1、 遼遼 寧寧 工工 業業 大大 學學 模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎課程設計課程設計(論文論文)院（系）：院（系）： 電氣工程學院電氣工程學院 專業班級：專業班級： 電氣電氣102102班班 學學 號：號： 100303061100303061 學生姓名：學生姓名： 朱倬立朱倬立 指導教師：指導教師： （簽字）起止時間：起止時間：2012.07.022012.07.022012.07.152012.07.15 課程設計（論文）任務及評語課程設計（論文）任務及評語院（系）：電子與信息工程學院 教研室：電子信息工程學 號學生姓名專業班級課程設計（論文）題目直流穩壓電源課程設計（論文）任務設計參數

2、：1 設計并制作一臺串聯型（連續調整式）直流穩壓電源。2 輸出直流電壓。VVo123 最大輸出電流。mAILM5004 穩壓系數。05. 0rS5 具有過流保護功能。設計要求：1 .分析設計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應用環境等，廣開思路，構思出各種總體方案，繪制結構框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結構的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設計各單元電路。總體方案化整為零，分解成若干子系統或單元電路，逐個設計。4.組成系統。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的

3、規律擺放各電路，并標出必要的說明。進程計劃1、布置任務，查閱資料，理解掌握直流穩壓電源的設計要求。 （1 天）2、確定直流穩壓電源設計方式，設計電路。 （3 天）3、對直流穩壓電路進行仿真，確定器件參數，分析系統性能。 （2 天）4、撰寫、打印課程設計論文。 （2 天）指導教師評語及成績平時： 論文質量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日注：成績：平時 20% 論文質量 60% 答辯 20% 以百分制計算摘 要本文介紹了直流穩壓電源的工作原理，它是一種簡易直流穩壓電源，主要是采用一些簡單的電子元件即可它是采用由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路四個核心部分組成，整流電路是采用

4、橋式全波整流（1N4001 整流管）；濾波電路是以電容（1000uF/35v）濾波；穩壓電路是采用集成穩壓器（CW7812 型號）。變壓電路用變壓器將交流電路變成所需的電壓。整流電路用二極管對交流進行整流。濾波電路由電容器將脈動電流變成直流。穩壓電路是把直流輸出電壓穩定化。本設計也可以用其它的方案實現。關鍵詞：直流穩壓電源；降壓變壓器；橋式整流電路；極性電容目目 錄錄 第 1 章緒論 .1第 2 章系統設計方案論證及分析 .121 設計目的.122 設計任務.123 設計要求.124 電路原理分析.1241 直流穩壓電源的基本原理 .124.2 三端集成固定電壓輸出穩壓器 .125 設計方案的

5、選擇與論證.1251 電源變壓器的選擇.1252 整流電路.1253 穩壓電路.12.6 直流穩壓電源的參數設計方法 .13.1 電路的基本知識 .2311 電源變壓器.2312 整流電路 .2313 濾波電路 .2314 穩壓電路 .13.2 穩壓電源的技術指標及對穩壓電源的要求 .1321 電路的安裝與調試 .1322 穩壓電源各項性能指標的測試 .1參考文獻 .1附錄 A：總電路圖.2附錄 B：元器件清單.3模模擬電擬電子子課課程程設計設計（ （論論文）文）模模擬電擬電子子課課程程設計設計（ （論論文）文）1 第 1 章緒論直流穩壓電源具有體積小、重量輕、效率高、對電網電壓及頻率的變化適

6、應性強、輸出電壓保持時間長、有利于計算機信息保護等優點，廣泛應用于以電子計算機為主導的各種終端設備、通信設備，是當今電子信息產業飛速發展不可缺少的一種電源。電子設備中都需要穩定的直流電源，功率較小的直流電源大多數都是將 50HZ的交流電經過電源變壓器，整流，濾波和穩壓這四個基本部分后獲得。整流電路用來將交流電壓變換為單向脈動的直流電壓；濾波電路用來濾除整流后單向脈動電壓中的交流成分，使之成為平滑的直流電壓；穩壓點路的作用是將當輸入交流電源電壓的波動、負載和溫度的變化時，維持輸出直流電壓的穩定。 由于集成穩壓器具有體積小、重量輕、使用方便和工作可靠等優點，應用越來越廣泛。國產的穩壓器種類很多，主

7、要分為兩大類。穩壓器中的調整元件工作在線性放大狀態的稱為線性穩壓器，調整元件工作在開關狀態的稱為開關穩壓器。在電子儀器儀表中，經常要求有穩定的直流電源，所以在整流濾波后面，通常需要接直流穩壓電路。 一切電子設備都離不開電源，沒有電源或電源出了故障，整個電路就要停止工作，所以說電源是電子設備的核心。電子設備不但需要電源，還需要考慮電源的性能，因為電源的性能在很大的程度上決定了現代電子設備的性能。電源是現代電子技術的重要基礎之一。直流穩壓電源是電源的基礎技術，是最基本的穩壓電路。 模模擬電擬電子子課課程程設計設計（ （論論文）文）2第 2 章 系統設計方案論證及分析21 設計目的(1)選擇變壓器、

8、整流二極管、濾波電容及集成穩壓器來設計直流穩壓電源；(2)掌握直流穩壓電路的調試及主要技術指標的測試方法。(3)通過電路的設計可以加深對該課程知識的理解以及對知識的綜合運用。22 設計任務設計一波形直流穩壓電源，滿足：(1)當輸入電壓在 220V10%時，輸出直流電壓為 12V，輸出直流電流大于500mA；(2)輸出紋波電壓小于 5mV，穩壓系數小于 510-3，輸出內阻小于 0.1 歐。23 設計要求直流穩壓電源的基本要求：(1)合理的選擇電源變壓器；(2)合理選擇集成穩壓器；(3)完成全電路理論設計、計算機輔助分析與仿真、安裝調試、繪制電路圖，自制印刷板；(4)撰寫設計使用說明書。(5)穩

9、壓電源在輸入電壓為 22050HZ. 電壓變化范圍為+10%-10%條件下：1） 輸出直流電壓為+12V;2） 最大輸出電流為:Imax500mA;3） 紋波電壓(峰-峰值) 5mV(最低輸入電壓下，滿載);4） 效率40%(輸出電壓為+12V，輸入電壓為 220V 下，滿載);5） 具有過流保護及短路保護功能(6) 畫出總體設計框圖，以說明直流穩壓電源有哪些相對獨立的功能模塊組成，模模擬電擬電子子課課程程設計設計（ （論論文）文）3標出各個模塊之間的聯系、變化，并以文字對原理作輔助說明。設計各個功能模塊的電路圖，加上原理說明。選擇合適的元器件，接線驗證、調試各個功能模塊的電路，在接線驗證時設

10、計、選擇合適的輸入信號和輸出方式，在充分電路正確性同時，輸入信號和輸出方式要便于電路的測試和故障排除。在驗證各個功能模塊基礎上，對整個電路的元器件和布線，進行合理布局，進行直流穩壓電源整個電路的調試。 24 電路原理分析241 直流穩壓電源的基本原理直流穩壓電源一般由電源變壓器 T、整流、濾波電路及穩壓電路所組成，基本框圖如下。各部分的作用：圖 2.1（1）電源變壓器 T 的作用是將電網 220V 的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓 Ui。變壓器副邊與原邊的功率比為 P2/ P1=，式中 是變壓器的效率。（2）整流濾波電路：整流電路將交流電壓 Ui 變換成脈動的直流電壓。再經濾波電路

11、濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓 U1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。圖 2.2 模模擬電擬電子子課課程程設計設計（ （論論文）文）5各濾波電容 C 滿足 RC（35）T/2，式中 T 為輸入交流信號周期，R 為整流濾波電路的等效負載電阻。圖 2.3模模擬電擬電子子課課程程設計設計（ （論論文）文）424.2 三端集成固定電壓輸出穩壓器由于輸入電壓 u1發生波動、負載和溫度發生變化時，濾波電路輸出的直流電壓UI會隨著變化。因此，為了維持輸出電壓 UI穩定不變，還需加一級穩壓電路。穩壓電路的作用是當外界因素（電網電壓、負載、環境溫度）發生變化時，能使輸出直流電壓不受

12、影響，而維持穩定的輸出。穩壓電路一般采用集成穩壓器和一些外圍元件所組成。采用集成穩壓器設計的穩壓電源具有性能穩定、結構簡單等優點。25 設計方案的選擇與論證小功率穩壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路四個部分組成，如圖 1 所示。 + 電 源 + 整 流 + 濾 波 + 穩 壓 + 變壓器 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _ （a）穩壓電源的組成框圖 u1 u2 u3 uI （b）整流與穩壓過程圖 2.4圖穩壓電源的組成框圖及整流與穩壓過程方案一：簡單的并聯型穩壓電源并聯型穩壓電源的調整元件與負載并聯，因而具有極低的輸出電阻，動態特性好，電路簡單，并具有自動保護功能；負載短路時

13、調整管截止，可靠性高，但效率低，尤其是在小電流時調整管需承受很大的電流，損耗過大，因此在本實驗中不適合此方案。方案二：輸出可調的開關電源； 模模擬電擬電子子課課程程設計設計（ （論論文）文）5開關電源的功能元件工作在開關狀態，因而效率高，輸出功率大；且容易實現短路保護與過流保護，但是電路比較復雜，設計繁瑣，在低輸出電壓時開關頻率低，紋波大，穩定度極差，因此在本實驗中不適合此方案。模模擬電擬電子子課課程程設計設計（ （論論文）文）5方案三：由固定式三端穩壓器（7812）組成由固定式三端穩壓器（7812）輸出腳 V0、輸入腳 Vi和接地腳 GND 組成，它的穩壓值為+12V，它屬于 CW78*系列

14、的穩壓器，輸入端接電容可以進一步濾波，輸出端接電容可以改善負載的瞬間影響，此電路比較穩定。根據實驗設計要求，本實驗采用方案三。251 電源變壓器的選擇電源變壓器的選擇電源變壓器有很多種：有降壓的、有升壓的，在這次的設計中我用的是降壓變壓器，它的作用是將來自電網的 220V 交流電壓 u1變為整流電路所需要的交流電壓u2。，其中：是變壓器副邊的功率，是變壓器原邊的功率。一般小型變12PP2P1P壓器的效率如表 1 所示：表 1 小型變壓器的效率 副邊功率2PVA10VA3010VA8030VA20080 效率0.60.70.80.85因此，當算出了副邊功率后，就可以根據上表算出原邊功率。2P1P

15、252 整流電路在穩壓電源中一般用四個二極管組成橋式整流電路，整流電路的作用是將交流電壓 u2變換成脈動的直流電壓 u3。濾波電路一般由電容組成，其作用是把脈動直流電壓 u3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓 UI。UI與交流電壓 u2的有效值 U2的關系為： 2)2 . 11 . 1 (UUI在整流電路中，每只二極管所承受的最大反向電壓為： 22UURM流過每只二極管的平均電流為： RUIIRD245. 02其中：R 為整流濾波電路的負載電阻，它為電容 C 提供放電通路，放電時間常數 RC 應滿足：2)53(TRC 253 穩壓電路模模擬電擬電子子課課程程設計設計（ （論論文）文

16、）6三端集成穩壓器。集成穩壓器的類型很多，在小功率穩壓電源中，普遍使用的是三端穩壓器。按輸出電壓類型可分為固定式和可調式，此外又可分為正電壓輸出或負電壓輸出兩種類型。由于輸入電壓 u1發生波動、負載和溫度發生變化時，濾波電路輸出的直流電壓UI會隨著變化。因此，為了維持輸出電壓 UI穩定不變，還需加一級穩壓電路。穩壓電路的作用是當外界因素（電網電壓、負載、環境溫度）發生變化時，能使輸出直流電壓不受影響，而維持穩定的輸出。穩壓電路一般采用集成穩壓器和一些外圍元件所組成。采用集成穩壓器設計的穩壓電源具有性能穩定、結構簡單等優點。集成穩壓器的類型很多，在小功率穩壓電源中，普遍使用的是三端穩壓器。按輸出

17、電壓類型可分為固定式和可調式，此外又可分為正電壓輸出或負電壓輸出兩種類型。式中 R1 一般取 120240 歐姆，輸出端與調整端的壓差為穩壓器的基準電壓。可調式三端集成穩壓器可調式三端集成穩壓器是指輸出電壓可以連續調節的穩壓器，有輸出正電壓的CW317 系列（LM317）三端穩壓器；有輸出負電壓的 CW337 系列（LM337）三端穩壓器。在可調式三端集成穩壓器中，穩壓器的三個端是指輸入端、輸出端和調節端。穩壓器輸出電壓的可調范圍為 Uo=1.2 37V，最大輸出電流 Iomax =1.5A。輸入電壓與輸出電壓差的允許范圍為：UI -Uo = 3 40V。三端可調式集成穩壓器的引腳及其應用電路

18、見附錄圖 B。2.6 直流穩壓電源的參數設計方法穩壓電源的設計，是根據穩壓電源的輸出電壓 Uo、輸出電流 Io、輸出紋波電壓Uop-p等性能指標要求，正確地確定出變壓器、集成穩壓器、整流二極管和濾波電 模模擬電擬電子子課課程程設計設計（ （論論文）文）9路模模擬電擬電子子課課程程設計設計（ （論論文）文）7T110:1D11N4001GD21N4001GD31N4001GD41N4001GLED1U1LM7812CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEC11000FC20.1FC30.33FD602BZ2.2D702BZ2.2LED2V1120 Vrms 60 Hz 0 XSC1ABEx

19、t Trig+_+_中所用元器件的性能參數，從而 n nk 合理的選擇這些器件。直流穩壓電源的參數設計可以分為以下三個步驟：(1) 根據穩壓電源的輸出電壓 Uo、最大輸出電流 Iomax，確定穩壓器的型號及電路形式。(2) 根據穩壓器的輸入電壓，確定電源變壓器副邊電壓 u2的有效值 U2；根據IU穩壓電源的最大輸出電流 I0max，確定流過電源變壓器副邊的電流 I2和電源變壓器副邊的功率 P2；根據 P2，從表 1 查出變壓器的效率 ，從而確定電源變壓器原邊的功率 P1。然后根據所確定的參數，選擇電源變壓器。(3) 確定整流二極管的正向平均電流 ID、整流二極管的最大反向電壓和濾RMU波電容的

20、電容值和耐壓值。根據所確定的參數，選擇整流二極管和濾波電容。設計參數如下： 選擇集成穩壓器，確定電路形式集成穩壓器選用 CW7812，其輸出電壓范圍為：Uo=12V，最大輸出電流為maxoI500mA。所確定的穩壓電源電路如圖 2 所示。 圖 2.5圖 2 中，(C1, C3為鉭電溶，C1 = 1000F/35v，C2 =0.1F，C3 = 0.33F，二極管用 IN4001)選擇電源變壓器由于 CW7812 的輸入電壓與輸出電壓差的最小值，所以輸入電VUUoI3min壓 UI = 12+3=15v，所以 U2=15/1.2=12.5V， 取 U2=18V變壓器副邊電流：I2=508*(1.5

21、2)=7621016mA,取 I2=1000mA,因此，變壓器副邊輸出功率：P2= 18v，由于變壓器的效率可選，所以變壓器原邊輸入功率 P1=25w，為留有余地，7 . 0選用功率為 30W 的變壓器。選用整流二極管和濾波電容 模模擬電擬電子子課課程程設計設計（ （論論文）文）9由于：URM =25V，IN4001 的反向擊穿電壓 URM25V,額定工作電流，故整流二極max01IAID管選 1N4001。模模擬電擬電子子課課程程設計設計（ （論論文）文）8所以，濾波電容： C(35)/R=10002016uF電容的耐壓要25V,故濾波電容 C 取容量為 1000uF，耐壓為的電解電容V25

22、 模模擬電擬電子子課課程程設計設計（ （論論文）文）9第 3 章 系統各部分原理3.1 電路的基本知識在電子電路中，通常都需要電壓穩定的直流穩壓電源供電，小功率的穩壓電源是由電源變壓器，整流電路，濾波電路和穩壓電路等四部分組成。311 電源變壓器過整流電路將交流變為脈動的直流電壓。由于此脈動的直流壓含有較的紋波，必須通過濾波電路加以濾波，從而得到平滑的直流電壓。電源變壓器的作用是將交流 220V 的電壓變為所需的電壓值，然后通過的電壓還隨電網電壓波動、負載何溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩壓電路。穩壓電路的作用是當電網電壓波動、負載何溫度變化時，維持輸出直流電壓穩定。因本設

23、計輸出電壓為 12V，故變壓器輸出電壓 V2=18V，即變比為 0.7。312 整流電路直流電路的任務是將交流電壓變為直流電壓。完成這一任務主要是靠二極管的單向導電作用。因此二極管是整流電路的關鍵元件。本設計采用單相橋式整流電路，我們采用的是 1N4001 整流二集管。3 31 13 3 濾波電路濾波電路 濾波電路用于濾去輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成(如:電感 電溶元件)。由于電抗元件在電路中有儲能作用，并聯的電容 C 在電源供給的電壓升高時，能把部分能量存儲起來，而當電壓降低時，就能把能量釋放出來，使負載電壓比較平滑，即 C 具有平波作用；與負載串聯的電感 L，當電源供給的電流增加時

24、，它能把能量存儲起來，而當電流減小時又能把能量釋放出來，使負載電流比較平滑，即電感也具有平波作用。模模擬電擬電子子課課程程設計設計（ （論論文）文）9314 穩壓電路 在這里我們采用串聯集成式穩壓電路。三端集成穩壓器是我們最常用的一種穩壓器。它的類型很多，在小功率穩壓電源中，普遍使用的是三端穩壓器。按輸出電壓類型可分為固定式和可調式，此外又可分為正電壓輸出或負電壓輸出兩種類型。它的作用是由于輸入電壓 u1發生波動、負載和溫度發生變化時，濾波電路輸出的直流電壓 UI會隨著變化。因此，為了維持輸出電壓 UI穩定不變，還需加一級穩壓電路。穩壓電路的作用是當外界因素（電網電壓、負載、環境溫度）發生變化

25、時，能使輸出直流電壓不受影響，而維持穩定的輸出。穩壓電路一般采用集成穩壓器和一些外圍元件所組成調整管 T1與負載電阻 RL相串聯，組成串聯式穩壓電路。T2與穩壓管 DZ組成采樣比較放大電路，當穩壓器的輸出負載變化時，輸出電壓 VO應保持不變，穩壓過程如下：設輸出負載電阻 RL變化，使 VO ，則VB2VC2 IB1 VCE1VO。3.2 穩壓電源的技術指標及對穩壓電源的要求321 電路的安裝與調試先裝集成穩壓電路，在裝整流濾波電路，最后安裝變壓器。安裝一級測試一級。對于穩壓電路則主要測試集成穩壓器是否能正常工作。其輸入端加直流電壓35VVi12.5V，使輸出電壓 VO隨之變化，說明穩壓電路正常

26、工作，整流濾波電路主要是檢測整流二極管是否接反，安裝前用萬用表測量其正，反向電阻。接入電源變壓器，整流輸出電壓 Vi應為正。斷開交流電源，將整流濾波電路與穩壓電路相連接，在接通電源，輸出電壓 VO為規定值，說明各級電路均正常工作，可以進行各項性能指標的測試。其中 IO=500mA,RL=30 歐。322 穩壓電源各項性能指標的測試任務 1：電路的調試與檢測 1靜態調試當連好電路板的線路時，先不要急著通電，而因該從以下幾個方面進行檢測：(1) 對照原理圖，用萬用表一一檢查線路的各個接口是否接通，是否有短路、斷路或漏接的現象，如果有，因該及時改好電路連線。(2) 對照原理圖，檢查各元件是否接正確。

27、模模擬電擬電子子課課程程設計設計（ （論論文）文）102動態調試接通 220V 的電源，用數字萬用表對所設計的電路實物進行測試，得到正電源輸出電壓為+11.95V。 任務 2：技術指標測量及誤差分析1技術指標測量(1) 測量穩壓系數，先調節自藕變壓器使輸入的電壓增加 10%，即 Vi=242V, 測量此時對應的輸出電壓 Vo1；再調節自藕變壓器使輸入減少 10%，即 Vi=198, 測量此時對應的輸出電壓 Vo2, 然后測量出 Vi=220V 時對應的輸出電壓 Vo, 則穩壓系數 Sv= = .ViVi/VVOO198242220OOOVVV21ViVoIomaxSv220V11.95v 25

28、.34mA3%(2) 輸出電壓與最大輸出電流的測試測試電路如圖 5 所示。自耦變壓器 電流表 電壓表 一般情況下，穩壓器正常工作時，其輸出 電流要小于最大輸出電流oI， 220V 被測穩壓電路穩壓電maxoI路 取，可算出 RL=30，AI5 . 00工作時上消耗的功率為：P=6W 故 LR取額定功率為 8W，阻值為 30 的 圖 5 穩壓電源性能指標的測試電路LR電位器。測試時，先使 RL=30，交流輸入電壓為 220V，用數字電壓表測量的電壓值就是 Uo。然后慢慢調小，直到 Uo的值下降 5%，此時流經的電流就是，記LRLRmaxoI下后，要馬上調大的值，以減小穩壓器的功耗。maxoILR

29、 (3) 穩壓系數的測量按圖 5 所示連接電路， 在時，測出穩壓電源的輸出電壓 Uo。然后調VU2201節自耦變壓器使輸入電壓，測出穩壓電源對應的輸出電壓 Uo1 ；再調節VU2421自耦變壓器使輸入電壓，測出穩壓電源的輸出電壓 Uo2。則穩壓系數為：VU1981ooooovUUUUUUUS2111198242220模模擬電擬電子子課課程程設計設計（ （論論文）文）11 (4) 輸出電阻的測量 按圖 5 所示連接電路，保持穩壓電源的輸入電壓，在不接負載 RL時VU2201測出開路電壓 Uo1，此時 Io1=0，然后接上負載 RL，測出輸出電壓 Uo2和輸出電流Io2，則輸出電阻為：2212121ooooooooIUUIIUUR(5) 紋波電壓的測試 用示波器觀察 Uo的峰峰值， （此時 Y 通道輸入信號采用交流耦合 AC） ，測量Uop-p的值（約幾 mV） 。(6) 紋波因數的測量