1、 课程设计( 论文)说明书题 目： 可调直流稳压电源 院 （系）： 信息与通信学院 专 业： 微电子学 学生姓名： 湛亚熙 学 号： 0900204131 指导教师： 赵中华 职 称： 实验师 2011 年 12 月 19 日摘 要稳压电源就是能输出相对稳定电压的电压源，也称为稳压器。目前构成稳压电源的方法主要有两种：线性稳压电路和开关型稳压电路。本文将要介绍的就是线性稳压电源。线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源。线性稳压直流电源的特点是：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；效率较低；发热量大，间接地给系统增加热噪声。关键词：分立元件、线性、直流稳压、电源
2、、电路设计。AbstractThe power output voltage is the voltage of the relatively stable voltage source, also known as a regulator. At present the method of a voltage stabilizer basically has two kinds: linear regulator circuit and the voltage type switch circuit. This paper will introduce is linear voltage s
3、tabilizer. Linear regulator earlier use of power supply is a dc voltage stabilizer. The characteristic of linear regulated dc power supply is: output voltage input than low voltage; Reaction speed, output ripple small; the work of the noise is low; Efficiency is lower; Heat is big, indirectly to sys
4、tem increase thermal noise.Key words：Division element; linear; dc voltage; power supply; circuit design.目 录引言 .11 项目设计要求 12 设计构思及理论 12.1 设计思路 12.1.1 设计构思的理论依据 23 系统电路的设计及原理说明 33.1 系统框图及说明 33.2 电路设计说明 43.3 关键元器件的介绍 54 工程设计 75 制作叙述 76 制作叙述 86.1 调试方案： 86.2 测试所用仪器： 87 结论 88 结束语 9谢 辞 10参考文献 11附 录 12桂林电子科
5、技大学课程设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 12 页1引言电子电路要正常工作，电源必不可少，并且电源性能对电路、电子仪器和电子设备的使用寿命、使用性能等影响很大，尤其在带有感性负载的电路和设备(如电机)中，对电源的性能要求更高。实际上就是要求设计一个具有足够调压范围和带负载能力的直流稳压电源电路。该电路的设计关键在于稳压电路的设计，所选器件和电路必须达到在较宽范围内输出电压可调；输出电压应能够适应所带负载的启动性能。此外，电路还必须简单可靠，能够输出足够大的电流。1 项目设计要求本项目要求完成一个分立元件正压线性可调稳压电路的设计，电路中供给的直流电压为 12V，输出电压可调范围：6V10
6、V,由一个滑动变阻器调动，输出电流 Io 不能太小，至少要大于或等于 500mA，即：要求输出电压可调范围在 6V02V，同时输出电流 Io500mA，则说明完成本项目的电路图设计。设计前，要初步了解正压线性可调稳压电路的基本工作原理及主要的作用，熟悉直流、交流稳压电源之间的相同点和不同点，尽可能多地了解会对正压线性可调稳压电路功能造成不良影响的原因。设计过程中，要求掌握 EDA 设计技术，比如基于 PROTEL99 工具或其他的流行 CAD工具的技术。绘制电路原理图及 PCB 图时要求能够运用 PROTEL99 进行描绘，并注意运用 PROTEL99 软件时应注意的细节问题（如：元器件放置好
7、后用 LOCK 先将其锁定再开始布线；元件和走线不能太靠近放；高频数字电路的走线尽量细、短一些等等） 。在绘制好电路图之后要在电脑上进行仿真实验，以确保电路图的准确性。在连接电元器件时要注意区分端口的输入和输出，不要弄混淆以造成不必要的错误。设计结束后，应先到实验室进行调试并记录实验数据，如有错误应查阅资料查找造成错误的原因、提出修改方案及时更正修改。最后要认真分析本项目各阶段过程中所遇到的问题、查找产生问题的原因以及如何解决遇到的问题，最后总结经验教训，避免再次犯相同的错误，并写好最后的课程设计论文。2 设计构思及理论2.1 设计思路首先，因为是用分立元件做电路，电路的设计就不能用 7805
8、 一类的集成芯片，而是需要利用电容电阻，三极管以及稳压管来搭建电路。这样搭建的电路具有小巧，便携的优点，其次要设计的电路是直流电压转直流电压，则不需要变压器的变压，整流桥对交流电的整流、滤波电路等。整理好我们本次作品的设计思路，我们就可以开始设计电路了。桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 2 页 共 12 页2线 性 稳 定 电 源 有 一 个 共 同 的 特 点 就 是 它 的 功 率 器 件 调 整 管 工 作 在 线 性 区 ， 靠 调整 管 之 间 的 电 压 降 来 稳 定 输 出 。设 计 直 流 稳 压 电 路 有 以 下 一 些 指 标 ：1、 输 出 电 压 范 围
9、 ： 符 合 直 流 稳 压 电 源 工 作 条 件 情 况 下 ， 能 够 正 常 工 作 的 输 出电 压 范 围 。 该 指 标 的 上 限 是 由 最 大 输 入 电 压 和 最 小 输 入 输 出 电 压 差 所 规 定 ， 而 其下 限 由 直 流 稳 压 电 源 内 部 的 基 准 电 压 值 决 定 。2、 最 大 输 入 输 出 电 压 差 ： 该 指 标 表 征 在 保 证 直 流 稳 压 电 源 正 常 工 作 条 件 下 ，所 允 许 的 最 大 输 入 输 出 之 间 的 电 压 差 值 ， 其 值 主 要 取 决 于 直 流 稳 压 电 源 内 部 调 整晶 体 管
10、 的 耐 压 指 标 。3、 最 小 输 入 输 出 电 压 差 ： 该 指 标 表 征 在 保 证 直 流 稳 压 电 源 正 常 工 作 条 件 下 ，所 需 的 最 小 输 入 输 出 之 间 的 电 压 差 值 。4、 输 出 负 载 电 流 范 围 ： 输 出 负 载 电 流 范 围 又 称 为 输 出 电 流 范 围 ， 在 这 一 电 流范 围 内 ， 直 流 稳 压 电 源 应 能 保 证 符 合 指 标 规 范 所 给 出 的 指 标 。此 外 还 有 一 些 指 标 ， 如 极 限 指 标 ：1、 最 大 输 入 电 压 ： 是 保 证 直 流 稳 压 电 源 安 全 工
11、作 的 最 大 输 入 电 压 。2、 最 大 输 出 电 流 ： 是 保 证 稳 压 器 安 全 工 作 所 允 许 的 最 大 输 出 电 流 。2.1.1 设计构思的理论依据（1）设计模块图 1 ：基本模块 图 2：输出波形（ 2） 工 作 原 理当 电 网 电 压 升 高 或 负 载 减 轻 ,均 可 引 起 输 出 电 压 U0增 加 ,经 取 样 电 压 分 压 后 ,Uf增 加 ,则 U0=Ub减 小 ,也 使 BJT 的 Ic减 小 ,Uce增 加 ,使 Uo下 降 ,接 近 原 有 值 趋 于 稳 定 ,反 之 亦 然 。（ 3） 输 出 电 压 的 调 节由于深度串联负反馈
12、的特点,I d0,u+u-,即 UzU f通过调节 Rp，我们可以将输出电压调节在既定的范围,当 RP与 R2 的比值为一个适当的比值时，就能够有效的调节电压，若是比值太大，则调节幅度过大，若是比值太小，则调节幅度不明显，不利于输出电压的观察。 桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 3 页 共 12 页3图 3：参考设计电路（4）限流电阻的计算式（1）（ ） +()()+()（5）稳定电压 Uz 与 R2 计算式（2）(1+2+3)*(2+3) (1+2+3)*3可得：式（3）(1+2+3)(2+3) =(1+2+3)3 =3 系统电路的设计及原理说明3.1 系统框图及说明下图为高通滤
13、波器测试的系统框图它是由控制模块和测试模块两部分组成。图5 正压直流稳压电源的系统框图控制模块：主要输出 12V 电压接到测试板上，以启动电路板的工作，进而控制测试板的通断。本模块将控制系统的各模块是否处于正常的工作状态，对测试板的测试有重要的作用。测试前，可先输入一个比较小一点的电压测试电路的好坏，以免硬件被烧坏。控制模块 测试模块桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 4 页 共 12 页4测试模块：本模块主要由自己设计制作的实验板以及一台万用表构成，信号电压通过测试板然后用万用表测出读数，使万用表显示输出信号的相关信息（输出电压及输出电流）。测试时，应该及时记下所测到的数据，以便随
14、后的实验数据分析使用。3.2 电路设计说明根据正压直流稳压电源的设计原理以及原理草图，并结合国家相关的图纸有关规定，得出以下的电路原理图。下图是用 PROTEL99 所画出模块完整的电路原理图：图 6 电路原理图原理图分析：分立元件的可调直流稳压电源，电路比较简单。电压连续可调 ,R3 和 R2 组成取样电路，因放大倍数有限,内阻比用集成电路要大,虽然增加三极管可加大放大倍数、降低内阻，但电路会变得复杂。绘制好原理图之后就可以着手制作电路板。首先是根据原理图得出电路线路的 PCB图。对于 PCB 图的绘制最重要是布线，布线的注意事项详细见 4、工程设计中对 PCB 图设计的描述。下图为根据电路
15、原理图得出的电路 PCB 图（由 PROTEL99 绘制而得）：桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 5 页 共 12 页5图 7 电路 PCB 图3.3 关键元器件的介绍本电路的核心器件为：滑动变阻器 Rp的作用：根据 U=IR，在 I 不变的条件下，通过调节滑动变阻器阻值的大小，可以达到控制输出电压大小的目的。三极管：三 极 管 是 一 种 控 制 元 件 ， 主 要 用 来 控 制 电 流 的 大 小 ， 三 极 管 在 放 大 信号 时 ， 首 先 要 进 入 导 通 状 态 ， 即 要 先 建 立 合 适 的 静 态 工 作 点 ， 也 叫 建 立 偏 置 ，否 则 会 放
16、大 失 真 。 在 三 极 管 的 集 电 极 与 电 源 之 间 接 一 个 电 阻 ， 可 将 电 流 放 大 转 换 成电 压 放 大 。以 下 列 举 用 到 的 两 三 极 管 管 脚 图 以 及 一 些 参 数图 8 8050 NPN 三 极 管 管 脚桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 6 页 共 12 页6耗 散 功 率 ： 0.625W（ 贴 片 ： 0.3W） 集 电 极 电 流 ： 1.5A 基 极 电 压 ： 40V 发 射 极 击 穿 电 压 ： 25V 发 射 极 饱 和 电 压 ： 0.6V 特 征 频 率 f ： 最 小 150MH 按 三 极 管 后
17、 缀 号 分 为 B C D 档 放 大 倍 数 B85-160 C120-200 D160-300 L100-200 H200-350管 脚 排 列 顺 序 ： E、 B、 C图 9：TIP41C 引脚图为硅型 NPN 三极管，主要用作低频或高音放大、功率放大等，极限工作电 100V，最大电流允许值 6A，最大耗散率 65W，封装为直插式封装 TO-220。TIP41C 在本设计电路中起到调整管的作用。在输出电流变化时 ,由于采用了具有负反馈作用的集一基偏置，保证了管压降不变 ，只有在输出电压发生变化时，经反馈网络将输出电压的变化反馈到调整管的基极 ,控制基极电位 ,使调整管的压降发生必要的
18、变化 ,从而保持了输出电压不变表 一 （ 元 件 清 单 ） ：说 明 型 号R1 固 定 电 阻 510KR2 固 定 电 阻 1KR4 固 定 电 阻 1kR3 滑 动 电 阻 5.5KQ1 NPN S8050Q2 NPN TIP41C1 电 解 电 容 100uFD1 稳 压 管 3V桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 7 页 共 12 页74 工程设计本设计的原理图、PCB 图均采用 PROTEL99 进行绘制，在绘制过程中应注意的问题有：（1）原理图常见错误：a. 创建封装时给管脚定义了 I/O 属性；b. 创建元件或放置元件时修改了不一致的 grid 属性，管脚与线没有连
19、上；c. 创建的工程文件网络表只能部分调入 PCB：生成 netlist 时没有选择为 global（2）PCB 的设计流程分为网表输入、规则设置、元器件布局、布线、检查、复查、输出六个步骤；（3）设计 PCB 版图先应考虑的问题：a. 先放置与结构有关的固定位置的元器件，这些器件放置好后用软件的 lock 功能将其锁定，使之以后不会被误移动。再放置线路上的特殊元件和大的元器件，最后放置小器件；b. 元器件和走线不能太靠边放；c由于本次设计是有关高通滤波器的电路，所以高频数字电路走线尽量细一些、短一些；d走线拐角尽可能大于 90 度，杜绝 90 度以下的拐角，也尽量少用 90 度拐角；5 制作
20、叙述在绘制 PCB 图之前就应该确定好电路中芯片的构成，不要混淆芯片引脚的输入跟输出；由于本项目是关于高通滤波器的设计，所以器件、走线不能太靠近，而且布线要尽量细、短一点，使线路对器件的不良影响尽量减少；但是布线细短与器件间的距离和制作工艺是相矛盾的，布线越细，将电路图附板子上的时候线路就就容易断，也更容易产生别的线路问题，特别是在钻孔的时候，布线过小则很容易将电路截断；再加上线路小了，焊接器件的时候也容易将器件的引脚接在一起，从而发生错误造成实验结果达不到预期的目的。因此要权衡好两者的关系，使制作出来的电路不仅美观易懂，而且更加实用不易产生线路的不良影响，效果最好。在本次电路板的制作过程中，
21、让我印象最深的错误就是将电路 PCB 图附到铜板上的时候由于不注意，使得电路线断开，使得最后只能重新重复电路线附铜板的过程。通过这次的制作，能使我吸取教训，在以后的电路板制作过程中更多地注意细节性的问题，不再犯重复的错误。6 制作叙述6.1 调试方案：将所设计的电路接上一台稳压直流电源，作用是输出 12V 的直流电压，随后调动桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 8 页 共 12 页8滑动变阻器的阻值，并且用万用表测出输出电压 U0输出电流 I0，记录不同输入电压范围内的输出电压和电流值，做成表格。6.2 测试所用仪器：一、一台实验室的直流稳压电源，负责输出需要的电压。二、万用表一台，
22、供测量输出电压电流使用。表二（实验数据）：输入电压(单位：V) 输出电压(单位：V)12 5.6711.9112 5.6511.2012 5.6611.0212 5.6511.8712 5.6611.6712 5.6511.5312 5.6511.3512 5.6611.1312 5.6611.6912 5.6511.106.3 实验分析：由所测的数据可知，所设计的直流稳压电路在输入为 12V 时，其可调电压范围为5.65V11.91V，可调范围比目标范围要大（目标可调范围：6V10V）故可以实现功能。此外，在输出处外接一 10 欧姆的电阻，测得输出电流范围为 565mA1.191A 之间，大
23、于目标电流的 500mA,故基本符合目标要求，设计电路成功。7 结论在实际做成的电路板中，由于设计的电路稍微有些误差，导致输出数值与设计指标有些出入。设计的电路如下图：桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 9 页 共 12 页9图 9 设计的电路串联反馈型晶体管稳压电路如上图所示。图中，U i为电网电压经变压、整流、滤波后的输出电压值；VT 1为调整管，VT 2为放大管，VD 为稳压管，内阻为 r。假设，VT 1的参数为 rbe1， 1；VT 2的参数为 rbe2， 2。 求输出电阻时，负载应该开路(R L=)，输入端的信号源若为定势源时，视信号源处短路(Us=0，但保留 Rs)；若为
24、恒流源时，视信号源处开路(Is=0，但保留 Rs)。由输出端加电压 Us，得到电流 Is，于是可求得输出电阻.用以衡量稳压电源稳压特性的指标是质量指标。在电子线路中常用的质量指标有稳压系数输出电阻和纹波电压等。对于稳压电源来说，稳压电源的输出电压越稳定、输出电阻越小、稳压系数越低，稳压电源的稳压效果就越好。8 结束语这次进行的课程设计给我留下了太多记忆深刻的东西，学到了很多课本上学不到的知识。首先，这次课程设计，让我了解了不少有关直流稳压电源的相关知识，也让我对一些分立的元器件有了更深层次的认知，直流电源是我们生活、社会生产和国防事业中相当重要的电子器件，值得我们深入研究其次，我能够运用数字电
25、路，模拟电路等学科所学的知识，并结合网络，图书馆搜集到的各种各样的材料，进行分析，比较，取舍，对整体电路的各部分功能有了一个深入的了解。了解了直流稳压的方法，加深了对电路的理解。另外，通过亲自动手进行电路板的焊接，了解了电路板制作的基本过程。最后也学会了写论文的基本格式及写论文的方法。再次，这次课程设计使我有了一次通过理论联系实际，来解决实际问题的经历，它培养了自己分析问题，解决问题的能力，以及上网检索信息的能力。其实学到的知识其实是次要的，重要的是我们探索知识的过程，这个过程便是一个人自主学习能力的体现，它将影响着我今后的发展。桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 10 页 共 12
26、页10谢 辞本课程设计的顺利完成，首先得益于一路辅导本人的课程设计指导老师赵中华老师。是赵老师细心的与我们讲解、耐心的同我们沟通，本人才能顺利完成课程设计一的各方面工作，再一次的衷心感谢赵中华老师。其次，则得益于大学几年来一路授予本人知识的所有老师，使本人有了完成论文所要求知识的积累；使本人有能设计出方案并调制成功的能力。在此对所有老师表示感谢。再次，则得益于周围热心帮助本人的同学们。正是有同学们的帮助，本人才能在完成课程设计过程中感到轻松，让本人感觉到制作课程设计是一件很快乐的事情。在与他人的交流和讨论中我受益匪浅，同时也被同学们刻苦钻研的精神所深深感染。乐于助人，耐心的解答我提出的问题，对
27、我的课程设计论文提出了许多中肯的修改意见，并对一些技术上的细节给予了很大的帮助。最后，再次感谢所有对此课程设计提供帮助的各位导师，同学们！桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 11 页 共 12页11参考文献1 华英成 模拟电子技术基础. 北京，高等教育出版社，2006 年.2 陈大钦 电子技术基础实验. 武汉，华中理工大学电子，2007 年.3 夏路易 电路原理图与电路板设计教程. 北京，北京希望电子出版社，2002 年.4 马建国 电子系统设计. 北京，高等教育出版社，2005 年.6 谢智伟 全国大学生电子设计竞赛训练教程. 北京，电子工业出版社 ，2006 年. 7 黄智伟 全国大学生电子设计竞赛训练教程. 北京，电子工业出版社 ，2005 年.8 谢自美 电子线路设计(第二版). 武汉，华中理工大学出版社，2002 年.9 陈有卿. 实用电子制作精选. 北京：机械工业出版社，1994.1110 任致程，凌红武. 电子制作工艺技巧. 北京：人民邮电出版社，199911 电子电路百科全书编辑组. 电子电路百科全书.北京：科学出版社.198812 张凤言.电子电路基础.北京：高等教育出版社，1995桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 12 页 共 12页12附 录图 10 分立元件正压线性直流稳压电源原理图图 11 分立元件设计
