1、 欽 州學院 模擬電子技術課程設計報告 集成直流穩壓電源的設計 院 系 物理與材料科學學院 專 業 電子信息工程 學 生 班 級 2007級1班 姓 名 盧德全 張 健 蔡世東 韋濱初 李 星 馮光能 韋超群 指導教師單位 欽州學院 指導教師姓名 梁維源 指導教師職稱 講 師 2010年11月集成直流穩壓電源的設計（電子信息工程專業2007級 盧德全 張 健 蔡世東 韋濱初 李 星 馮光能 韋超群指導教師 梁維源 摘要 ：根據設計的指標和要求，以集成三端穩壓管為核心，構成穩壓電路，加上電源變壓、整流濾波網絡，設計出集成直流穩壓電源。市電220V由電源變壓器變壓為12V后，經橋式整流電路整流和電

2、容濾波，便可接三端穩壓管的穩壓電路得到所需的穩定直流輸出，輸出電壓分為±12V，±5V，+2+11V三檔。本系統工作可靠，性能穩定，電路簡單，還具有防反接、過流保護功能。經測試，本系統動能完善，很好的實現了各項設計指標。 關鍵詞 ： 電源，穩壓，設計 設計目的 :（1）進一步掌握模電數字電子技術課程所學的理論知識。（2）熟悉幾種常用集成三端穩壓管芯片，并掌握其工作原理，進一步學會使用其進行電路設計。（3）學會選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩壓管來設計直流穩壓電源。（4）掌握穩壓電源的主要性能參數及其測試方法。 設計技術指標與要求 :（1）設計一個直流穩壓電源，輸出電

3、壓Vo及最大輸出電流Imax(I 檔 Vo=±12V對稱輸出，Iomax=100mA； II檔 Vo=±5V，Iomax=300mA； III檔 Vo=(+2+11)V連續可調，Iomax =1A)；（2）利用EWB技術在計算機上完成電路的設計與模擬；（3）利用protel2009在計算機上完成電路PCB板的制作；（4）利用集成芯片、分立元件在實驗室完成具體的電路，并能實現基本功能。 目錄 前言11 集成直流穩壓電源 11.1 設計思想 11.1.1 設計方案11.1.2 設計所需的元件21.2 設計原理 31.2.1 電源變壓部分41.2.2 橋式整流電路部分51.2.3

4、 電容濾波電路部分51.2.4 直流穩壓電路部分61.2.5 原理及計算 62 電路仿真 73 電路連接測試 73.1 安裝焊接 73.2 測試 83.2.1 使用儀器 83.2.2 測試結果 84 設計體會 9參考文獻 9 欽州學院本科課程設計前言 在電子系統(如電視接收機、VCD機、組合音響等)都要求用穩定的直流電源，而日常生活中使用的都是220V交流電源，因此，需將交流電變換成直流電將交流電壓變換成直流電壓并使之穩定的設備就是直流穩壓電源直流穩壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路組成，基本框圖如圖1所示。在很多場合，都需要具有足夠調壓范圍和帶負載能力的直流穩壓電源電路，要

5、求輸出電壓連續可調；所選器件和電路必須達到在較寬范圍內輸出電壓可調；輸出電壓應能夠適應所帶負載的啟動性能；此外，電路須簡單可靠，能夠輸出較大電流。圖1 直流穩壓電源1 集成直流穩壓電源1.1 設計思想1.1.1 設計方案方案一 晶體管串聯式直流穩壓電路。該類電路中，輸出電壓Uo經取樣電路取樣后得到取樣電壓，取樣電壓與基準電壓進行比較得到誤差電壓，該誤差電壓對調整管的工作狀態進行調整，從而使輸出電壓發生變化，該變化與由于供電電壓uI發生變化引起的輸出電壓的變化正好相反，從而保證輸出電壓Uo為恒定值(穩壓值)。在基準電壓處設計輔助電源，用于控制輸出電壓能夠從0 V開始調節。單純的串聯式直流穩壓電源

6、電路很簡單，但增加輔助電源后，電路比較復雜，由于都采用分立元件，電路的可靠性難以保證。方案二 開關穩壓電源電路。功耗小，效率高，但電路復雜，紋波較大，存在開關干擾，它產生的交流電壓和電流通過電路中的其他元器件產生尖峰干擾和諧振干擾，此外由于開關穩壓電源振蕩器沒有工頻變壓器的隔離，這些干擾就會串入工頻電網，使附近的其他電子儀器、設備和家用電器受到干擾。方案三 采用三端集成穩壓器電路。一般采用輸出電壓可調且內部有過載保護的三端集成穩壓器，輸出電壓調整范圍較寬，穩定性高，紋波小，可靠性高，易做成多路，且電路所用器件較少，成本低，電路簡單，組裝方便。綜上所述，采用方案三 1.1.2 設計所需的元件 L

7、7805CV、L7905CV、L7812CV、L7912CV、LM317T。（1）L7805CV、L7812CV固定式三端穩壓集成電路有正電壓輸出78××系列，有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端，如圖2所示。它的樣子像是普通的三極管，TO- 220 的標準封裝，78后面的數字是該管的型號，同時代表該三端集成穩壓電路的輸出電壓，如7805表示輸出電壓為固定的正5V，7812表示輸出電壓為正12V。該系列的最大輸出電流為1.5A，如果能夠提供足夠的散熱片，它們能夠提供大于1.5A的輸出電流。同時，芯片內部有熱過載保護、短路保護、圖2 78××系列外

8、部引腳圖輸出晶體管安全工作區保護，使其能夠穩定的工 作且基本不會損壞。78××系列典型電路如圖3所示。 （2）L7905CV、L7912CV固定式三端穩壓集成電路有負電壓輸出79××系列，有三條引腳輸出，分別是接地端、輸入端和輸出端，如圖4所示。 圖3 78××系列外部電路典型圖它的外觀與78系列的相似，同樣也采用TO- 220 的標準封裝，79后面的數字是該管的型號，同時代表該三端集成穩壓電路的輸出電壓，如7905表示輸出電壓為固定的負5V，7912表示輸出電壓為負12V。79××系列的最大輸出電流也為1.5A，

9、如果能夠提供足夠的散熱片，它們能夠提供大于1.5A的輸出電流。同樣，芯片內部有熱過載保護、短路保護、輸出晶體管安全工作區保護，使其能夠穩定的工作且基本不會損壞。79××系列典型電路如圖5所示。 圖5 79××系列外部電路典型圖 圖4 79××系列外部引腳圖（3）LM317T可調式集成三端穩壓管LM317T，有三條引腳輸出，分別是調節端、輸出端和輸入端，采用TO- 220 的標準封裝，外部引腳圖如圖6所示。調節1腳調節端電壓，其輸出端電壓范圍為：12V37V可調，其芯片內有過渡、過熱和安全工作區保護，最大輸出電流為15A，典型電路如圖7

10、所示 ，通過改變R的值改變輸出電壓。 （圖6 LM317外部引腳圖 圖7 LM317外部電路典型圖1.2 設計原理220V交流市電先被引入變壓器中進行變壓，本系統中采用的是12V變壓器，故得到12V交流電接入圖中，經D、 D、 D、 D組成的橋式整流電路后可得到只有正半周期的連續波形，經C、 C大電容濾波，可得到紋波較大的直流電壓，在經過小電容濾去高頻噪聲后就可分別送至各個三端穩壓管的輸入，在三端穩壓管的輸出端即可得到對應所需的穩定直流電壓，同理在三端穩壓管的輸出端接入兩個電容分別是為了濾去高頻噪聲和減小紋波，最后在三端穩壓管的輸出端得到電壓穩定，波紋、噪聲很小的直流電。可調式集成三端穩壓管L

11、M317T調節變阻器R的值阻即可改變輸出的電壓值。集成直流穩壓電源的總電路如圖8所示。圖8 集成直流穩壓電源總電路圖1.2.1 電源變壓部分 電源變壓器的作用是將電網220V的交流電壓V變換成整流濾波電路所需要的交流電壓，如圖11。見公式（11）變壓器副邊P與原邊的功率P比為 （11）式中，為變壓器的效率。一般小型變壓器的效率如表1所示。表1 小型變壓器的效率副邊功率 P/VA<101030308080200效 率0.60.70.80.851.2.2 橋式整流電路部分四個整流二極管組成的單相橋式整流電路，將交流電壓變成脈動的直流電壓，如圖9所示，得到輸出電壓U，波形圖如圖10所示。再經過

12、濾波電容C濾除波紋，輸出直流電壓 V。V與直流電壓的有效值V的關系如下公式（12） V=(1.11.2) V （12） 每只二極管承受的最大反向電壓V如下公式（13）所示 V= V （13）圖9 電源變壓和全橋濾波整流電路 圖10 全橋整流電路波形圖1.2.3 電容濾波電路部分 優點：電路簡單，負載直流電壓較高，紋波也較小，適用于小電流。缺點：輸出特性較差，適用于負載電壓較高，負載變動不大的場合。 圖11 電容濾波電路電容濾波電路如圖11所示，其功能已經能滿足本系統的需求，故選用電容濾波電路即可。1.2.4 直流穩壓電路部分 L7805CV、L7905CV、L7812CV、L7912CV均為固

13、定式三端穩壓管，只需按照典型電路圖接入。即可得到所需的電壓值，圖3、圖5中輸入端的電容C 可以進一步的濾除紋波，輸出端的電容C能改善負載的瞬態影響，使電路穩定工作。電容采用的是電解電容，78××系列采用C= 0.1F，C=0.1F 79××系列的C=0.1F，C=0.1F。可調式三端穩壓管LM317T，外部典型電路如圖7所示，其中電阻R與電位器R組成輸出電壓調節器，輸出電壓Uo的表達式如下公式（14）所示： U=125(1+ RR) （14）式中R一般取120240，R為精密可調電位器。改變R的值即可改變輸出電壓。電容C可進一步消除紋波，還可起到相位補償

14、的作用，以防止自激振蕩電容C與電阻R并聯組成濾波電路，電位器R兩端的紋波電壓通過電容C旁路掉，以減小輸出電壓中的紋波。二極管D的作用是防止輸出端與地短路時，因電容C上的電壓過大而損壞穩壓器。本系統中C=01F，C=10F，R=220，R=5k，D用IN4007。1.2.5 原理及計算選擇變壓器時，根據變壓器副邊輸出的功率P來選取變壓器。由公式（12）可得變壓器副邊的輸出電壓V與穩壓器輸入電壓V的關系。V的值不能取大，V越大，穩壓器的壓差越大，功耗也就越大。一般取V，I> I。本系統中輸入電壓的范圍是13V V42V。副邊電壓V13/1.1V，取V=12V，副邊電流I>Iomax=1

15、A，則變壓器副邊輸出功率P VI=12W，由表1可知變壓器效率為=0.7，則原邊輸入P P/=17.1W。選用的變壓器的功率大于此值即可。整流二極管D選用1N4007，其承受的最大反向電壓為1000V，I=1A。滿足V> V，I= I條件。濾波電容C的容量可由紋波電壓V和穩壓系數S來確定。已知，V=11V，V=13V，V=5m，S=3×10，由式（15）計算穩壓器的輸入電壓變化量 = （15）代入計算得= 1.97V，由下式（16）可得電容C的容量 C= （16） 其中，t電容C放電時間，t= =0.01s，Ic電容C放電電流，可取Ic=Iomax=1A，則C=5076F，電容

16、的耐壓值應大于 V=16.92V。故取2只3300F/50V電容并聯 。2 電路仿真 缺仿真波形和數據。在計算機上使用multisim對設計的直流穩壓電源進行仿真，仿真的結果為能實現最初的設計目標，仿真電路如圖12所示。圖12 集成直流穩壓電源仿真圖3 電路連接測試3.1 安裝焊接計算機上使用protel繪制電路板并制作PCB板，在制作好的銅板上按圖8連接好線路，檢查電路的電氣連通性能正常。設計實物的正、反面圖如圖13、圖14所示。圖13 設計實物正面圖應當標注作品名稱、作者、班別等信息。最好在電路板上用紙條寫好貼上。圖14 設計實物反面圖3.2 測試3.2.1 使用儀器使用的儀器有：VC98

17、08數字萬用表、直流電子負載。3.2.2 測試結果缺少示波器實際波形。使用數字萬用表測量可得+5V檔的輸出電壓為5.02V, 使用直流電子負載測得最大通過電流為1.11A，-5V檔的輸出電壓為-5.08V, 最大通過電流為1.15A，+12V檔的輸出電壓為11.87V, 最大通過電流為1.08A ，-12V檔的輸出電壓為-11.88V，最大通過電流為1.09A，可調檔可調節范圍1.24V12.5V，最大通過電流為1.10A。測試結果均滿足設計的基本要求，并略有超出基本部分所要求的數據。4 設計體會 對這次模擬電子技術課程設計，我進一步加深了對模擬電路知識理論的認識與理解，掌握了集成直流穩壓電源

18、的設計、組裝與調試方法。提高了動手能力，獨立分析問題、解決問題能力、協調能力和創造性思維能力。在我們組遇到問題時，比如在濾波電容的容量、電阻的阻值選擇上，大家分工明確，齊頭并進，團結協作，最后終于解決了各種各樣的困難。同時，指導老師在本次設計中對我們組給予了極大的幫助，對于本次設計的完成老師的功不可沒。從這次設計中得到：1提高了電路應用方面的實踐技能，樹立嚴謹的科學作風，培養了綜合運用理論知識解決實際問題的能力；2通過電路的設計、安裝、調試、整理資料等環節，初步掌握工程設計方法和組織實踐的基本技能，逐步熟悉開展科學實踐的程序和方法；3產生了一定生產觀、經濟觀和全局觀；4.提高團結合作的能力，溝通協調能力；5.制作PCB銅板時，對全局的把握不合理，對部分元件的不熟悉，導致對元件焊接時有些孔位不是很合適。這次的失誤可為以后設計提一個醒，畫板要事先熟悉所需的元器件。通過對這次設計，使我對課本知識的鞏固和加強，也使我明白從理論仿真到實際設計操作中會遇到不少實際的問題，在實物連接電路時應當注意，仿真是理想化的，連接時應當考慮具體電路及元件封裝，以免造成電路接錯。總體而言，這次設計能很好的實現了的所需功能，部分功能甚至超過了所需的指標，所以這次設計是比較成功的。參考文獻 1羅杰，謝自美.電子線路設計·實驗·測試（第4版）M.北京:電子工業出版社,2008.2彭介華