直流稳压电源课程设计

课程设计报告设计题目：直流稳压电源学院：理学院专业班级：11级电子信息科学与技术（2）班学号：201031120201201131120203201131120226姓名：蔡楚集陈俊杰杨越电子邮件：[e-mail]时间：2013年3月成绩：指导教师：刘丹课程设计——直流稳压电源2华南农业大学理学院应用物理系课程设计（报告）任务书一、题目集成直流稳压电源二、任务与要求1、设计任务设计组装集成直流稳压电源电路2、设计要求1）输出稳定的+9v、-9v、+5v、-5v的电压2）画出正确的电路图，写出完整的设计报告三、内容摘要集成直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路以及稳压电路组成。采用电源变压器220v交流电压变成所需要的低压交流电，并通过由四个二极管组成的桥堆把交流电变成直流电，经电容滤波后，采用三端稳压器把不稳定的直流电压变成稳定的直流电压输出。本设计将介绍整流、滤波、稳压的详细情况以及简要介绍各种三端稳压器的结构原理和使用方法。关键词：直流稳压电源、电源变压器、稳压器IntegratedDCpowersupplyisgenerallycomposedbyapowertransformer,rectifiercircuit,filtercircuit,andavoltageregulatorcircuit.Becometheneedoflow-voltageACpowertransformer220vACvoltagethroughfourdiodesbridgeheapalternatingcurrentintodirectcurrent,unstableDCvoltageintoastable,课程设计——直流稳压电源3three-terminalregulatoraftercapacitorfiltertheDCvoltageoutput.Thedesignwillbeintroducedtotherectifier,filter,regulator,andabriefintroductiontothestructureprincipleandtheuseofavarietyofthree-terminalregulatorKeywords:DCpowersupply,powertransformers,voltageregulators.四、引言随着电子技术的高速发展，电子设备与电气设备被广泛应用于我们的日常生活、科学研究与学习等各个方面。因此，作为电子设备不可或缺的一部分，对于电源的需求与要求在日益增加。在家庭用电中，我们使用的是220v、50Hz的交流电，这使得无法对一些电子设备以及电器直接供电，需要将220v的交流电转换成需求的伏值的、稳定的直流电源。本设计通过变压器、整流、滤波、稳压等各个电路，主要应用变压器、二极管、各类型号的三端稳压器，并且通过调节电位器来调节所需的输出电压值。其设计清晰简单、性能优良、具有绝对的稳定性，因此被广泛应用与电子设计领域。五、设计原理1总体设计流程稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图1所示。电源整流滤波稳压变压器电路电路电路图1集成直流稳压电源总体框图课程设计——直流稳压电源42总电路图图2仿真电路图3整流电路常见的整流电路有半波整流与全波整流。本设计中整流电路采用桥式整流电路，电路如图3所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。电路的输出波形如图4所示、图3单相桥式整流电路课程设计——直流稳压电源5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22U图4单相桥式整流电路输出波形4滤波电路常见的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。本设计中的滤波电路采用电容滤波电路。在上述的整流电路的输出端即负载电阻R两端并联一个电容值较大的电解电容C，即构成了电容滤波电路。如图5所示。该部分主要的作用是滤除整流电路输出电压中的交流成分，保留原有的直流成分，使电压波形变得平滑。在滤波电容的电容值满足RC≧（3~5)T/2时（T为电网交流电压的周期），可以认为输出直流电压近似为1.2U2。T1NLT_PQ_4_10D11B4B421243R1U1U2Uc图5整流滤波电路t023422Ut0234ou22U课程设计——直流稳压电源65稳压电路5.1整流电路把交流电变换成单方向的脉动电压，而滤波电路降低了输出电压中的脉动成分。但是，整流滤波的电路的输出电压与理想的直流电源还有相当距离，主要存在两方面的问题：首先，当负载电流变化时，由于整流滤波电路存在内阻，因此输出直流电压将随之发生改变。其次，当电网电压波动时，因整流电路的输出电压与变压器二次电压有关，故也要相应地变化。为了得到更加稳定的直流电源，需要在整流滤波电路后面加上稳压电路。稳压管稳压电路其工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。稳压电路可选集成三端稳压器电路。三端集成稳压器有固定输出和可调输出两种不同的类型。其中固定输出集成稳压器又分为正输出和负输出两大类。本设计要求输出稳定的+9v、-9v、+5v、-5v的电压。根据要求可选择三端集成稳压器LM7809、LM7909、LM317、LM337。其中LM7809、LM7909可以输出固定的直流电压，而LM317、LM337可调式集成稳压器，可通过调节电路中的电位器来输出要求的电压。由于LM7809、LM7909同为固定式稳压器，LM317、LM337同为可调式稳压器。下面以LM7809、LM317为例，介绍其电路组成、主要参数等。5.2集成稳压器简介5.21LM7809简介固定式三端稳压电源LM7809是由输出脚Vo,输入脚Vi和接地脚GND组成,它的稳压值为+9V，输入端接电容可以进一步的滤波输出端也要接电容可以改善负载的瞬间影响,此电路的稳定性也比较好。稳压内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。LM7809三端集成稳压器的封装形式有两种，一种是金属菱形式，另一种是塑料直插式。本设计采用塑料直插式稳压器。如下图6.课程设计——直流稳压电源7图6LM7809集成稳压器上图中三端从左至右依次为输入端、接地端、输出端。对于固定输出-9v的LM7909集成稳压器，三端从左至右依次为接地端、输入端、输出端。（图略）LM7809特性参数最大输出电流为1.5A输出电压为9V热过载保护短路保护输出晶体管安全工作区保护5.22LM317简介LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块，是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流，此稳压器非常易于使用。图8为LM317的结构管脚。课程设计——直流稳压电源8图7LM317实物及管脚（注：LM337中1为调整端，2为输入端，3为输出端）LM317的输出电压范围是1.2V至37V，它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压，如下图8为其应用电路。图8LM317应用电路其中输出电压表达式为:U。=1.25(1+R1/R2)式中，1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压REFV，此电压加于给定电阻1R两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器R2，电阻1R常取值240~120，其中，REFU是集成稳压器件的输出电压，为1.25V。如图所示，改变R2的值，Uo的值即可改变。当R2短路时，Uo最小，为REFU即1.25V；当R2大于零时，Uo都大于REFU，最大可达37V。LM317其特性参数：输出电压可调范围：1.2V～37V输出负载电流：1.5A课程设计——直流稳压电源9输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo：3～40V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%。80dB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。六、电路仿真测试在multisim软件上，根据图2所示连接电路，分别测出LM7809、LM7909、LM317、LM337的输出端的电压。其中对于可调式LM317、LM337，如果输出端电压不是+5v、-5v，则各自调节电位器R3、R4，使其输出端的电压为+5v、-5v。图9测试电路输出+9v电压课程设计——直流稳压电源10图10测试电路输出-9v电压图11测试电路输出+5v电压课程设计——直流稳压电源11图12测试电路输出-5v电压测试结果经过multisim软件测试发现，虽然电路缩输出的电压与所要求的电压存在着微小的误差，但是该误差允许存在，因此，仿真结果基本符合设计要求。七、实物电路焊接按原设计的电路图，制作好电路板。安装时，先安装比较小的元件，所以先安装整流电路，再安装稳压电路，最后再装上滤波电路（电容）。安装时要注意，二极管和电解电容的极性不要接反。经检查无误后，才将电源变压器与整流滤波电路连接，通电后，用万用表测量各个输出端的输出电压，结果显示的数值与仿真结果基本符合。实物电路版如下图13、图14.课程设计——直流稳压电源12图13电路板正面图14电路板侧面课程设计——直流稳压电源13八、元件清单表1元器件列表元器件名称型号数量电阻1201电阻2401滑动变阻器1K2电容220uF2电容0.1uF2集成稳压器LM78091集成稳压器LM79091集成稳压器LM3171集成稳压器LM3371桥堆KBJ4B1电源变压器YA1-24v1课程设计——直流稳压电源14九、结论与心得经过两个星期的努力，终天完成了集成直流稳压电源的课程设计。通过这一次的学习与实践，让我对模电知识更近一步的了解，对模电课程中直流稳压电源这一章所涉及的知识有了更进一步的的认识；也了解掌握了选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源，更值得一提的是在本次的课程实践中，更加认识到团队合作的重要性，在这次的课程设计中，我们小组各成员进行了热烈深入的讨论，分工合作，并在实践过程中不断地完善电路设计，充分发挥团队精神，才使得本次设计能够顺利地完整地完成。当然，在实践过程中，我们也遇到了许多的问题，例如对元器件的部分参数的认识不足导致在实验中用错实验元件、对焊接技术的接触不熟练等。但是经过不断的探索与思考，以及指导老师的悉心教导，我们最终克服了种种困难，解决了多遇到的各个问题，顺利成功地完成了对集成直流稳压电源的设计。相信以后我会以更加积极地态度对待我的学习、对待我的生活。我的激情永远不会结束，要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。才能不断地使自己变得强大，不断地收获成功。十、参考文献[1]杨素行模拟电子技术基础简明教程北京高等教育出版社2005[2]康华光《电子技术基础模拟部分》,北京高等教育出版社,2001年1[3]邱关源电路高等教育出版社·1999[4]百科[5]百科课程设计——直流稳压电源15