湖南工学院模电课程设计_湖南工程学院课程设计

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第一章正负12V直流稳压电源的设计

1.1总设计方案

1.1.1方框图及工作原理图

+U1-电源变压器U2整流电路U3滤波电路U3稳压电路+Uo-图1多输出线性直流稳压电源设计的原理图

图2稳压电源的整流与稳压过程

1.1.2子框图及原理说明

（1）变压器：电网供电电压交流220V（有效值）50Hz，要获得直流输出首先必须采用电源变压器将电源电网电压降低获得所需电压。变压器的变比有变压器的副边电压确定的。

（2）整流电路：降压后的交流电压，通过整流电路变成脉冲的直流电压，但其幅值变化大。

（3）滤波电路：脉冲打的直流电压需经过滤波电路变成平滑，买东西奥德直流电压，即将交流部分去掉，保留其直流部分。

（4）稳压电路：滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，使可得到基本不变的稳压直流电压输出，供给负载。1.1.3方案选择

（1）根据设计所要求的性能指标，选择三端稳压芯片为W7812、W7805、W7912、W7905来稳定，达到输出电压为正负12V和正负5V。

图3电路原理图

1.2单元电路设计

1.2.1三端稳压器

集成稳三端稳压器具有体积小，外围元件少，调整简单，使用方便且性能好稳定性高，价格便宜等优点，因而获得越来越广泛的应用。

常见的有固定式和可调式两类集成三端稳压器，内部多以型串联稳压电源为主，还有适当的过滤 过热等保护电路。一般固定式较便宜，可调式较贵，性能也好些，功率也较大。

查资料知道芯片W7812（W7809）和W7912(W7905)的输入电压的范围为（8~40V）输出电压为（5~24V），最小（输入~输出）电压差为2~2.5，电压调整率为50~300mV，电流调整率为12~15mA,温度系数为300摄氏度，纹波抑制比65dB，进过调整电阻可使输出电压为正负12V。最大允许输出电流为1.5A。

图4稳压器构成的稳压管

1.2.2变压器的选择

工作原理：当变压器一次侧施加交流电压U1，流过一次绕组的电流为I1,则该电流在铁芯中会产生交变磁通，使一次绕组和二次绕组发生电磁联系，根据电磁感应原理，交变磁通穿过这两个绕组就会感应出电动势，其大小与绕组匝数以及主磁通的最大值成正比，绕组匝数多的一侧电压高，绕组匝数少的一侧电压低，当变压器二次侧开路，即变压器空载时，一二次端电压与一二次绕组匝数成正比，变压器起到变换电压的目的。

当变压器二次侧接入负载后，在电动势E2的作用下，将有二次电流通过，该电流产生的电动势，也将作用在同一铁芯上，起到反向去磁作用，但因主磁通取决于电源电压，而U1基本保持不变，故一次绕组电流必将自动增加一个分量产生磁动势F1,以抵消二次绕组电流所产生的磁动势F2,在一二次绕组电流L1、L2作用下，作用在铁芯上的总磁动势（不计空载电流I0),F1+F2=0, 由于 F1=I1N1,F2=I2N2,故 I1N1+I2N2=0,由式可知，I1和I2同相，所以：

I1/I2=N2/N1=1/K

式1-1

由式可知，一二次电流比与一二次电压比互为倒数，变压器一二次绕组功率基本不变，（因变压器自身损耗较其传输功率相对较小），二次绕组电流I2的大小取决于负载的需要，所以一次绕组电流I1的大小也取决于负载的需要，变压器起到了功率传递的作用。

设变压器的输出电压为V2，负载电压为VL则有:

VL=（1.1~1.2）V2=12V

式1-2

计算得出V2=10V。

根据电路的指标，我们应当选一个把220V交流电压降为12V的变压器。

1.2.3整流电路的选择

由于电路简单本实验采用的是单相桥式的整流电路，他是由四个二极管组合而成，原理是利用二极管的单向导电性，没半个周期只有对称的两个二极管导通，另外两个截止，从而把交流电流变为了直流电流。其中设二极管的电流为ID,负载电流为IL，则有：

IL= 2ID =500mA

式1-3

计算的ID=250mA。所以本实验采用的整流二极管为LT KBJ608G型号的。

1.2.4滤波电路的选择

滤波电路用于除去整流输出电压中的纹波，一般由电抗原件组成，本实验采用并联电容来达到滤波的效果，其中所需要的电容为C，则由一般取

RLC>=(3~5)T/2

式1-4

其中式中的T=20ms, RL为负载的最小电容，算出本实验所需的电容为：并联两个C=2200uF和C=10uF的电容。

注意：应为大电容电解电容有一定的绕制电感的分布电感，易引起自己震荡，形成高频干扰，所以稳压器的输入、输出端并入小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。

1.2.5负载电阻的选择

由式

I0(AV)=U0/RL=0.9U2/RL 式1-5

首先应在变压器的副边接入保险丝FU，以防电源输出端短路损坏变压器或其它器件，整流滤波电路主要检查整流二极管是否接反，否则会烧坏变压器，检查无误后，通电测试（可用调压器逐渐将输入交流电压升到220V），用滑动变阻器做等效的负载，用示波器观察输出是否正常。

1.3工作原理

1.3.1整流电路原理图

图5 整流电路

由整流的波形图我们可以看到变压器的输出电压由交流经过单线桥整流器后变成了直流电压。

1.3.2滤波电路原理图

图6波电路及波形

利用电容的充放电来达到滤波效果，使电路的性能更好，所以一般选电容选容量大一点，这样时间常数就大些，电容的放电时间就长一些滤波效果就会更好。

第二章元件焊接及测试

2.1部分元件清单

主要有12V双线输出变压器一个，单桥式整流二极管器件一个，万用电板一块，三端稳压芯片78M和79L各两片，发光二极管两个，电容2200uF两个个 10uF和0.1uF各两个，阻值为1K欧姆的限流电阻两个。

2.2电路的焊接

在焊接电路之前，我们先要通过初步测试得到数据计算，在经过仿真，最后根据原理图，将所选的元件一一焊接上去。

焊接时要对各个功能模块电路进行单个的测试，需要是设计一些临时电路用于测试。测试电路时，必须要保证焊接的正确，才能打开电源，一方元器件的烧坏。注意稳压器的输入输出管脚和桥式整流电路中二极管的极性，不应接反。按照原理图焊接是要保证可靠的接地。

先应在变压器的副边接入保险丝FU，一放电源输出端短路损坏变压器或其他的器件，整流滤波电路主要检查二极管是否接反，否则会损坏变压器。检查无误后，通电测试，用滑动变阻器变阻器做等效负载，用示波器观察输出是否正常。

2.3稳压电源的性能及测试方法

2.3.1直流稳压电源的调试测试方法

一、调试所需器材：

1、直流稳压电源

2、示波器

3、字万用表

4、多功能试验台等等

二、直流稳压电源通过电测试之前，必须认真对安装电路进行下一项的检查：

1、电源变压器的绝缘层电阻的测试，以防止变压器漏电，危及人身和设备安全。如果用万用表高电阻档测，则其指示电阻均应为无穷大。

2、源变压器的一次和二次绕组不能搞错，否则将会造成变压器损坏或电源故障。

3、整流桥的引脚和滤波电容的极性不能接反，否则将会损坏元器件。

4、三端稳压器的输入 输出和公共端一定要识别清楚，能不能接错，特别是公共端不能开路，一旦开路，输出电压U0很可能接近U1，导致负载损坏。

5、检查负载不应该有短路的现象。

三、直流稳压电源的调整测试一般分为以下几部分：

1、空载检查测试：接通220V交流电压，用万用表交流电压档测量变压器的二次交流电压值，其值应符合要求。

2、加载检查测试：上述检查符合要求后，则稳压电路基本正常，此时可接上额定负载R并调节输出电压，使其为额定值，观察其是否符合要求，如有干扰或自激震荡，则应法消除。2.3.2 输出电压

输入端接220V的交流电压，用数字万用表接输出端，读出示数即为输出电压V0。2.3.3波电压

叠加在V0的交流电压分量，一般为mV级，可用示波器放大器放大后观察其峰值。

2.3.4最大输出电流

输出端接负载电阻RL,直到输出电压Vo减少5%，此时刘静负载电阻的电流即为最大值Iom.2.3.5压系数

在负载电流 环境 温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电 的相对变化。

测量稳压系数，在负载电流为最大时，分别测的输入交流比220V增大和减 少百分之五的输出电压V0，并将其中最大一个带入公式进行计算。

由式

式1-6 带入公式得出稳压系数为5%。

稳压系数又称为输入稳定系数，反应输入电压变化时输出电压维持不变的能力，稳压系数越小则说明稳压性能越好。

总结与分析

一、误差分析

1、若纹波电压过大，说明滤波电容的容量太小，我们可以加大滤波电容的容量，使其输出电压的纹波成分减少同样的分量的值；

2、若稳压系数或电流调整率过大，原因有一个，就是变压器的副边电压过大导致输出电压差值大；

3、若输出电流值过小，则是稳压器输入电压U1太高式稳压器功耗增大，导致电源效率下降，使最大输出电流有所下降；

4、若电源负载的能力差，我们可以将变压器的副边电压调大，使稳压器的输出电压变化范围增大，从而使输出电阻变小，来满足要求。

二、设计总结及心得

（一）设计总结

1、输出电压正负11.56V和正负4.86V基本满足要求，为提高精确度可使用稳压管。

2、电路中的阻值为1K欧姆的限流电阻和二极管D2是用指示电路正常工作定电路的输出其容量一般比较小，这里采用的是0.1uF和10uF的电容。

3、重要的是我们发现问题 思考问题和解决问题的能力以及充分利用手头资源来解决实际问题的能力，使我们学习课堂之外应用于生活当中，同时在动手做电路的过程当中深刻的体会到了动手要小心细致，不能马虎了事，往往一些细致失误可能导致电路的失败而不能正常工作，所以有机会的话，我会做一个更加实用有价值的电源！

（二）结束语

本设计主要利用电愿变压器 整流二极管 滤波电容及集成稳压器（固定式）来设计同同时输出正负5V正负12V的直流稳压电源。其结构简单，使用元器件较少，又不需要投切的开关，干扰源和瞬变噪声相应地大大减少；系统的可靠性好，其精度高，成本低，便于维修，且可作为一个独立的模块为其他电子设备提供电能。

通过这次的设计，使我更加巩固了这两年来所学的专业知识，也增强了自己灵活运用所学知识到实践中的能力。此外，也深深地体会到了做学问一定要有认真 严谨的致学态度，这也将对我以后的学习和工作起到莫大的帮助。

参考文献

《电工学》电子工业出版社；

《晶体管直流稳压电源》辽宁科技出版社；

《电子线路设计·实验·测试》华中科技大学出版社； 《模拟电子技术基础》高等教育出版社。

致谢

在这一个多月的时间里，从对电路的设计，到电路的制作，再到论文的写作，中间有着自己的努力，更有着老师的指导和与同学们的相互讨论，才能顺利的完成这次课程的设计。

在这个过程中，我遇见了很多困难，首先是买元器件花费了一定的精力才买全了自己所需要的器件，其次就是PCB板的设计和连接，有些元器件的模型在元件库里没有，需要自己设计封装，经过自己的自学，最终顺利的完成了PCB板电路，但这些对我来说都不算太难，困难的是写论文，由于自己多Word文档的不熟悉，出现了很多问题，但在李祖林老师的一一指导下，我一次又一次的修改，最终完成了报告撰写，在这一过程中我学到了很多东西，我由衷的感谢李老师的指导，我会牢记李老师对我们的教诲！

再次真诚地感谢李老师的耐心指导，为我讲解题目的要点，引领设计的思路。他对学生认真负责的态度让 我由衷的佩服和尊敬！

附录

变压器

整流器

PCB板电路图

正负12V和正负5v的电源