模拟电子技术课程设计直流稳压电源的设计

1、 设计者： 陈 星 指导老师： 曹才开 所在院系： 电气与信息工程系 班级学号： 电信0502班12号 时间： 2007年1月1日湖南工学院(筹)课程设计任务书课 程： 模拟电子技术 课程设计题目： 直流稳压电源的设计 适 用 班 级： 电信0502班 时 间： 20062007学年第一学期指 导 教 师： 前 言随着时间的推移，人类已进入了21世纪。回顾百年来电子技术和电子工业发展的成就，举世瞩目。特别是微电子技术和其他高技术的飞速发展，致使工业、农业、科技和国防等领域以及人们的生活发生了巨大的变革。随着21世纪的到来，世界将进入信息时代，电子技术也将以更快的速度前进。模拟电子技术是电力工程类各专业的一门基础课，它是研究各种半导体器件的性能、电路及其应用的学科，也是一门应用范围极广，发展极其迅速，具有较强实践性的技术。对于大专学生而言，最重要的就是动手能力的培养。所以我们既要加强基础理论的系统学习，又要加强实验技术的训练。通过课程设计使我们更多更好的训练了实验方法和实验技术，同时也使我们更多更全面的掌握了具体问题的分析方法与思路，进而更好地培养我们理论联系实际的能力。在实际工作中，电

2、子技术人员需要分析器件、电路的工作原理；验证器件、电路的功能；对电路进行调试、分析，排除电路故障；测试器件的性能指标；设计、制作各种实用电路的样机。所有这些都离不开实验。此外，实验能培养我们正确处理数据，分析、综合实验结果，检查、排除电路故障的能力。同时使我们养成勤奋进取、严肃认真、理论联系实际的作风和为科学事业奋斗到底的精神。在实际生活中，直流稳压电源几乎是应用最广泛的电子器件，同时为了提高我们的动手能力和实践能力，我们制作了直流稳压电源、差分放大器，通过实际动手，使我们对所学的知识掌握得更加牢固，同时对于我们的今后的全面发展和实践，以及将来适应社会的能力都将大有帮助。由于本人能力有限，而且又是初次制作直流电源，所以难免会有疏漏和不足之处。敬请各位老师和同学提出宝贵意见，不甚感激。陈 星 2007年1月3日目 录一 引言1二 设计要求2（一） 设计目的2（二） 设计要求和技术指标21、 技术指标22、 设计要求2（三）设计提示2三 直稳稳压电源设计原理2（一） 基本原理3（二） 组成部分说明31、 电源变压器32、 整流电路43、 滤波电路64、 稳压电路6（1）硅稳压电路8（2）串

3、联反馈电路9（3）三端可调式稳压电路10（4）三端固定式稳压电路11四 直流稳压电源的设计步骤12（一） 电路的设计12（二） PCB板的制作131 原理图的设计132 把原理图导入PCB文件133 板子的制作134 元件的安装145 完成后的实物图186 性能指标的测试18（1） 输出电压的测量18（2） 内阻的测量19（3） 稳压系数的测量20（4） 误差分析22五 实验总结22参考文献22六 实验心得23一引言大多数电子电路都需要用稳定的直流电源来供电，但目前使用的电网都是50Hz的交流电，因此，需要将交流电源变换成直流电源。常用电子仪器（如电子示波器、信号发生器）和电气设备（如收音机、电视机等）所需要的直流功率一般在一千瓦以下，所用的电源属于小功率直流电源，一般由电源变压器、整流桥、滤波和稳压电路四部分组成。其工作过程一般为：首先由电源变压器将220V的交流电压变换为所需要的交流电压值，然后利用二极管单向导电性将交流电压整流为单向脉动的直流电压。再通过电容或电感等储能元件组成的滤波电路减小其脉动成分，从而得到比校平滑的直流电压。经过整流、滤波后得到的直流电压易受电网波动及负载变

4、化的影响，必须加稳压电路，利用负反馈等措施维持输出直流电压稳定。考虑到产品的实用性和容易实现等方面的因素。我们选择了设计一个直流稳压电源。其输出的直流电压我们选择为36V的可调电压和一个6V的硅稳压输出。二设计要求（一）、设计目的1、学习直流稳压电源的设计方法；2、研究直流稳压电源的设计方案；3、掌握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法；（二）|设计要求和技术指标1、技术指标：要求电源输出电压为正负12V或正负9V或正5V（根据需要定），输入电压为交流220V，最大输出电流为IL=500mA，稳压系数Sr5%，电网电压波动正负10%。2、设计要求（1） 设计一个能输出312V的直流稳压电源；（2） 要求绘出原理图，并用Protel画出印制板图；（3） 根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；（4） 在万能板或面包板上制作一台直流稳压电源；（5） 测量直流稳压电源的稳压系数；（6） 测量直流稳压电源的内阻；（7） 拟定测试方案和设计步骤；（8） 写出设计性报告。（三）、设计提示稳压电路若使用分离元件要有取样、放大、比较和调整四个环节，晶体管选用3DD或3DG等型号；若用集成电路

5、选7812和7912稳压器。 测量稳压系数，在负载电流为最大时，分别测得输入交流比220V增大和减小10%的输出vo，并将其中最大一个代入公式计算Sr，当负载不变时，Sr=VoVI/VIVO。 测量内阻，在输入交流为220V，分别测得负载电流为0及最大值时的Vo，ro=VO/IL。三直流稳压电源的设计原理（一）、 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、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本电路如图1.1所示。各部分电路的作用如下：图1直流稳压电源总体方框图首先由电源变压器将220V的交流电压变换为所需要的交流电压值，然后利用二极管单向导电性将交流电压整流为单向脉动的直流电压。再通过电容或电感等储能元件组成的滤波电路减小其脉动成分，从而得到比校平滑的直流电压。（二） 主要组成部分说明：1、电源变压器：电源变压器的作用是将电网220V的交流电压U1变换成整流滤波电路所需要的交流电压U2。变压器副边与原边的功率比：P2/P1=n，其中n为变压器的有效效率。一般小型变压器的效率如表1.1所示。其表达公式为： 副边功率I0max，如图所示。图2电源变压器2.整流电路：整流二级管D1D

6、4组成单相桥式整流电路，将交流电压U2变成脉动的直流电压，输出直流电压U3。U3与交流电压U2的有效值V2的关系为：U3= (1.11.2) V2其整流电路如图1.4。图3 整流电路图 整流过程的分析如下： 图4 整流桥原理图(1) v2正半周时，如图 (a)所示，A点电位高于B点电位，则V1、V3导通(V2、V4截止)，i1自上而下流过负载RL；(2) v2负半周时，如图 (b)所示，A点电位低于B点电位，则V2、V4导通(V1、V3截止)，i2自上而下流过负载RL；由波形图可见，v2一周期内，两组整流二极管轮流导通产生的单方向电流i1和i2叠加形成了iL。于是负载得到全波脉动直流电压vL。 各电压波形如下图所示： 图5 各电压波形每只整流二极管承受的最大反向电压： VRM=sqar2V2通过每只二极管的平均电流： ID=12IR=0.45V2R式中，R为整流滤波电路的负载电阻。它为电容C提供放电回路，RC放电时间常数应满足： RC(35)T/2式中，T为50Hz交流电压的周期，即20ms。整流二极管的反向击穿电压VRM应满足VRMsqar2V2,其额定工作电流应满足IFIo max

7、。可用傅立叶级数分析VL的波形图（如图1.5所示）后取平均值得： VL=0.9V2。直流电流为：IR=0.9V2/RL。3滤波电路：如右图所示，其工作原理是：利用电容器两端电压不能突变原理平滑输出电压。在0t1期间，因v2的作用，V正偏导通，电容C充电，波形如图 (b)中OA所示；在t1t2期间，因v2vC，V反偏截止，电容C通过负载放电，波形如图 (b)中AB所示；在t2t3期间，因vCv2，V正偏导通，电容再次充电，波形如图 (b)中BC。重复上述过程，可得近于平滑波形。这说明，通过电容的充放电，输出直流电压中的脉动成分大为减小。全波整流电容滤波输出波形如右图所示。工作原理与半波整流电路相同，不同点是：v2正、负半周内，V1、V2轮流导通，对电容C充电两次，缩短了电容C向负载的放电时间，从而使输出电压更加平滑。输出电压的估算公式为图6滤波电路VL 1.2V2应用：小功率电源。 4.稳压电路：稳压电路的主要作用是维持输出直流电压的基本稳定。因为经过整流滤波电路后的电压的稳定性比较差，电压受温度、负载、电网电压波动等因素的影响较大。所以用稳压电路来使输出电压U0保持稳定。集成稳压器的输出电压V0与稳压电源的输出电压相同。稳压器的最大允许电流ICMI0max，输入电压Vi的范围

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