1、 课程设计说明书课程设计名称： 12 级电子课程设计报告 课程设计题目： 串联型二路输出直流稳压正电源电路 学 院 名 称： 信息工程学院 专业： 班级： 学号： 姓名： 评分： 教师： 20 14 年 11 月 29 日电子 课 程 设 计 任 务 书20 14 20 15 学年 第 一 学期 第 1 周 4 周 注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。题目 串联型二路输出直流稳压正电源电路内容及要求设计一串联型二路输出直流正电源，该正电源需达到如下要求：1. 一路输出直流电压 12V；
2、另一路输出 5-12V连续可调直流稳压电源；2. 输出电流 Iom=200mA；稳压系数 Sr0.05；进度安排1.第 1.5周：布置任务、领仪器设备、Protel 制图(原理图，PCB 制图)；2.第 1.52 周：模拟电路、数字电路资料查阅、选择方案；3.第 3周：模拟电路仿真、数字电路仿真、领元器件；4.第 4周：数字电路制作、焊接、调试、验收。学生姓名指导时间：第 14 周 指导地点：任务下达 2014 年 9 月 1 日 任务完成 20 14 年 9 月 26 日考核方式 1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师 系（部）主任摘 要随着科技的发展,电气、电子设备已经在日常、
3、科研、学习等各个方面得到广泛的应用。电源作为电气、电子设备必不可少的能源供应部件，其技术已相对成熟，但其需求日益增多并且对电源的功能、稳定性等各项指标也要求更高。对电源的研究和开发已经成为新技术、新设备开发的重要环节，它对推动科技发展起着重要作用。直流稳压电压电源的设计思路是将 220V，50HZ 市交流电通过变压器降为合适交流电压值，然后经过整流电路将交流电转为直流电，再通过滤波电路滤除直流电中的交流成分，最后通过集成稳压器构成的稳压电路转化为稳定直流电输出。集成稳压器具有体积小、重量轻、安装和调试方便、可靠性和稳定性高等优点。 关键词： 电源 稳压 整流 滤波目 录前 言 .1第一章 设计
4、任务 .2第二章 系统组成及工作原理 .32.1 系统组成 .32.2 工作原理 .3第三章 系统模块设计 .53.1 电路方案设计 .53.2 电路中的参数计算 .63.3 原件选择 .7第四章 电路仿真 .8第五章 电路的组装与调试 115.1 电路安装 115.2 调试 12第七章 结 论 13参考文献 14附 录 15附录一： 原件清单 15附录二： Protel 制图 160前 言随着科技的发展,电气、电子设备已经在日常、科研、学习等各个方面得到广泛的应用。电源作为电气、电子设备必不可少的能源供应部件，其技术已相对成熟，但其需求日益增多并且对电源的功能、稳定性等各项指标也要求更高。对
5、电源的研究和开发已经成为新技术、新设备开发的重要环节，它对推动科技发展起着重要作用。常见的直流稳压电源，大都采用串联反馈式稳压原理，通过调整输出端取样电阻之路中的电位器来调整输出电压。由于电位器阻值变化的非线性和调整的范围窄，使普通直流稳压电源难以实现输出电压的精确调整。本电路就是根据该原理进行的设计。本文旨在梳理直流稳压电源的设计思路，分享自己学习研究过程中的心得，为后人学习设计直流稳压电源提供参考依据。1第 1 章 设计任务设计一串联型二路输出直流正电源，该正电源需达到如下要求：1. 一路输出直流电压 12V；另一路输出 5-12V 连续可调直流稳压电源；2. 输出电流 Iom=200mA
6、；3. 稳压系数 Sr 0.05；2第 2 章 系统组成及工作原理2.1 系统组成本直流电源的电路由如下几个部分组成：2.2 工作原理1. 变压电路变压电路由交流变压器构成，其工作原理比较简单，通常由一个初级线圈和一个次级线圈组成，一般根据副边输出功率来选取变压器2. 整流电路桥式整流电路的工作原理:桥式整流器利用四个二极管，两两对接。输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分 如图 2.2 所示 经过桥式整流后 在负载电阻 RL 上正得到的是同一个方向的单向脉动电压。 图 2.1 桥式整流电路波
7、形变化3. 滤波电路交流电经过整流电路后得到的是脉动直流，这样的直流电源由于所含交流纹波很大，不能直接给电子电路供电。采用电容滤波电路可以大大降低这种交流纹波成份，让整流后的电压波形变得比较平滑。 电容滤波工作原理：3若电路处于正半周，则二极管 D1、D3 导通 变压器次端电压 U2 给电容器 C 充电。此时 C 相当于并联在 U2 上，所以输出波形同 U2 ，是正弦形。在 t1 到 t2 时刻，二极管导电，C 充电， Uo=Uc 按正弦规律变化；t2 到 t3 时刻二极管关断，UC=URL 按指数曲线下降，放电时间常数为 RLC。当放电时间常数 RLC 增加时，t1 点要右移， t2 点要左
8、移，二极管关断时间加长，导通角减小，见曲线 3；反之，RLC 减少时，导通角增加。当 RL很小,即 IRL 很大时，电容滤波的效果不好,见滤波曲线中的 2。然而,当 RL 很大,即 IRL 很小时，尽管 C 较小, RLC 仍很大,电容滤波的效果也很好 ,见滤波曲线中的 3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。 图 2.2 电容滤波变化示意图4. 稳压电路由于稳压电路会因为外界因素发生波动、负载和温度发生变化，滤波电路输出的直流电压会随之发生变化而不稳定。因此，为了维持输出电压稳定不变，还需一个稳压电路。稳压电路所起到的作用是当电网电压、负载、外界环境温度等发生变化时，使输出直流电压不受影响，
9、而维持电压的稳定输出。4第三章 系统模块设计3.1 电路方案设计直流稳压电源是一种将 220V,50Hz 的交流电按照需求转换成直流电的装置。交流电转换成直流电需要经过变压、整流、滤波和稳压这四个环节的操作才能完成，接下来将就如何实现这四个环节进行方案设计。1. 变压电路设计若要获得低电压直流的输出，需先将电网电压的值降到合适的值，再进行下一步操作。本电路使用的降压电路是单相交流变压器，选用的电压和功率依照后级电路的设计需求而定。2. 整流电路设计方案一：采用半波整流电路半波整流电路利用二极管的单向导电性，丢弃了交流电的一半波形，将交流电变换为只有正半周的脉动直流电，造成了很大的资源浪费，此电
10、路仅在小电流电路中使用，此电路不宜采用。方案二：采用桥式整流电路采用桥式整流电路中将四个整流二极管连接成电桥的形式，采用此种连接每个整流二极管承受的反向电压较小，负载电流仅是半波整流电路的一半，且整流后的电压脉动较小，能量利用率高。综合两个方案的利弊，本电路将采用方案二。电路连接图如下图 3.1图 3.1 桥式整流电路3. 滤波电路设计经整流后的电压仍具有较大的交流分量，不能直接输出变为直流电源，必须通过滤波电路将交流分量滤掉。方案一：采用电感滤波电路电感滤波是利用电感对脉动直流的反向电动势来达到滤波的作用，有较好的带负载能5力，但由于有铁芯，笨重、体积大，容易引起电磁干扰，多用于负载电流很大
11、的场合。方案二：采用 RC 滤波电路RC 滤波电路由两个电容一个电阻呈 型连接，由于电阻的作用使得纹波都分担在电阻上，一般电阻越大滤波效果越好，但其过大又会造成压降过大，使得输出电压减小。方案三：LC 滤波电路LC 滤波电路与 RC 电路的区别在于，电感取代了那个电阻，具有带负载能力强和电路纹波小的特点，但也同时具有了电感滤波的缺点。方案四：电容滤波电路电容滤波是利用电容的充放电原理达到滤波的作用，该电路具有电路简单、纹波小、负载电压高等优点。考虑到电感的体积和成本问题，为获得较高的输出电压，将采用电容滤波。 图 3.2 电容滤波电路4. 稳压电路设计经过滤波处理后的电压距离稳定的直流电压还有
12、一定的差距，还需要用一个稳压电路来实现。本电路要求有两路输出，一路恒压输出，一路可调。鉴于这样的设计要求，可以采用三端集成稳压器来进行稳压操作。 3.2 电路中的参数计算设计的电路图见下图 3.3电容 C2 为滤波电容，滤波电容越大，放电过程越慢，输出电压越平滑，平均值越高。但在实际上，电容的容量越大，不但体积越大，而且会使整流二极管流过的冲击电流更大。因此选择 470uF 的较为合适。电容 C3 用于抵消长线传输而引起的电感，其容量可选 1uF以下，故选择 C3 为 0.1uF；电容 C4 改善负载的瞬态响应，其容量可选则 1uF 以下，但若C4 大，则会在稳压器输入端断开时，C4 通过稳压
13、器放电，所以选择 C4=0.1uF。同理可选6择 C4=1uF。图 3.3 设计电路图实验要求输出的电流 Iom=200mA,所以固定端的电阻 R1=12/0.2=60，稳压器输出端和公共端电流恒定不变 I=0.2A,当电阻未接入时 5V=I*R1，当电阻全接入时，12=（R1+R2）*I。由此可得 R3=24，R2 的阻值范围 034。3.3 原件选择变压电路中，变压器选择的是 10:1 的单相变压器整流电路中，整流桥选择的是 w08滤波电路中，滤波电容 C2 选择的是 490uF，C3 选择的是 0.1uF。稳压电路中，根据设计要求，此直流电源的输出电压为 12V，所以三端稳压器选择的是
14、7812，R1 选择的是 60 的定值电阻，R2 选择的是 0-34 的可调点位器，R3 选择的是 24 的定制电阻，C4 选择的是 0.1uF。7第四章 电路仿真电路 multisim 仿真设计图如下：图 4.1 multisim 仿真图1. 固定端输出 12V 仿真（开关闭合）仿真图见下图 4.22. 可调稳压输出仿真（开关不闭合）a. 最小输出 5V仿真图见图 4.3b. 最大输出 12V仿真图见图 4.48图 4.2 固定输出 12V 直流电压图 4.3 最小输出 5V9图 4.4 最大输出 12V10第 5 章 电路的组装与调试5.1 电路安装领取完原件后，先检查一遍元器件，确保各元
15、件都没有问题后将元器件按照电路图从低到高依次焊接。实物如下图所示。图 5.1 实物正面图图 5.2 实物背面图115.2 调试输入 220V,50Hz 的交流电，对电路进行调试，用万用表记录其输出结果，理论值与实际值对比如下：输入电压 固定输出电压 可调输出电压范围理论值 220V，50Hz12V 512V实际值 220V，50Hz11.7V 3.811.7V12第 7 章 结 论在电子技术快速发展的今天，几乎所有电子设备都离不开直流稳压电源，这也是本课题研究的现实意义。由调试结果可知，本设计的测试结果与理论值间具有一定误差，基本满足设计要求。经过分析，出现误差原因主要有以下几点：1. 实测的
16、电网电压并不足 220V,导致输入电压变小2. 元件本身参数不准确3. 万用表内阻造成误差4. 测量时接触点之间存在微小电阻5. 电位器阻值变化的非线性13参考文献1 华成英 模拟电子技术基础 高等教育出版社 2 谢嘉奎 电子线路 高等教育出版社 3 贾 达 数字电子技术基础 化学工业出版社 4 何国栋 Multisim 基础与应用 中国水利水电出版社14附 录附录一：原件清单原件名称 型 号数量（个）变压器 10:1 单相变压器 1桥 堆 W08 1电 容 0.1uF 2电 容 1uF 1电 容 470uF 1电位器 501 1电 阻 10 8电 阻 5 1三端稳压器 7812 1开 关 1插 针 9万用板 115附录二：Protel制图图 1 原理图绘制图 2 PCB 图
