1、中国矿业大学徐海学院电子技术选修课姓 名： 123 学号：22111123专 业：自动化题 目：直流稳压电源的制作与调试设计地点： 电工电子实验室设计日期： 2013 年6月22日成绩：指导教师：电子技术选修课任务书学生姓名 东文华 专业年级自动化11-3班 学号 22111594设计日期：2013年6月19日 到 2013年 6月22日设计题目：直流稳压电源的制作与调试设计内容和要求：1 .设计内容输入交流电（220V/50Hz）;输出 4 路直流电（+5V、+12V、-12V 及+1.25V+14V 可调）。各路直流输出电流A 0.5A纹波电压 50mV具有输出电压指示（发光二极管）2 .
2、设计要求用Multisim仿真整体电路原理图；用Altium designer设计整体电路图；用 Altium designer设计 PCB 板图指导教师签字： 年 月 日摘要：电子设备一般都需要直流稳压电源供电。这些直流电除了少数直接利用 干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳 压电源。在散件的组装过程中除可进一步的学习电子技术外，还可以掌握电子安装工艺，并且通过测试了解仪器的使用方法和学会关于实际电路板的调试技术。本直流稳压电源由变压器、整流电路、电容滤波电路、集成三端稳压器组成。 通过将220V、50Hz交流电降至适合电压，整流成脉动的直流电、经滤波电路变
3、 换成平滑的直流、最终稳定输出5V、 12V以及224V可调直流电压，且输出电 流小于1A。本直流稳压电源具有输出电压比输入电压低，反应速度快，输出纹波较小，工作产生的噪声低等特点，可广泛用于各种电子设备。关键词： 直流稳压电源，整流，滤波，稳压，变压1直流稳压电源设计综述 错误！未定义书签。2晶体管串联型稳压电源 错误！未定义书签。2.1 电路原理图 62.2 电路框图 72.3 直流稳压电源组成 72.4 整流 72.4.1 半波整流 72.4.2 全波整流 92.4.3 桥式整流 102.5 滤波 122.5.1 几种滤波电路 132.5.2 滤波原理 132.5.3 电容滤波电路分析
4、122.6 年急压 142.6.1 常用稳压电路分类 152.6.2 集成三端稳压器稳压电路原理图 152.6.3 集成三端稳压器分类： 162.6.4 常用三端集成稳压器性能 153固定输出稳压电源 错误！未定义书签。3.1 电路原理图 错误！未定义书签。3.2 电路组成 163.2.1 变压电路仿真 错误！未定义书签。3.2.2 整流电路仿真 错误！未定义书签。3.2.3 滤波电路仿真 错误！未定义书签。3.3 工作原理 错误！未定义书签。3.4.1 变压电路 错误！未定义书签。3.4.2 整流电路 错误！未定义书签。3.4.3 滤波电路 错误！未定义书签。3.4.4 稳压电路 224可调
5、输出稳压电源 234.1 电路原理图 错误！未定义书签。4.2 工作原理 245原件选型及型号参数 245.1 变压器选择 错误！未定义书签。5.2 整流滤波电路选择错误！未定义书签。5.3 稳压电路选择 241.1 电压输出测量 241.2 最大输出电流测量 241.3 纹波电压测量 241.4 输出电阻测量 255 .稳压电源实物照片 296 .实际焊接过程中遇到的问题及解决方案 267 .实践小结（收获、体会及建议） 308 .附录1直流稳压电源基本设计方案直流稳压电源是一种将220V交流电转换成稳压输出的直流电的装置， 它需要变 压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。一般由电源变压器、
6、整流滤波电路及稳 压电路所组成，基本框图如下：电源变压器整流电路滤波电路稳压电路图1-1宜流电源的组成图1-1直流稳压电源的组成电源变压器：用来将电网220V的交流电压转换为所需要的电压值送入整流 电路；整流电路：将交流电压变成脉动的直流电压。（但此脉动的直流电压含有较 大的纹波）滤波电路：把脉动的直流电压的纹波加以滤除，从而得到平滑的直流电压。（但这样的电压还随着电网电压的波动、负载和温度的的变化而变化稳压电路：当电网电压波动，负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定2.1 电路原理图图2-1晶体管串联型稳压电源电路原理图2.2 电路框图整流滤波图2-2电路框图过我保 护电路调整电路 IF V
7、T?采样 电路 凡K 凡2.3直流稳压电源组成一个完整的直流稳压电源由如下四部分组成整流由图2-3直流稳压电源组成2.4整流2.4.1半波整流(1)电路组成图2-4半波整流电路组成图(2) 元器件作用图中，T为变压器，其作用是将220V的交流电压变成所需要的直流电压，D是整流 二极管，其作用是将方向变化的交流电变为单相的脉动直流。为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反 向电阻为无穷大。(3)参数计算输出电压平均值(U)、输出电流平均值(I。)1 2 二i 二U0= 2nl Uod(cot) = 2冗 J0 V2U2sinwtd(wt)=2l2U -0.45U2
8、31Io= Uo /RL =0.45 U2 / RL二极管上的平均电流：ID -1 Io2二极管承受的最高反向电压：Udrm =2-.2U2(4)工作原理U2 0 时:二极管导通，忽略二极管正向压降，Uo=U2U2Vh二极管D1、D3导通，D2、D4截止0W0图2-10桥式整流原理图u负半周，VaVb二极管2、4导通，1、3截止， (5)电路波形图2-11桥式整流波形图负半周：图2-12桥式整流波形图2.5滤波2.5.1几种滤波电路图 2-13(a)电容滤波电路(b)电感电容滤波电路(倒L型)(c) n型滤波电路2.5.2 滤波原理 利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特
9、性(电抗元件的 储能作用)，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输 出电压波形的目的。2.5.3 电容滤波电路分析(1)电路组成图2-14电容滤波电路组成(2)元器件作用(3)参数计算(R/Rn1)C(4)工作原理RL未接入图2-15电容滤波电路原理图接入RL时图2-16电容滤波电路原理图u2 uC 时：c充电。二极管D1、D3导通，一方面向RL提供电流，另一方面向(5)电路波形R未接入图2-17电容滤波电路波形图接入RL时图图2-18电容滤波电路波形图2.6稳压2.6.1 常用稳压电路分类常用稳压电路（小功率设备）I稳压管稳压电路线性稳压电路开关型稳压电路电路最简单，但
10、是带负载 较多。能力差，一般只提供基准 电压，不作为电源使用。以下主要讨论线性串联式效率较高，目前用的也比稳压电路。2.6.2 集成三端稳压器稳压电路原理图4-图2-19集成三端稳压器稳压电路原理图2.6.3 集成三端稳压器分类：CW78LXX输出电流最大为150mACW78MXX 输出电流最大为500mACW78XX输出电流最大为1.5A注：型号后XX两位数字代表输出电压值2.6.4 常用三端集成稳压器性能本节主要介绍常用的 W780O（W7900）系列三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体 管稳压电路。性能特点（7800、7900系列）输出电流超过1.5 A （加散热器）不需要外接元件内部有
11、过热保护内部有过流保护调整管设有安全工作区保护输出电压容差为4%输出电压额定值有：士 （5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V）等。2.3电路波形硒.Q -200,01 -0.0 -200.01 TOO。-600.0目45 m667m09.0m111.2mdrlIE vostDM o o o1.0 o,0.0,口20 6 4 2 n.Time S)Channel A nOvannel 630.7m61.1m92.QmTims (S)侬7m153.1m回 2HJECrlannIB vn-talgtDtv 一10.05000-5.05.430 7m9,Qm1227mTime (s)kg
12、Ch-arfiel A 画 LXanl E；2.3.1.变压电路(1)变压器原边和副边波形图 2.3.1.1(2)变压器两个副边波形2.3.2整流电路y 图 2.3.2.1图 2.3.2.2图 2.3.2.32.3.3.滤波电路(1)变压器副边波形与滤波波形(负载开路)图 2.3.3.1(2)变压器副边波形与滤波波形(负载闭合)图 2.3.3.2(3)变压器副边波形与滤波波形(负载闭合，C减小)图 2.3.3.3图 2.3.4 2.4工作原理电路原理：该电路由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成。电网供给交 流电压( 220v, 50Hz)经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压，
13、然后 由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉冲电压，再用滤波器滤去其交流 分量，得到比较平直的直流电压。最后采用稳压电路，以保证输出稳定的直流电压 原理说明：(1)单相桥式整流电路可以将单相交流电变换为直流电；(2)整流后的电压脉动较大，需要滤波后变为交流分量较小的直流电压用来供电;(3)滤波后的输出电压容易随电网电压和负载的变化波动不利于设备的稳定运(4)将输出电压经过稳压电路后输出电压不会随电网和负载的变化而变化从而提 高设备的稳定性和可靠性，保障设备的正常使用；(5)关于输出电压在不同档位之间的变换，可以将稳压电源的电压设置为标准电 压再对其进行变换，电压在档位间的调节可以通过调节
14、电位器来进行调节，从而实 现对输出电压的调节。3电路板设计3.1 原理图的绘制按照第一部分所述原理，利用Altium Desginer 软件进行绘制。汪忠:(1)(2)(3)元器件管脚要正确连接，如 原件标识直观明了。原理图层次清晰。7812,7912的管脚使用区别。图3-1原理图3.2 建立元器件封装库根据所选原件型号，仔细查阅数据手册。根据手册中器件尺寸图，使用正确的 器件封装。汪忠：遇到库中不存在的器件封装，如散热片，手动绘制封装时，需要仔细测量其尺寸。3.3 PCB的绘制要求：布局合理，布线清晰。汪忠：(1)散热片与电解电容距离要适中，防止电容受热老化(2)使用覆铜作为地平面(地线)。
15、图3-2 PCB板4.电路参数测定实物调试好后，进行参数测量4.1 电压输出测量用万用表直流电压档测量各路输出。U1=+5.06V , U2=+12.07V/-11.88V可调的电压范围为1.25V15.42VO4.2 最大输出电流测量外加可调大功率电阻，搭建电流测量电路，由大到小调整电阻，记录输出电流 当电压突然出现跌落时，说明已超过其最大输出电流，应及时断开测量回路。此时 对应的电流即为最大输出电流。电流为 0.6A。4.3 纹波电压测量使用数字示波器，切换至交流输入型，此时采入的波形即为纹波电压，如后图所示,放大波形，读取峰峰值即可稿自且葩m an展阖 晶 lOOMHj图6-1输出电压波
16、形纹波电压指的是一个直流电压中的交流成分。其产生的原因有两点：1.滤波不彻底；2.负载存在波动性。CHIlO.OmVM 250ms11-Apt-12 13108CH 77.6mV10Hz带宽限制 E3 100MHz串oltag曰 JEWla图4-2纹波电压波形如图可知，纹波电压 10mV满足设计要求。经过FFT分析，可知全波整流后, 100Hz处有最大幅值存在，符合电路幅频特性。4.4 输出电阻测量测量输出电阻R。；1、测量a. b点间开 路时的电压记作匚口 82、接好测量回路， 调整滑动变阻器使得 电流接近0.5A,测量 a.、b占间电压,此时5稳压电源实物照片6实际焊接过程中遇到的问题及解
17、决方案本次实验是直流电源的设计与调试，当然就少不了电路板的焊接。虽然之前也 做过焊接实验，但是每次都免不了出现各种状况。 首先是发光二极管，当焊接好后, 发现二极管不亮，经过查找原因，原来是二极管装反了。还有在连接变压器的时候， 线连好后，才发现热缩管没有装上。热缩管起到绝缘的作用，如果没有装上，就很 可能触电，造成危险。焊接要按元器件从低到高的顺序，依次进行。焊点要有光滑 整齐的外观，足够的机械强度以及可靠的电气连接。焊接的过程中，一定要注意安全，正确使用电烙铁，防止被烫伤，以及焊锡的正确使用7实践小结（收获、体会及建议）本次电子工艺实习通过完整的小功率直流稳压电路，并将其分解为电源变压 器
18、、整流电路、滤波电路及其稳压电路。设计了直流稳压电源的解决方案，使能够 独立完成小功率稳压电源设计运算、元器件选择、安装调试及技术指标测试，进一 步加深对稳压电路工作原理、性能指标实际意义的理解，达到提高工程实践能力的 目的。通过这次实验设计，焊接技术得到了提高，比以前更熟练了，焊得更快了，而 且质量更高了，培养了在电路设计中的全局考虑思维，并且锻炼了动手能力，考验 了我们焊接过程中的耐心和毅力。通过亲身的实践，用理论来指导实践，用实践来 验证理论。首先是对照电路图进行焊电路板，说实话，有了上学期的充电器焊接的经验， 这次焊接并没有太生疏，并且我吸取上次焊接的教训，首先焊接小元件，矮元件， 并
19、且尽量将焊锡焊的美观些，避免出现焊锡过多，虚汗漏焊的情况。由于第一次接触Multisim 软件，找器件费了一些功夫，但是最后熟练了也就 好多了，都能快速准确的找到器件并设置好参数。很快就觉得这软件很有用，很值 得学习，可以使我们的工作效率大大提高。还需要更加灵活运用，比如图纸较小， 可以设置图纸，将图纸放大，这样画面就工整美观多了。最后，经过老师的提醒， 把仿真的图进行了微调整，比如二极管的位置对齐，长度一致等。本次直流稳压电源的设计和焊接，让我把以前学过的知识好好复习了一下，也 让我的焊接能力得到了很大的提高，比大一要熟练多了，但是因为自己对学过的模 电、数电和电路知识的不熟，设计过程经过了
20、很多曲折，我们学过了很多理论知识, 但是操作能力还没有得到提高，因此需要将理论和实际相结合所以希望有更多的机 会来锻炼自己，增强动手能力以及学习能力，来更大的提高自己。参考文献1 .康华光，陈大钦，电子技术基础模拟部分。高等教育出版社，19992 .曲学基，王增福，曲敬凯。稳定电源基本原理与工艺设计，电子工艺出版社3 .何希才，张名莉，新型稳压电源及应用实例，电子工艺出版社， 20044 .段九州，电源电路实用设计手册，辽宁科学技术出版社，20025 .康光华。电子技术基础（模拟部分）第五版高等教育出版6 .张志悦.数字电路设计与实用电路7 .韦林.图解模拟电路（M）北京：科学出版社,2006
21、8 .冯军，谢嘉奎.电子线路（第五版）（M）北京：高等教育出版社,20109 .胡炸，姚鹏翼，江思敏.Protel99SE电路设计与仿真教程（M）北京：机械工业出版 社,2010附录附录1Multisim仿真电路原理图AC+SHIDIAN10MOhmU3AC 10MOhmSHIDIAN-U2AC 10MOhmWENBOU6LM7805CT LINEVOLTAGEU5C1C2U4DC 10MOhmC4C3100nF47100nF2200 FOhmU8C8C70MOhmDC 10MOhm100nF2200 FAC9D7Ohm2200 FR4lM317 H%C13100nFDC 10MOhmU11L
22、M7812CTLINEVREGU15LM7912CTLINEVrAGECOMMON”.JC5100nFU12R5D11 1N400,附录2： Altium designer设计的整体电路图附录 3： Altium designer设计 PCB 板图附录4:元器件清单4.1 变压电路元器件清单名称 参数所在库名称 符号市电220v, 50HzAC-POWERpower sourceSource-地GROUND power source220V/双 12V变压器 600mA Basic-TRANSFORMER 1P2S设定匝数18.33:1:1电压表 ACIndicator-VOLTMETER V
23、OLTMETER上示波器双通道仪器栏 Oscilloscope 4.2整流电路元器件清单名称参数所在库名称符号整流二极管1000v, 1ADiodediode1n4007地Source-groundpower source电压表DCIndicator- voltmeter_vVOLTMETER示波器双通道仪器栏Oscilloscope4.3 滤波电路元器件清单名称参数所在库名称符号电角单电容2200uFBasic-CAP electrolit2200uf电容0.1uFBasic-CAP0.iuFACITOR电阻10 QBasic-Res10 Q地Sourcepower sourceGROUND
24、电 gDCIndicator-voltmeter_vVOLTMETER示波器双通道仪器栏Oscilloscope4.4 稳压电路元器件清单名称 参数所在库名称 符号电解电容2200uFBasic-CAPelectrolit470uf.11-电容0.1uFBasic-CAP ACITOR0.1uF电阻470 QBasic-Res470 QSource-地GROUND !power source电压表DCIndicator-VOLTMETER VOLTMETER,q示波器双通道仪器栏OscilloscopekBM 一和稳压器Power-5VVoltage_regulatorLM7805CTJUNE
25、照UWWEMOM发光二 极管Diode-5mALEDLED_red4.5 晶体管串联型稳压电源元件清单序号代号名称规格及型号数量备注1V1-V4,V11VL3二极管1N4OO1(1A/5OT)心A2V5三极管8050 CNPN)1A3V6.V7三极管9013 CKFN)2A4LED1r发光二极管中M红色1A5LED2发光二极管中3绿色1A6Cl电解电容47OU/16V1A7C2电解电容22KL/10V1A8C3电解电容100R/10V1A9RI、R3电阻lKCl/B)2A10R2、R4电阻1、33G&1A11R5、R6电阻150. 2700音1A12R7电咀2200 (1/3)告1A13CT1
26、r电源插头线2A 220V1接变压器AC-AC端14T电源变压器3V 7. 5V1JK15A印制蟆路板（A）大板1JK1617热缩套首3 gl2用于电源线与变压器 抽头处绝缘4.6 固定输出稳压电源元器件清单报格及型号代号数量470uF/25VC1p C7, C12, C1542300uF/25VC2, C5, CIO, C144Q.1uH餐片C3, C4, C6, C8, C11, C13, C16110uF/25VC1711N4M7D1p D2P D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, DIO103nlm 红色 LEDDS1, DS2tDS337805、7812、7912MC1、MC21 MC3者1YK20散热片42P3.96mm睛掳瑞子（弯脚）P1.P323P3.9GmmlS掳湍子（弯脚）P2.AC IN2470、 360RI C R2 R3 ) x Rd各1WXD3-13/4.7KRW11220 V楸12镇压器1电源线1.眯1热缩管43 MB5cm嗣柱M345+54M3XG图头螺丝6M3螺帽（螺目6
