1、目 录引言 11 设计目的及要求 .21.1 设计目的 21.2 设计要求 22 设计原理及其方案比较 .22.1 方案一 22.2 方案二 32.3 方案比较与实施方案 33 单元电路的设计 .43.1 电源变压器 43.2 整流电路 43.3 滤波电路的设计 53.4 稳压电路的设计 64 电路仿真与电路板制作 .74.1 模拟仿真 74.2 焊接和实物 74.2.1 焊接 84.2.2 电路实物图 94.2.3 硬件调试 95 总结思考与致谢 10参考文献 .10附录一 电路原理图 .11附录二 元器件清单 .121引 言在电子电路中，电子系统都要求用稳定的直流电源，日用电器通常都需要电
2、压稳定的直流稳压电源供电，而人们在日常生活中都使用 220V 交流电源，因此，需要将交流电变换成直流电。将交流电压变换为直流电压并使之稳定的设备就是直流稳压电源，它主要由电源变压器，整流电路，滤波电路及稳压电路四部分组成。 本文介绍了一种采用 7812，7912 系列稳压器实现功能，融入了整流桥式的整流作用以及电容的滤波作用，共同实现多路直流稳压电源的输出。主要阐述如何使用以上集成芯片完成对生活中经常要用到小功率稳压电源的设计，其中对包括参数的选取、实际情况对电路的影响的解释，以及对今后设计同类电路的总结。在设计过程中主要运用 Multisim 进行软件仿真，展现了 Multisim在硬件设计
3、过程中的强大功能。其便捷性对我们今后的硬件设计提供了重大帮助!关键词：单相桥式、稳压电源、Multisim、滤波0多路输出直流稳压电源1 设计目的及要求1.1 设计目的1、通过集成直流稳压电源的设计，安装和调试，学会选择变 压器、整流二极管、滤波电路、集成稳压器及相关元器件设计直流稳压电源；2、掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。1.2 设计要求1、要求设计制作一个多路输出直流稳压电源，可将 220V/50HZ 交 流电源输出12V直流电压；2、选定电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数，选择正确的元器件、并画出总体电路原理图，阐述基本原理；3、用 protel 99
4、 画出电路原理图，并用 multisim 对电路进行仿真；4、安装调试后焊接并书写课程设计报告书。2 设计原理及方案比较2.1 方案一多路输出直流稳压电源的设计需要电源变压器，整流电路，滤波电路及稳压电路四个部分，基本框图和各部分相对应的波形图如图 2-1 所以：图 2.1 基本框图和各部分相对应的波形图1、电网供电电压交流 220V(有效值)50Hz ，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。2、降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大） 。3、脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份1滤掉，保留其
5、直流成份。4、滤波后的直流电压，再通过 7812，7912 稳压器实现功能，得到基本不受外界影响的12V 稳定直流电压。2.2 方案二多路输出直流稳压电源的设计需要电源变压器，整流电路，滤波电路及稳压电路四个部分，基本框图和各部分相对应的波形图如图 2-2 所以： 图 2.2 基本框图和各部分相对应的波形图1. 电网供电电压交流 220V(有效值)50Hz ，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。2. 降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大） 。3. 脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，
6、保留其直流成份。4. 滤波后的直流电压，再通过可调式稳压器实现功能，得到基本不受外界影响的稳定直流电压。2.3 方案比较与方案实施2.3.1 方案比较方案一与方案二相比较主要是最后稳压电路所用稳压器的不同；方案一用7812，7912 四个稳压器，得到四个输出端分别输出12V 稳定直流电压；方案二是得到可调的直流稳压电压。依据设计要求综合考虑之后决方案一较为贴近设计要求。2,3.2 方案实施本次设计首先，根据根据以上的方案一设计思路估计初步的参数值，然后画出草图；其次，在 protel 99 中华出原理图；然后，在 Multisim 软件中进行仿真，在仿真过2程中不断地调节参数已达到最理想的效果
7、，并根据出现的最好结果最终确定参数值；最后，画 PCB 图，在实验室进行硬件仿真，调试出结果后，就开始电路板制作。3 单元电路的设计3.1 电源变压器图 3.1 电源变压器部分仿真图1、电源变压器：是降压变压器，它将电网 220V 交流电压变换 成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。2、选择电源变压器因为我们现在选择的三端稳压器 7812,7912 的要求的输入电压与输出电压差至少要有 4V 的区别，我们现在选最大的输出的电压为 12V，则三端稳压器输入端得电压至少得为 V2=12+4=16V，我们现在手头上有一 220V-18V 的变压器，理论上该变压器经
8、整流滤波后的电压为：V=1.414U=1.414*18=25.45216。3.2 整流电路 t0234Ut23ou图 3.2 整流电路图 3.3 输出波形31、整流电路：利用单向导电元件，把 50Hz 的正弦交流电变换成脉动的直流电。2、在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即 。电路中的每只二极管承受的最大反向电压为 (U2 是变压器副边电压有效值) 。U3、选择整流电路中的二极管变压器的副边电压 U2=18V查手册选整流二极管 1N4001，其参数为：反向击穿电压 UBR=50V17V，但由于货源的原因，只买到 1N400
9、7，它与 1N4001 只存在反向击穿电压不同，为1000V,所以可以用 1N4007 来替换 1N4001 进行变压器及单相桥式整流电路部分仿真。3.3 滤波电路 图 3.4 滤波电路部分仿真图1、滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。2、 在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：U o1=(1.11.2)U 2，直流输出电流：（I 2 是变压器副边电流的有效值。 ） ，稳压电路可选集成三端稳压器电
10、路。3、滤波电路中滤波电容的选择滤波电容的选择应根据其所在回路的时间常数及其所能承受的耐压值来确定，电容5.1Io12ofI4的值应满足：C(T*I)/(2U),一般选择电容的值为 C=(3-5)(T*I)/(2U).其中 T 为输入正弦信号的周期，我们现在用的市电频率都为 50Hz,故有其周期为 T=1/f=0.02s,I 为三端稳压器的最大输入电流，U 为三端稳压器的最小输入电压（ 14.5V） ，带入各项计算的：C=2758uF,经过调试与仿真，我们最终确定用 2200uF 电容。注意：因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，所以稳压器的输入、输出端常
11、并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。3.4 稳压电路稳压电路主要由 78 系列（输出正电压）和 79 系列（输出负电压）构成。通常表示电压大小，根据设计要求选择：LM7812 和 LM7912 两个三端稳压器，构成两个输出端；4 电路仿真与电路板制作 4.1 电路仿真图1、电路变压器部分仿真图及电压输出波形图 4.15图 4.1 电路变压器部分仿真图及电压输出波形图2、变压器及单相桥式整流电路部分仿真图及电压输出波形图 4.2图 4.2 变压器及单相桥式整流电路部分仿真图及电压输出波形1、整理电路仿真图及输出电压值图 4.3图 4.3 整理电路仿真图及输出电压值图4.2 焊接与
12、实物4.2.1 焊接6首先准备好电路图里所需要的元器件，以及焊接所需的电烙铁、锡丝、松香、钳子、接线头、吸筒和若干导线。然后按照电路图在万能板上按顺序和空间大小摆好元器件，力求做到上下对称。摆好元器件后，就可以开始焊接了。焊接过程中要注意相近的引脚之间的距离，不要把相邻的引脚焊到一起，避免出现短接的情况。其次由于变压器的功率稍大，因此两个三端稳压器 LM7812和 LM7912需要加上散热片，以免电流过大而烧坏三端稳压器。焊好后还需要仔细检查，看是否有导线漏连了或是连错了。焊好后的实物图如下所示。4.2.2 多路输出直流稳压器实物图4.47图 4.44.2.3硬件调试电路调试原理：1 检查电路
13、是否连接正确，是否有短路、断路现象。2 在地线中接入一个保险丝，防止电路有问题而损坏变压器。3 连接电源，在确认电路没有问题（电容不发热、保险丝没有断等）后，用万用表测量输出端的输出电压。根据以上原理，焊接好电路以后，用万用表测得输出电压分别为-12.13V、+12.13V 基本符合设计要求 。与电路仿真结果相比，实际连接电路后的测试结果更接近理论值，误差也更小。说明了硬件电路的正确性，从而说明此次模拟电路课程设计基本成功，也说明了在实际情况中会出现与软仿真不完全符合的结果，仿真结果和实际结果之间总会有误差存在，这就要求我们在实际的焊接过程中适当的更改在软件仿真时所选择元件参数以达到更加理想的
14、结果，当然误差是不能避免的，一定8的误差也是工程所允许的。5.总结思考与致谢本次课程设计至此已经接近尾声，虽然时间不是很充裕，但在电子技术课程设计过程中收获颇丰。由于电路的设计的要求明确，需要通过翻阅复习以前学过的知识确立了实验总体设计方案，然后逐步细化进行各模块的设计；其次，就要根据设计的草图进行仿真，在电路仿真的过程中总会出现一些问题，考验我对仿真软件的操作熟悉度，使得我在仿真中逐步完善自己的电路图。然而，此次课程设计让我感受最深的是在焊接电路板时遇到的问题由于对实际元件及其焊接方法了解，因而在焊接实物时出现了短接。在经过了耐心和长时间的排错后终于发现错误所在，LM7812 和 7912
15、的引脚在初次焊接时不小心焊到了一起，在检查后重新焊接，焊好后又发现 7912 的引脚功能和对应引脚配对出现了错误，在阅读了相关资料后发现 7912 的 1 脚应该是接地，2 脚和 3 脚分别对应接输入和输出。整个设计期间花费了自己大量的时间和精力，之前仿真图几度不成功，输出电压正负不对或者输出电压值过高或过低，不过令人庆幸的是最终还是找到了错误，所以这两周下来，我们对电路故障的排查能力有了很大的提高；再次，通过此次课程设计，我们对设计所用到的软件如 multisim 和 protel 99 有了更加深刻地了解，体会到软件在硬件设计中的重要作用，其便捷性更是深有体会。这对我们以后的工作和学习的帮
16、助都很有用处。感谢学校给我们这次机会，锻炼了我们的动手能力。通过这次课设让我明白了理论和实际操作之间差距，让我知道了在今后的设计中对于这些仿真、原理软件的熟练操作的重要性，而且也让我很明确得意识到自己在模电上有很多的知识漏洞，以后应该多钻研。与此同时深刻体会到对元件结构精确了解的重要性。最后，衷心的感谢宁志刚指导老师在设计过程中对我的的耐心辅导以及其他同学的帮助!9参考文献1 康华光电子技术基础（模拟部分）第五版M北京：高等教育出版社，2006.12 吴友宇模拟电子技术基础M北京：清华大学出版社，2009.5 3（日）尾崎弘电子电路模拟部分M北京：科学出版社，20044（日）藤并信生电子实用手册J北京：科学出版社,20015 庄俊华Multisim9 入门及运用M北京：机械工业出版社，2007.7附 录附录一：电路仿真图与原理图10附录二:实物元器件清单序 号 类 型 数量1 2209 变压器 12 整流桥 13 电容 1000uf 24 电容 104 25 电容 220uf 26 电容 330nf 27 三端稳压管 7812 18 三端稳压管 7912 19 电阻 8k 210 接线头 1电气工程及其自动化二一二年十二月二十一日
