12v直流稳压电源模电课程设计.doc

1、目录1摘要21 引言32 总体方案的设计42.1 稳压电路的选择42.1.1 硅稳压管稳压电路42.1.2 串联型直流稳压电路52.1.3 三端集成稳压器52.2 变压器的选择52.3 整流电路的选择62.3.1 单向半波整流电路62.3.2 单向全波整流电路72.3.3 单向桥式整流电路82.4 滤波电路的选择82.4.1 电感滤波电路92.4.2 电容滤波电路93 电路整合103.1 整合电路中个元件的选择113.1.1 电容的选择113.1.2 变压器的选择113.2 保护电路113.2.1 保护负载113.2.2保护单相桥式电路113.2.3 保护稳压器114 总结与体会12参考文献1

2、3摘要几乎所有的电子设备都需要稳定的直流电源，因此直流稳压电源的应用非常的广泛。本文将介绍几种直流电源。该电源有自制稳压电源、计数器部分、数字输出显示电路、桥式整流电路等等。我利用桥式整流电路来实现稳压电源。稳压电路的基础上，附加电压调节电路、数字电压显示电路即可完成设计任务。在电子设备中，直流稳压电源的故障率是最高的（长期工作在大电流和大电压下,电子元器件很容易损坏）但在直流稳压电源中，通过整流、滤波电路所获得的直流电源的电压往往是不稳定的。输出电压在电网电压波动或负载电流变化时也会随之有所改变。电子设备电源电压的不稳定,将会引起很多问题。我们利用稳压二极管进行稳压，在稳压电路中，一定要配合

3、限流电阻的使用，保证稳压二级管中流过的电流在规定的范围之内。电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。电源是各种电子、电气设备工作的动力，是自动化部件不可缺少的组成部分，它广泛应用于科学研究、经济建设、国防设施及人民生活等各个方面，是电子设备和机电设备的基础。在电源的众多类型中，直流稳压电源应用最为广泛，它与国民经济各个部门息息相关，特别是在实验室、IT业、采矿、小型电器等领域中应用更为广泛。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。目前中小功率设备中广泛采用的稳压电源有串联型稳压电路、并联型稳压电

4、路、集成稳压电路及开关型稳压电路。这里采用集成稳压设计稳压电路，是将220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1D4和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)。此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应

5、用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。1 引言随着社会的发展，生活中对直流电的使用越来越广泛，而我们的环境中较多的却是交流电，使得我们对直流电的使用很有限，如果单纯的只使用电池，大小不能调试，用起来不方便，而且成本也很高，于是我们想设计出方案将交流电转化成直流电。我们设计的直流稳压电源是电子系统中不可缺少的设备之一，也是模拟电路理论知识的基本内容之一。完成一个直流稳压电源的设计，并进行安装调试，既可以达到对模拟电路理论知识较全面的运用，也能掌握模拟电路的实际调试技术。我们所做的稳压电源由调整管、参考电压、取样电路、误差放大电路等几个基本部分组成。另外还可能包括一些例如保护电路、启动电路等现在我们

6、所用的绝大多数家用电器以及很多电子电路如各种放大电路，信号运算，处理电路以及波形发生电路等都需要用直流电源来供电。电子设备中所用的直流电源，通常是由电网提供的交流电经过整流，滤波，稳压以后得到的。对于直流电源的主要要求，除了能够输出不同电路所需要的电压和电流以外，还应该做到，直流输出电压平滑，脉动成分少；输出电压的幅值稳定，即当电网电压或负载电流波动时能保证基本稳定；交流电变换成直流电是的转换效率搞等。根据上述要求，直流电源一般包括四个部分，即电源变压器，整流电路，滤波器和稳压电路。图1.1 稳压电源的组成框图及整流与稳压过程2 总体方案的设计通常我们用内阻R。稳压系数Sr两个指标来衡量稳压电

7、路的质量。其中内阻R。的定义为，输入到稳压电路的直流电压Ui不变时，稳压电路的输出电压变化量U。与输出电流变化量I。之比；稳压系数Sr定义是当负载不变时，稳压电路输出电压的相对变化与输入电压的相对变化量之比。稳压电路的其他指标还有：电压调整率、电流调整率、最大纹波电压、温度系数以及噪声电压等。常用的稳压电路有硅稳压管稳压电路，串联型直流稳压电路集成稳压器等，下面根据它们各自的特点比较选择合适的稳压电路。2.1 稳压电路的选择2.1.1 硅稳压管稳压电路图2.1 硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路的内阻近似等于稳压管的动态内阻。R越小，则稳压电路的内阻也越小，当负载变化时，稳压电路的稳压性越好；对

8、于稳压系数，r越小Sr越小，即电网电压波动时，稳压电路的稳压性能越好。当然，在电路中对限流电阻是有限制的，选择是的计算其大小范围，以保证其能达到想要的限流作用。优点：在输出电压不需调节，负载电流比较小的情况下，硅稳压管稳压电路的效果较好，所以在小型的电子设备中选择这种电路比较合适。缺点：输出电压有稳压管的型号决定，不可能随意调节；电网电压和负载电流的变化范围较大时，电路将不能适应。2.1.2 串联型直流稳压电路图2.2 串联型直流稳压电路所谓串联型直流稳压电路，实际上就是在输入直流电压与负载之间串联一个调整三极管，当U或R波动引起输出电压变化时，此变化将反映到三极管的输入电压，从而调整输出电压

9、来保持输出电压基本稳定。串联型直流稳压电路包括四个部分：采样电路，放大电路，基准电压，调整管串联型直流稳压电路稳压的过程实际上是通过电压负反馈使输出电压保持基本稳定。串联型直流稳压电路的输出电压可随意调节且电网电压和负载电流的变化范围较大时，电路也能适应。2.1.3 三端集成稳压器三端集成稳压器电路内部实际上包括了串联型直流稳压电路的各个部分，另外加上保护电路和启动电路。集成稳压器具有体积小，可靠性高以及温度特性好等优点，而且使用灵活方便，价格低廉，被广泛应用于仪器，仪表及其他各种设备中。特别是三端集成稳压器，芯片只引出三个端子，分别接输入端，输出端和公共端，基本上不需外接元件。芯片内却集成了

10、各种保护电路，它们分别是限流保护电路，过热保护电路和过压保护电路。使用更安全可靠。综合以上三种电路各自的优缺点比较，我们最终选择三端集成稳压电路。为了达到设计要求即当输出电压为+12V时输出电流为1A,当输出电压为-12V时输出电流为100mA。我们选用W7800系列和W79M00系列的三端集成稳压器。基本原理设计2.2 变压器的选择根据要求从输出电压+12V输出电流1A开始推算，稳压，滤波，整流各电路对电流电压的改变，计算得知变压器二次测得电压可取18V，一次测交流电压为220V,所以我们所选的变压器变比应该为15/1，查阅相关资料，选取合适变压器。图2.3 变压器2.3 整流电路的选择整流

11、电路作用是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正选电弦交流电压成为当方向的脉动电压。但是，这种单向脉动电压往往包含着很大的脉冲成分，距离理想的直流电压还差得很远。二极管具有单向导电性，因此可以利用二极管的这一特性组成整流电路，将交流电压变换成单向脉冲电压。在小功率直流电源中，经常采用单向半波，单向全波，单相桥式整流电路。2.3.1 单向半波整流电路图2.4 单向半波整流电路单向半波整流电路中由于二极管的单向导电作用，是变压器二次交流电压变换成为负载两端的单向脉动电压，达到了整流的目的。这种电路只有在交流电压的半个周期才有电流流过负载。单向半波整流电路的优点是结构简单，使用的元件少。但是

12、也有明显的缺点：输出波形脉动大；直流成分比较低；变压器有半个周期不导电，利用率低；变压器电流含有直流成分，容易饱和。所以只能用在输出电流较小，要求不高的场合。2.3.2 单向全波整流电路图2.5 单向全波整流电路单向全波整流电路的输出是交流输入电压的0.9倍,效率高。直流电压平稳。能充分利用变压器的功率.缺点是多用一只二极管，二极管的耐压高一倍2.3.3 单向桥式整流电路桥式整流电路中采用了四个二极管，接成电桥形式。图2.6 单向桥式整流电路单向桥式整流电路具有以下两个优点满足了我们提高变压器利用率并降低整流管最大反向电压的要求，实现了二极管整流输出的最佳性能。该电路具有将双向的交变电压变换为

13、单向的脉动电压的功能。二极管上承载电压的情况，V1、3管、V2、4管分别承受不同周期的反向电压，但管子承受的最大反向电压与电源最大反向电压相同。描述整流电路的输出直流电压的技术性能主要是用整流电路的输出直流电压即输出电压的平均值U。整流电压输出电压的脉冲系数S 。在单相桥式整流电路中输出直流电压U。=0.9U ,脉冲系数S定义为输出电压基波的最大值与其平均值之比。S=0.67是个比较大的数字。综合单向半波，单向全波和桥式整流电路的优缺点比较，我们最终选择单向桥式整流电路。2.4 滤波电路的选择整流电路的输出电压都含有较大的脉冲成分，因此极少直接用作电子电路的直流电源。通常在整流电路后面还要加上

14、一定的滤波电路。对滤波电路的要求是，一方面尽量降低输出电压中的脉冲成分，另一方面又要尽量保留其中的直流成分，使输出电压成为比较平滑的直流电压。电容和电感都是基本的滤波元件，利用它们的储能作用，在二极管导电时将一部分能量储存在电场或磁场中，然后再逐渐释放出来，从而在负载上得到比较平滑的波形。从另一个角度看，电容和电感对于交流成分和直流成分呈现的阻抗是不同的，如果把它们合理的安排在电路中，可以达到降低交流成分，保留直流成分的目的，实现滤波作用。2.4.1 电感滤波电路将一个电感和负载电阻串联，即可组成电感滤波电路。由于电感有阻止其电流变化的特点，因此，在负载回路中串联一个电感，将使负载上的电流波形

15、比较平滑。接入滤波电感后，由于电感的直流电阻很小，交流阻抗很大，因此直流成分经过电感后基本上没有损失，但是对于交流分量，在jwL和R上分压后，很大部分降落在电感上，从而降低了输出电压中的脉动成分，wL越大，R越小，则滤波效果越好。电感滤波电路的特点：经知道wL越大，R越小，则滤波效果越好，因此，电感滤波电路适用于大电流负载由于电感的直流电阻比较小，故输出电流I。增大时，电感上直流压降较小，则输出直流电压U。的下降也较小，所以电感滤波电路的外特性比较硬。由于电感有延长整流管导电角的趋势，因此电流的波形比较平滑，避免了在整流管中产生较大的电流。但是，电感滤波电路与电容滤波相比，输出电压较低，另外，

16、由于采用了电感比较笨重，通常用于功率较大的电源中。2.4.2 电容滤波电路将一个大电容C与负载电阻R并联，即可组成电容滤波电路。由于电容有维持其两端电压不变的特性，因此，将电容与负载并联，将使负载两端的电压波形比较平滑。电容滤波电路的特点电容滤波电路结构简单，因而常常被采用。电容滤波电路适用于小电流负载。已经知道RC的乘积越大，滤波效果越好。为此，不仅要选择大容量的滤波电容，而且要求R也尽量大，因此电容滤波适用于负载电阻比较大，即负载电流比较小的场合。电容滤波电路的外特性比较软。电容滤波适用于负载变化不大的场合。采用电容滤波时，整流二极管中将流过较大的冲基电流。由于加了电容滤波后，输出电流的平

17、均值比原来提高了，而导电角却减小了，因此，整流管在短暂的导电时间内将流过一个很大的冲击电流，对管子的寿命带来不利的影响，所以必须选用较大容量的整流二极管。综合电感滤波电路和电容滤波电路各自的特点，根据设计要求，我们选择电容滤波电路。3 电路整合根据以上各个部分电路的特点比较，我们最终选择了单相桥式整流电路，电容滤波电路，三端集成稳压电路。整合电路如下：图3.1 直流电路整合电路（一个整流电路）我们也可以选择使用两个整流桥来达到实验效果，工作原理和使用一个变压器完全相同，通过整合各部分电路达到最终的电路图如下：图3.2 直流电路整合电路（二个整流电路）3.1 整合电路中个元件的选择3.1.1 电

18、容的选择C C C C 是小电容，其作用是补偿频率，抗高频干扰，防自激振荡，根据经验值，选用0.1FC C是大电容，抑制低频干扰，根据经验值，选用10F，因为输出电压为12V，电容的耐压值25V。对C C选择：RC()T(T=0.02) R=121=12 R=120.5=6C=(25004170) F C=(12502100) F选取C=3000F C=1500F耐压值选为36V,U-U3V,所以U12+3=15V,取U=18V 3.1.2 变压器的选择根据单相桥式电路的特点可知：U=1.2U所以U=15 外加交流电压U=220V。所以变压器的变比k=15：13.2 保护电路在电路中可能存在一

19、些不安全因数。在实验中必须要加上一些保护元件以防止过流，过压，过热等给电路带来危险。3.2.1 保护负载对于负载我们可以串联上一个变位器，相当于一个热敏电阻，即快恢复保险丝，起到保护负载的作用。3.2.2保护单相桥式电路单相桥式电路中主要是对二极管进行保护，给各个二极管并联一个大小合适的二极管。3.2.3 保护稳压器对稳压器的保护主要是保护调整管，给其并联一个二极管来保证经过调整管的最大电流不大于其最大允许电流，调整管两端电压小于其最大反向电压。其功率耗散也必须小于最大耗散功率。4 总结与体会在本学期中，各种形式的实践课占了很大一部分时间。在实践中，我们学了很多我们所学课程的教科书上没有的东西

20、。同时，实践课对我们理论课的学习也有很大的帮助。做设计之前在网上，图书馆找了好几天的资料，还学了一些软件，计算部分也参考了很多书，但有的元件的参数还是不明白为何设成这样，只好参考经验值。单元电路的每一部分都经过比较认真的考虑，比较了很多类似的电路，也参考了很多书。做完之后觉得这样的方案组合还是可行的。因为这样那样的原因，没有能做出成品，但应该知道做成品就更困难，遇到的困难也就会更多。但从开始认为随便就可以找到现成的方案到经过一星期的自己实践，是我所学的模拟电子知识得到了运用，我觉得我的能力有了更进一步的提高。在这次课程设计过程中，我遇到了几个自己不能解决的问题，通过老师和同学的帮助最终把问题解

21、决，在此，我才知道自己的电子知识还是不够，而且我们所学的理论知识是很有用的，没有坚实的知识基础，是不可能完成的。实践课对我们非常重要。我们所学知识最终应用于实践，理论来源于实践，实践是理论正确与否的唯一标准，因此我们在学习理论知识的同时一定要注重实践。参考文献1. 杨素行.模拟电子技术基础（第三版）.北京：高等教育出版社，19852. 童诗白，成华英.模拟电子技术基础（第三版）.北京：高等教育出版社，20013. 康华光.电子技术基础（第四版）.北京：高等教育出版社4. 王昊，谢文阁，杜颍，吕义.线性集成电源应用电路设计.北京：清华大学出版社5. 王锦，王和平.电子实训技术.北京：中国电力出版社6. (百度网页，百度知道，百度文库)12