1、I长 沙 学 院课 程 设 计 说 明 书题目 双路输出直流稳压电源系(部)专业(班级)姓名学号指导教师起止日期 2013/12/16-2013/12/26II模拟电子技术课程设计任务书（14）系（部）：电子与通信工程系 专业：电子信息工程 指导教师：陈希课题名称 双路输出直流稳压电源设计内容及要求1、设计一个双路输出的集成稳压电源，其中一路为固定输出 5V、1A ；另一路为可调输出 915V、1A；2、输出纹波电压小于 5mV，稳压系数小于 0.5%，输出内阻小于 0.15设计工作量1、系统整体设计；2、系统设计及仿真；3、在 Multisim 或同类型电路设计软件中进行仿真并进行演示；4、
2、提交一份完整的课程设计说明书，包括设计原理、仿真分析、调试过程，参考文献、设计总结等。起止日期（或时间量） 设计内容（或预期目标） 备注第一天 课题介绍，答疑，收集材料第二天 设计方案论证第三天 进行具体设计第四天 进行具体设计进度安排第五天 编写设计说明书指导老师意见年 月 日教研室意见年 月 日III长沙学院课程设计鉴定表姓名 周斌 学号 2012044106 专业 电子信息工程 班级 一班设计题目 双路输出直流稳压电源 指导教师 陈希 刘亮 龙英指导教师意见：评定成绩： 教师签名： 日期： 答辩小组意见：评定成绩： 答辩小组长签名： 日期： 教研室意见：最终评定等级： 教研室主任签名：
3、日期： 说明 课程设计成绩分“优秀” 、 “良好” 、 “中等” 、 “及格” 、 “不及格”五等。IV目录目录 .IV摘要 .1绪论 .1一、设计目的 .2二、设计任务及要求 .2三、双路输出直流稳压电源设计思路 .2四、设计原理 .21、直流稳压电源的基本原理 .3五、 电路相关元件及电路指标简介 .41、LM317 集成稳压器的特性简介 42、 LM7805 稳压器的性能 63、 稳压电源的技术指标 .74、 串联型稳压电路的主要特点 .7六、 电路原件选择 .81、选择电源变压器 .82、选择整流电路中的二极管 .83、集成三端稳压器 .95、滤波电路中滤波电容的选择 .10七、用 M
4、ultisim 软件仿真 101 实验原理图仿真 .102 仿真结果 .10八、总结与体会 .11九、参考文献 .130摘要随着科技的发展，电气、电子设备已经广泛的应用于日常、科研、学习等各个方面。电源作为电气、电子设备必不可少的能源供应部件，需求日益增加，而且对电源的功能、稳定性等各项指标也提出了更高的要求。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，在推动科技发展中起着重要作用。本设计主要用串联型稳压电路设计直流稳压电源，通过相关知识计算出各电路中各个器件的参数，使电路性能达到设计要求中的电压调整率，电流调整率，负载调整率，纹波电压等各项指标。绪论电源技术是一门实践性很强的工程
5、技术，服务于各行各业。当今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。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。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。电源可分为交流电源和直流电源，它是任何电子设备都不可缺少的组成部分。交流电源一般为220V、50Hz 电源，但许
6、多家用电器设备的内部电路都要采用直流电源作为供电能源，如收音机、电视机、带微处理器控制的家电设备等都离不开这种电源。直流电源又分为两类：一类是能直接供给直流电流或电压的，如电池、蓄电池、太阳能电池、硅光电池、生物电池等，本文不做具体介绍；另一类是将交流电变换成所需的稳定的直流电流或电压的，这类变换电路统称为直流稳压电源。现在所使用的大多数电子设备中，几乎都必须用到直流稳压电源来使其正常工作，而最常用的是能将交流电网电压转换为稳定直流电压的直流电源，可见直流稳压电源在电子设备中起着主要作用，为设备能够稳定工作提供保证。220V、50HZ 的单向交流电源经电源变压器降压后，再经过整流滤波可获得低电
7、压小功率直流电源。然而，由于电网电压可以有10%变化。为此必须将整流滤波后的直流电压由稳压电路稳定后再提供给负载，使负载上直流电源电压受上述因素的影响程度达到最小。直流电源电压系统一般由四部分组成，它们分别是电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路。1一、设计目的1、学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。2、学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。3、培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。二、设计任务及要求1、设计一个双路输出的集成稳压电源，其中一路为固定输出 5V、1A ；另一路为可调输出915V、1A；2、输出纹波
8、电压小于 5mV，稳压系数小于 0.5%，输出内阻小于 0.15三、双路输出直流稳压电源设计思路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，保留其直流成份。4、滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给电压表。四、设计原理21、直流稳压电源的基本原理直流稳压电源是一种将 220V 工频交流电转换成稳压输出的直流电的装
9、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、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下：其中，（1）电源变压器：是降压变压器，它的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器的变比由变压器的副边按确定，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n，式中n是变压器的效率。（2）整流电路：利用单向导电元件，将50HZ的正弦交流电变换成脉动的直流电。（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分滤除。滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。 3（4）稳压电路:稳压管稳压电路其工
10、作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。在本次课程设计中我准备采用串联型稳压电路，集成稳压器选用 LM317 与 7805，电源变压器选用双1525。由于输入电压 u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压 UI会随着变化。因此，为了维持输出电压 UI稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单
11、等优点。集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。本课程设计中采用三端可调稳压器 LM317。五、 电路相关元件及电路指标简介1、LM317 集成稳压器的特性简介LM317 可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压. 不过它只能连续可调的正电压,稳压器内部含有过流,过热保护电路;由一个电阻 (R)和一个可变电位器(RP)组成电压输出调节电路,输出电压为:Vo=1.25(1+RP/R).由此可见此稳压器的性能和稳压稳定都比较好,所以此此方案可选,此电源就选用了 LM317 三端稳压电源.
12、三端可调稳压器的输出电压可调，稳压精度高，输出波纹小。其一般的输出电压为 1.2535V 或-1.25-35V。比较典型的产品有 LM317 和 LM337 等。其中 LM317 的输出电压范围是 1.2V 至 37V ，LM337 的输出电压范围是 -1.2V 至 -37V，负载电流最大为1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM317/LM337 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。特性简介可调整输出电压低到 1.2V 。保证 1.5A 输出电流。典型线性调整率 0.01%。典型负载调整率 0.1%。480d
13、B 纹波抑制比。输出短路保护。过流、过热保护。调整管安全工作区保护。标准三端晶体管封装。电压范围 输入输出最小压差降为 0.2VLM317/LM337 1.25V 至 37V 连续可调。LM317 与 LM337 集成稳压器的特性满足设计要求的输出电压 Vo：1.25 - 12V 连续可调。封装形式TO-220 塑料封装，TO-3 铝壳封装，TO-202 塑料封装，TO-39 金属封装图 3 TO-220 塑料封装图图 4 TO-3 铝壳封装图图 5 TO-39 金属封装图图 6 是三端可调输出集成稳压器的一般应用电路。电路中的 R1、R2 组成可调输出的电阻网络。为了能使电路中的偏置电流和调
14、整管的漏电流被吸收，所以设定 R1 为 120240 欧姆。通过 R1 泻放的电流为5510mA。输入电容器 C1 用于抑制纹波电压，输出电容器 C2 用于消震，缓冲冲击性负载，保证电路工作稳定。由于加外接保护电路 C2 的存在，容易发生电容器发电而损坏稳压器。若有外接保护二极管 D2，电容器C2 放电时，D1 导通钳位，使稳压器得到保护。D1 是为了防止调节端旁路电容器 C3 放电时而损坏稳压器的保护二极管。旁路电容器 C3 也是为了抑制波纹电压而设置的。当 C3 为 10uF 时，能提高纹波抑制比15dB。LM317图 6 LM317 应用电路图1，2 脚之间为 1.25V 电压基准。为保
15、证稳压器的输出性能，R1 应小于 240 欧姆。改变 R2 阻值即可调整稳压电压值。D1，D2 用于保护 LM317/337。这类稳压器是依靠外接电阻来调节输出电压的,为保证输出电压的精度和稳定性，要选择精度高的电阻,同时电阻要紧靠稳压器，防止输出电流在连线上产生误差电压。三端可调式稳压器的典型应用电路的输出电压为:LM317 的 VREF=1.2V，Iadj=50mA，由于 IadjI1，所以2、LM7805 稳压器的性能三端固定式稳压器，其正输出为 78XX（后两位代表输出的额定稳压值）系列，负输出为 79XX 系列，常见的有 05、06、08、09、12、15、18、24 八种，一般要求
16、最小的输入、输出电压差（UiUo）为 23V，最大输出电流有 0.1A（78L12）,0.3A (78M12)和 1.5A（7812）等多种，设计要求输出 5V 1A 电流，选择6LM7805 型稳压器。3、 稳压电源的技术指标稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，如输出电压、输出电滤及电压调节范围；另一类是质量指标，反映一个稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。4、 串联型稳压电路的主要特点1稳定性好当输入电压 Usr （整流、滤波的输出电压）在规定范围内变动时，输出电压 Usc 的变化应该很小一般要求。 由于输入电压变化而引起输出电压变化的程度
17、，称为稳定度指标，常用稳压系数 S 来表示： S 的大小，反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。在同样的输入电压变化条件下， S 越小，输出电压的变化越小，电源的稳定度越高。通常 S 约为 。2.输出电阻小负载变化时（从空载到满载），输出电压 Usc ，应基本保持不变。稳压电源这方面的性能可用输出电阻表征。输出电阻（又叫等效内阻）用 rn 表示，它等于输出电压变化量和负载电流变化量之比。 7805 7812 7905 7912输入电压范围 Ui +7V+35V +14V+35V -7V-35V -14V-35V输出电压 Uo 5V 12V -5V -12V电压调整率/mV Su 50 120
18、 50 120电流调整率/mA Si 600 140 500 180最小压差 Ui-Uo 2V 2V -2V -2V型 号参数值参 数 名 称 、 符 号7rn 反映负载变动时，输出电压维持恒定的能力， rn 越小，则 Ifz 变化时输出电压的变化也越小。性能优良的稳压电源，输出电阻可小到 1 欧，甚至 001 欧。3.电压温度系数小当环境温度变化时，会引起输出电压的漂移。良好的稳压电源，应在环境温度变化时，有效地抑制输出电压的漂移，保持输出电压稳定，输出电压的漂移用温度系数 KT 来表示.4.输出电压纹波小所谓纹波电压，是指输出电压中 50 赫或 100 赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示
19、。经过稳压作用，可以使整流滤波后的纹波电压大大降低，降低的倍数反比于稳压系数 S 。6、电路原件选择1、选择电源变压器1、确定副边电压 U2：电源变压器 T 的作用是将电网 220V 的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压 Ui。实际上，理想变压器满足 I1/I2=U2/U1=N2/N1=1/n，因此有 P1=P2=U1I1=U2I2。变压器副边与原边的功率比为 P2/ P1=，式中 是变压器的效率。根据输出电压的范围，可以令变压器副边电压为 22V，即变压系数为0.1。2、选择整流电路中的二极管因为变压器的副边电压 U 2=22V桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为： U2=31
20、.1V桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为： 查手册选整流二极管 IN4001,其参数为：反向击穿电 VBR1.310最大整流电流故选择二极管 IN4001 作为整流二极管83、集成三端稳压器可调输出的集成稳压器是在固定输出集成稳压器的基础上发展起来的，这种集成稳压器，在集成芯片的内部，输入电流几乎全部流到输出端，流到公共端的电流非常小，因此可以用少量的外部元件方便的组成精密可调的稳压电路，应用更为灵活。正电源系列的基准电压为 1.25V，可在 1.25V37V 之间连续可调。其内部设有过流、过电压保护和调整管安全工作区保护电路，使用安全可靠，性能比 LM7800 系列性能更加，而且它的输
21、出电压输出电流均符合要求，所以此次的可调集成稳压器选择 LM317 。4、电阻的选择以 LM317 为例说明。电路图如下所示：图 11 LM317 电路图输出电压计算公式 )R1.25(U120要求一端输出为 5V，另一端为可调 915V，所以设计中加入一个固定电阻以保证可调端最小可输出 9V 电压取电阻器： ， 则经过计算， ，加入的固定电阻阻值为10R4803 620R95、滤波电路中滤波电容的选择滤波电容一般选几十至几千微法的电解电容， 由于 ，故选 1000uF/25V 的电解电容2)53(TCRl七、用 Multisim 软件仿真1 实验原理图仿真根据设计要求，实验原理图如下：2 仿
22、真结果运行 Multisim，实验结果如下所示：10输出 5V 电流：另一端输出915V 可调电流：用测量探针得到数值：输出纹波电压小于5mv八、总结与体会通过这次设计，了解了书本上没有的知识，更加巩固了所学的知识，而且锻炼了自己的动手能力。此外，也学到了许多的经验，做什么事都有思前想后。这次的课程设计，获益匪浅，虽然从学会了11multism 软件的使用，单独的设计电路，到安装调试和课程设计书的撰写，花了很多时间，但是是值的，因为成就感让我们很满足，也让我深深体会到了做学问一定要有认真、严谨的治学态度.另一方面我也明白了自己的专业知识还是不够扎实，对于比较复杂点的电路难以看懂，自己要更加认真，同时感觉自己学的东西不够用，要去不断给自己充电，并且这次设计对我来说虽然花费的时间比较多，而且对于自己不懂的地方积极和同学们讨论，如果还是不懂就向学长请教，在这过程中，也学会了自己一定要有耐心，不懂的地方要积极的去查资料，向别人请教，总的来说，收获不少12九、参考文献1 邱关源. 电路.北京.高等教育出版社.20063 华成英. 模拟电子技术基础. 北京. 高等教育出版社.20064 康华光. 电子技术基础模拟部分. 高等教育出版社.2006 5 彭介华. 电子技术课程设计指导. 北京. 高等教育出版社. 1997
