24)附录A：总电路图- (25)附录B：元器件清单-(2

9、5)附录C：集成模块的管脚排列与管脚功能-(26) 谢 辞:-(27) 绪 论 直流稳压电源具有体积小、重量轻、效率高、对电网电压及频率的变化适应性强、输出电压保持时间长、有利于计算机信息保护等优点，广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源。 电子设备中都需要稳定的直流电源，功率较小的直流电源大多数都是将50HZ的交流电经过电源变压器，整流，滤波和稳压这四个基本部分后获得。整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压；稳压点路的作用是将当输入交流电源电压的波动、负

10、载和温度的变化时，维持输出直流电压的稳定。 由于集成稳压器具有体积小、重量轻、使用方便和工作可靠等优点，应用越来越广泛。国产的稳压器种类很多，主要分为两大类。稳压器中的调整元件工作在线性放大状态的称为线性稳压器，调整元件工作在开关状态的称为开关稳压器。在电子仪器仪表中，经常要求有稳定的直流电源，所以在整流滤波后面，通常需要接直流稳压电路。 一切电子设备都离不开电源，没有电源或电源出了故障，整个电路就要停止工作，所以说电源是电子设备的核心。电子设备不但需要电源，还需要考虑电源的性能，因为电源的性能在很大的程度上决定了现代电子设备的性能。电源是现代电子技术的重要基础之一。直流稳压电源是电源的基础技

11、术，是最基本的稳压电路。编 者 2005-12-20 第一章 系统设计方案论证及分析1.1、设计目的1、学习小功率直流稳压电源的设计与调试方法。 2、掌握小功率直流稳压电源有关参数的测试方法3、通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试，要求学会：(1)选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源；(2)掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。 （3）通过电路的设计可以加深对该课程知识的理解以及对知识的综合运用。1.2、设计任务 设计一波形直流稳压电源，满足：(1)当输入电压在220V±10%时，输出直流电压为12V，输出直流电流大于500mA；(2)输出纹波电

12、压小于5mV，稳压系数小于5×10-3，输出内阻小于0.1欧。1.3、设计要求直流稳压电源的基本要求：(1)合理的选择电源变压器；(2)合理选择集成稳压器；(3)完成全电路理论设计、计算机辅助分析与仿真、安装调试、绘制电路图，自制印刷板；(4)撰写设计使用说明书。(5)稳压电源在输入电压为22050HZ. 电压变化范围为+10%-10%条件下：1） 输出直流电压为+12V;2）  最大输出电流为:Imax500mA;3）  纹波电压(峰-峰值) 5mV(最低输入电压下，满载);4）  效率40%(输出电压为+12V，输入电压

13、为220V下，满载);5）  具有过流保护及短路保护功能（6）画出总体设计框图，以说明直流稳压电源有哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间的联系、变化，并以文字对原理作辅助说明。设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。选择合适的元器件，接线验证、调试各个功能模块的电路，在接线验证时设计、选择合适的输入信号和输出方式，在充分电路正确性同时，输入信号和输出方式要便于电路的测试和故障排除。在验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和布线，进行合理布局，进行直流稳压电源整个电路的调试。 1.4、电路原理分析1直流稳压电源的基本原理直流稳压电源一般由电源变压器T、整流、滤波电

14、路及稳压电路所组成，基本框图如下。各部分的作用：（1）电源变压器T的作用是将电网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=，式中是变压器的效率。（2）整流滤波电路：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纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。各滤波电容C满足RC（35）T/2，式中T为输入交流信号周期，R为整流滤波电路的等效负载电阻。三、三端集成固定电压输出稳压器由于输入电压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

15、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。1.5、设计方案的选择与论证 小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图1所示。 + 电 源 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 + 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _ （a）稳压电源的组成框图 u1 u2 u3 uI （b）整流与稳压过程图1稳压电源的组成框图及整流与稳压过程方案一：简单的并联型稳

16、压电源并联型稳压电源的调整元件与负载并联，因而具有极低的输出电阻，动态特性好，电路简单，并具有自动保护功能；负载短路时调整管截止，可靠性高，但效率低，尤其是在小电流时调整管需承受很大的电流，损耗过大，因此在本实验中不适合此方案。方案二：输出可调的开关电源；开关电源的功能元件工作在开关状态，因而效率高，输出功率大；且容易实现短路保护与过流保护，但是电路比较复杂，设计繁琐，在低输出电压时开关频率低，纹波大，稳定度极差，因此在本实验中不适合此方案。方案三：由固定式三端稳压器（7812）组成由固定式三端稳压器（7812）输出脚V0、输入脚Vi和接地脚GND组成，它的稳压值为+12V，它属于CW78*系

17、列的稳压器，输入端接电容可以进一步滤波，输出端接电容可以改善负载的瞬间影响，此电路比较稳定。根据实验设计要求，本实验采用方案三。 1电源变压器的选择电源变压器有很多种：有降压的、有升压的，在这次的设计中我用的是降压变压器，它的作用是将来自电网的220V交流电压u1变为整流电路所需要的交流电压u2。，其中：是变压器副边的功率，是变压器原边的功率。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 效率0.60.70.80.85 因此，当算出了副边功率后，就可以根据上表算出原边功率。二 整流电路在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压u2变换成脉动的直

18、流电压u3。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI。UI与交流电压u2的有效值U2的关系为： 在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为： 流过每只二极管的平均电流为： 其中：R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数RC应满足：其中：T = 20ms是50Hz交流电压的周期。3、稳压电路三端集成稳压器。集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。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

19、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。集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。（1） 固定电压输出稳压器常见的有CW78（LM78）系列三端固定式正电压输出集成稳压器；CW79（LM79）系列三端固定式负电压输出集成稳压器。三端是指稳

20、压电路只有输入、输出和接地三个接地端子。型号中最后两位数字表示输出电压的稳定值，有5V、6V、9V、15V、18V和24V。稳压器使用时，要求输入电压UI与输出电压Uo的电压差UI - Uo 2V。稳压器的静态电流Io = 8mA。当Uo = 5 18V时，UI的最大值UImax= 35V；当Uo=18 24V时，UI的最大值UImax = 40V。它们的引脚功能及组成的典型稳压电路见附录图A所示。常用可调式正压集成稳压器有CW317（LM317）系列，它们的输出电压从1.25V37伏可调，最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.

21、5A。输出压Uo的表达式为：Uo1.25（1R2/R1）式中R1一般取120240欧姆，输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压。（2）可调式三端集成稳压器可调式三端集成稳压器是指输出电压可以连续调节的稳压器，有输出正电压的CW317系列（LM317）三端稳压器；有输出负电压的CW337系列（LM337）三端稳压器。在可调式三端集成稳压器中，稳压器的三个端是指输入端、输出端和调节端。稳压器输出电压的可调范围为Uo=1.2 37V，最大输出电流Iomax =1.5A。输入电压与输出电压差的允许范围为：UI -Uo = 3 40V。三端可调式集成稳压器的引脚及其应用电路见附录图B。1.6直流稳压电源

22、的参数设计方法：稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压Uo、输出电流Io、输出纹波电压Uop-p等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。直流稳压电源的参数设计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，确定稳压器的型号及电路形式。2） 根据稳压器的输入电压，确定电源变压器副边电压u2的有效值U2；根据稳压电源的最大输出电流I0max，确定流过电源变压器副边的电流I2和电源变压器副边的功率P2；根据P2，从表1查出变压器的效率，从而确定电源变压器原边的功率P1。然后根据所确定的参数，

23、选择电源变压器。3） 确定整流二极管的正向平均电流ID、整流二极管的最大反向电压和滤波电容的电容值和耐压值。根据所确定的参数，选择整流二极管和滤波电容。设计参数如下： 选择集成稳压器，确定电路形式集成稳压器选用CW7812，其输出电压范围为：Uo=12V，最大输出电流为500mA。所确定的稳压电源电路如图2所示。 图二图2中，(C1, C3为钽电溶，C1 = 1000F/35v，C2 =0.33F，C3 = 0.1F，二极管用IN4001)选择电源变压器由于CW7812的输入电压与输出电压差的最小值，所以输入电压 UI = 12+3=15v，所以U2=15/1.2=12.5V， 取 U2=18

24、V变压器副边电流：I2=508*(1.52)=7621016mA,取I2=1000mA,因此，变压器副边输出功率：P2= 18v,由于变压器的效率可选，所以变压器原边输入功率P1=25w，为留有余地，选用功率为30W的变压器。选用整流二极管和滤波电容由于：URM =25V,IN4001的反向击穿电压URM25V,额定工作电流，故整流二极管选1N4001.所以，滤波电容： C(35)/R=10002016uF电容的耐压要25V,故滤波电容C取容量为1000uF，耐压为的电解电容第二章：系统各部分原理 2.1、电路的基本知识在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流稳压电源供电，小功率的稳压电源是由电

25、源变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路等四部分组成。. 电源变压器过整流电路将交流变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流压含有较的纹波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。电源变压器的作用是将交流220V的电压变为所需的电压值，然后通过的电压还随电网电压波动、负载何温度的变化而变化。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、负载何温度变化时，维持输出直流电压稳定。因本设计输出电压为12V，故变压器输出电压V2=18V，即变比为0.7。2.1.2. 整流电路 直流电路的任务是将交流电压变为直流电压。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用。因此二极管是

26、整流电路的关键元件。本设计采用单相桥式整流电路，我们采用的是1N4001整流二集管。、滤波电路 滤波电路用于滤去输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成(如:电感 电溶元件)。由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容C在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电压降低时，就能把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即C具有平波作用；与负载串联的电感L，当电源供给的电流增加时，它能把能量存储起来，而当电流减小时又能把能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感也具有平波作用。2.1.4. 稳压电路 在这里我们采用串联集成式稳压电路。三端集成稳压器是我们最常用的一种稳压器。它的类型很多，在小功率稳压

27、电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。它的作用是由于输入电压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压器和一些外围元件所组成调整管T1与负载电阻RL相串联，组成串联式稳压电路。T2与稳压管DZ组成采样比较放大电路，当稳压器的输出负载变化时，输出电压VO应保持不变，稳压过程如下：设输出负载电阻RL变化，使

28、VO ，则VB2VC2 IB1 VCE1VO。2.2、稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求-.电路的安装与调试先装集成稳压电路，在装整流滤波电路，最后安装变压器。安装一级测试一级。对于稳压电路则主要测试集成稳压器是否能正常工作。其输入端加直流电压35VVi12.5V，使输出电压VO随之变化，说明稳压电路正常工作，整流滤波电路主要是检测整流二极管是否接反，安装前用万用表测量其正，反向电阻。接入电源变压器，整流输出电压Vi应为正。断开交流电源，将整流滤波电路与稳压电路相连接，在接通电源，输出电压VO为规定值，说明各级电路均正常工作，可以进行各项性能指标的测试。其中IO=500mA,RL=30欧。稳

29、压电源各项性能指标的测试一、电路的调试与检测1) 静态调试当连好电路板的线路时，先不要急着通电，而因该从以下几个方面进行检测：A、对照原理图，用万用表一一检查线路的各个接口是否接通，是否有短路、断路或漏接的现象，如果有，因该及时改好电路连线。B、对照原理图，检查各元件是否接正确。2) 动态调试接通220V的电源，用数字万用表对所设计的电路实物进行测试，得到正电源输出电压为+11.95V， 3) 技术指标测量及误差分析一.技术指标测量、测量稳压系数，先调节自藕变压器使输入的电压增加10%，即Vi=242V, 测量此时对应的输出电压Vo1；再调节自藕变压器使输入减少10%，即Vi=198, 测量此

30、时对应的输出电压Vo2, 然后测量出Vi=220V时对应的输出电压Vo, 则稳压系数 Sv= = .ViVoIomaxSv220V11.95v 25.34mA3%输出电压与最大输出电流的测试测试电路如图5所示。自耦变压器 电流表 电压表一般情况下， 稳压器正常工作时，其输出 电流要小于最大输出电流， 220V 被测稳压电路稳压电路 取，可算出RL=30， 工作时上消耗的功率为：P=6W故取额定功率为8W，阻值为 图5 稳压电源性能指标的测试电路30的电位器。测试时，先使RL=30，交流输入电压为220V，用数字电压表测量的电压值就是Uo。然后慢慢调小，直到Uo的值下降5%，此时流经的电流就是，

31、记下后，要马上调大的值，以减小稳压器的功耗。 稳压系数的测量 按图5所示连接电路， 在时，测出稳压电源的输出电压Uo。然后调节自耦变压器使输入电压，测出稳压电源对应的输出电压Uo1 ；再调节自耦变压器使输入电压，测出稳压电源的输出电压Uo2。则稳压系数为： 输出电阻的测量 按图5所示连接电路，保持稳压电源的输入电压，在不接负载RL时测出开路电压Uo1，此时Io1=0，然后接上负载RL，测出输出电压Uo2和输出电流Io2，则输出电阻为：纹波电压的测试 用示波器观察Uo的峰峰值，（此时Y通道输入信号采用交流耦合AC），测量Uop-p的值（约几mV）。 纹波因数的测量 用交流毫伏表测出稳压电源输出电

32、压交流分量的有效值，用万用表（或数字万用表）的直流电压档测量稳压电源输出电压的直流分量。则纹波因数为：2.2.3、误差分析 1）、误差计算+Vcc%=（11.95-12.00）/12.00=0.75%2）、误差分析综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有:a、 元件本身存在误差；b、 焊接时，焊接点存在微小电阻；c、 万用表本身的准确度而造成的系统误差。 d、 读数误差。第三章 心得体会在老师的细心地指导下，及在同学的帮助下，使我们顺利的完成本次课程设计1、通过本次实验设计，掌握了直流稳压电源的电子电路的设计与制作，掌握了CW7812芯片的原理与作用，使我学会了如何去检查电路中的

33、错误。2、在制作电路时，深深体会到连接电路时一定要细仔细，一定要确保每条线路接触性良好。为保证接出的电路不出现错误，在接线时不能只看着电路原理图去接，应该先把电路图中的每个元件的原理和用途搞清楚，明白每个元件的各个管脚与它哪里相对应，最主要的是搞清楚元件与元件之间的联系，它们在一起有怎样的作用，它们接在一起可以实现那些功能，它们之间有什么相互的影响，好几个元件在一起又能有怎样的功能，弄明白了这些过后，就可以接电路。在接电路的过程中要仔细并且得有耐心，在检查错误时要更耐心，当出现错误时，首先检查线接对了没有，如果没有错误就看是不是元件存在问题，遇见错误要一步一步的来，不要这里弄一下那里弄一下，这

34、样是不行的。其实，现在做电路出现错误是一件好事，因为每出现一个错误都将给你带来一点新的知识，这样不光掌握了一些新的东西更重要的是学会了怎么去检查电路中出现的错误。3、在实验测试时，应保持冷静，要有条理，遇问题时要联系书本知识积极思考，同时记录好实验数据，这样才能在实验后进行数据分析和总结。4.通过本次课程设计，提高了我们对模拟电路的兴趣，使我们初步知道了芯片7812的功能，对稳压电路有了全面的了解。通过这次课程设计，加强了我们接线路的能力和检查线路错误的能力，同时大大加强了我们的动手能力。在以后的课程设计中，我们一定会努力做得更好。参考资料1、谢自美主编。电子线路设计、实验、测试。第二版。武汉：华中科技大学出版社，20002、华中理工大学电子学教研室编，康华