直流电源及数显电路的设计.doc

直流电源及数显电路的设计1、设计任务与要求1.1用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计固定的正负直流电源（±12V）；1.2输出直流电压1.5～10V可调；1.3输出电流IOm=300mA，（有电流扩展功能）； 1.4稳压系数Sr≤0.05，具有过流保护功能;1.5直流电源显示2、方案设计与论证根据设计任务要求用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计固定的正负直流电源（±12V）和输出直流电压1.5～10V可调, 220V的市电经变压器变压后变成电压值较小的交流，再经桥式整流电路和滤波电路形成直流，然后经过稳压电路,通过可调环节对输出电压进行调节,为了满足电流扩展功能,电压输出端加晶体管，并保持射极输出形式;然后在三端稳压器输入与输出端之间反向并联一个过流保护的二极管,在R1两端反向并联一过流保护二极管，这样就满足了设计要求2.1方案一采用变压器、二极管、集成运放，电阻、三极管等元器件220V的市电经变压器变压后变成电压值较小的交流，再经桥式整流电路和滤波电路形成直流，稳压部分采用串联型稳压电路比例运算电路的输入电压为稳定电压，且比例系数可调，所以其输出电压也可以调节;同时，为了扩大输出大电流，集成运放输出端加晶体管，并保持射极输出形式，就构成了具有放大环节的串联型稳压电路。

2.2方案二采用变压器、二极管、LM317、CW7812、CW7912、集成运放，电阻、稳压管、三极管等元器件220V的市电经变压器变压后变成电压值较小的交流，再经桥式整流电路和滤波电路形成直流，稳压部分采用串联型稳压电路比例运算电路的输入电压为稳定电压，且比例系数可调，所以其输出电压也可以调节;同时，为了扩大输出大电流，集成运放输出端加晶体管，并保持射极输出形式，就构成了具有放大环节的串联型稳压电路该方案稳压电路部分没有过流过热保护,性能不稳定,因此该方案不宜采纳C13300uF-POLC50.1uF-POLC60.1uF-POLD11N4007D21N4007D31N4007D41N4007U1LM7812CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEU2LM7912CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEU3LMAHLINEVREGCOMMONVOLTAGER110K?_LINKey = A 50%U4UA741CD3247651C23300uF-POL4D51N4007D61N4007T1TS_PQ4_1023058C30.1uF-POL6V1220 V 50 Hz 0Deg 1011Q1BD241BR21k? R31k? 9121R41k? 13072.3方案三采用变压器、二极管、LM317、CW7812、CW7912、电阻、三极管等元器件。

220V的市电经变压器变压后变成电压值较小的交流，再经桥式整流电路和滤波电路形成直流,稳压电路部分采用集成稳压器CW7812、CW7912、LM317CW7812和CW7912均为三端稳压器，该稳压块有过流、过热和调整管安全工作区保护，以防过载而损坏一般不需要外接元件即可工作，有时为改善性能也加少量元件；CW7812输出电压为12V，而CW7912输出电压为-12V，但两者的最大输出电流都为1.5A，这样就有了固定的正负直流电源（±12V），满足设计性能要求； LM317为三端可调式稳压器，内部具有过热和过流保护电路，而且性能稳定，输出电压可从1.25V到37V可调，最大输出电流可达1.5A，为了满足有电流扩展功能,在电压输出端加晶体管并保持射极输出形式,这样就有了电流扩展功能.满足设计性能要求2.4方案论证方案一稳压电路部分没有过流过热保护,性能不稳定,市场上也难买到小电阻,因此该方案不宜采纳从电路的可靠及性能上分析，方案二、方案三均为集成元件，由于方案二的输出电压的调节准确度不高，并且该电路的性能不够稳定，变压器、二极管、电阻、三极管等元器件在市场易于购买从经济性和电路制作的难易性，相比较方案二有诸多优点，故采用方案三。

3、单元电路设计与参数计算3.1稳压电源单元电路设计3.2整流与稳压过程3.3单元电路设计与参数计算3.3.1变压器的选择 变压器的功能是将频率f=50HZ，U=220V的电网电压降为低电压为实现输出正负12V的低电压，变压器的副边电压可选择15V模拟电路一般是低频小信号的处理，模拟电路中的直流稳压电源输出的电流一般只有几百毫安，因此我们可选用8W的变压器即可，又考虑到需要输出正负电压，所以虚选择有中间抽头的变压器即15V，8W有中间抽头变压器）3.3.2单相桥式整流电路单相桥式整流电路的组成如下：假设变压器副边电压有效值为，则其瞬时值在的正半周期，A点为正，B点为负，二极管外加正向电压，因而处于导通状态电流从A点流出，经过二极管D和负载电阻流入B点，在的负半周期B点为正，A点为负，二极管外加方向电压，处于截止状态负载电阻和电流都具有单一方向脉动的特性输出电压平均值 的计算：输出电平流均值 的计算：二极管的选择：每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只二极管的平均电流只有负载电阻上电流平均值的一半二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压= 对于二极管最大整流平均电流IF和最高反向工作电压均应留10%的余地，以保证二极管安全工作。

因此二极管3.3.3电容滤波电路 电容滤波电路的组成如下图所示；电容滤波电路利用电容的充电和放电的原理，使输出电压趋于平滑信号经电容滤波电路后，其电压平均值Uo为：当负载开路时：当RC>(3~5)T/2时， 考虑电网电压波动，电容的耐压值应大于因此滤波电容25V—50V的额定电压电容充电时，回路电阻为整流电路的内阻，即变压器内阻和二极管的导通内阻，其数值很小，时间常数小电容放电时，回路电阻为负载电阻，放电时间常数为RC，通常远大于充电的时间常数，由此可见，滤波效果取决于放电时间，电容越大，滤波效果越好，因此，我们可选用大容量的电解电容，2200uf——4700uf都可以用3.3.4集成稳压电路集成串联型稳压器有三个引脚，分别为输入端、输出端和公共端通常称为三端稳压器，按功能可分为固定式稳压电路和可调式稳压电路，固定式稳压电路输出的电压不可以调节可调式稳压电路输出电压可以根据需要实现电压可调，常用的集成稳压器有W78xx，W79xx，W317，W117等等W78XX三端稳压器用于稳定正电压，其输出电压有七个等级：5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V如W7805 ，输出+5V；W7809 ，输出+9V；W7812，输出+12V。

输出电流有三个等级：1.5A、0.5A（M）和0.1A（L） 如W7805 ，输出+5V；最大输出电流为1.5A；W78M05 ，输出+5V；最大输出电流为0.5A；W78L05 ，输出+5V；最大输出电流为0.1A而三端稳压器W79xx系列则用于稳定负电压为稳定正负12V的电压通过比较，我们可选择W7812和W7912配合可以得到正、负输出稳压电路原理图如下； 正、负稳压输出电路电压从输入端流入W7812，从W7812输出的电压为标准的+12V，电路中电容Ci用于抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生自激震荡，其容量较小，一般小于1uf我们可选择两个0.1uf的小电解电容即可电路中用于消除输出电压中的高频噪声，可取小于1uf的电解电容，甚至可取几微法甚至几十微法的小电容，以便输出较大的脉冲电流我们在实验中选择0.33uf的小电解电容如果容量较大，一旦输入端断开，将从稳压器输入端向稳压器放电，易使稳压器损坏，因此可在稳压器输入端和输出端接一个二极管，起保护作用如下图为使输出端的电压更加平滑，可在输出端并联一个的电解电容，电容大小一般为几百个微法，在这里，我们可选择220uf的电解电容，电路如下：在实际电路中，我们在输出端并联一个发光二极管，保证在电路出现短路等以外事故的发生时。

迅速断电，保证电路不会被烧坏，发光二极管与一个1K左右的电阻并联使用如下图所示这样，电路就输出稳定的正负12V电压3.3.5电压可调电路 为了使输出电压可调，并且可调的电压能够稳定我们选用W317可调式三端稳压器基准电压源电路基准电压源电路输出电压很稳定：1.25V最大输出电流可达1.5AR为泄放电阻，查表可知W317最小负载电流为10mA则Rmax=1.25/0.01=125 实际取值可略小于125 考虑到元器件容易得到，我们可选R=100 在基准电压源电路的基础上在加一个可调电阻就可实现电压可调拉如图：典型应用电路输出电压：Uo=（1+R2/R1）*1.25 V 设计要求电压1.5V~10V可调1.5=（1+R2/R1）1.25 解得 Rmin=2410=（1+R2/R1）1.25 解得Rmax=960因此我们可选择1K的可调电阻考虑到此时的电流比较大，因此可调电阻所能承受的功率要比较大大概有2W就可以了3.3.6电流扩展电路若所需输出电流大于稳压器额定值时，可采用外接电路来扩展输出电流，下图为扩展输出电流的原理图：VD 的作用：补偿三极管的发射结电压，使电路输出电压等于三端集成稳压器的输出电压。

负载电流的最大值：因扩展和的电流比较大，一般可达到六七百毫安，这就对三极管性能指标要求比较高，必须是大功率三极管，通过查阅资料，最中选定3DD15D合适4、总原理图及元器件清单4.1总原理图4.2元件清单元件序号型 号 主要参数数 量备 注电阻固定R=1K2个电阻可调R=0～1K P=2W1个电阻可调R=0～10K P=2W2个三极管3DD15D硅NPN1个低频大功率二极管1N40078个发光二极管2个红光和绿光保险管Imax=1A1个变压器U=12V P=8W1个需要有中间抽头集成稳压器W7812 W7912W317各1个电容C=3300uf C＝0.33uf C=0.1uf　　C=220uf 2个电解电容U＝50V电容C=10uf 1个电解电容电容C=1uf 1个电解电容5、安装与调试5.1焊接 按照原理图正确焊接好电路板；在焊接过程当中，要注意电路板要 虚焊，短接等现象在直流稳压电源设计当中，尤其要注意电容器的正负极的焊接，若反接， 可能会使电容器被击穿而引起不良后果，集成三端稳压器的三个引脚必须正确焊接，不然影响实验效果，无法完成实验。

5.2调试根据实验的原理焊接好电路板以后，认真的检查电路是否有错误以及变压器周围电路的绝缘是否完好，保险管是否安装合适在检查没有错误后进行静态测试 进入模。